CN111946358B - 一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，包括：主梁，其通过支腿架设在拼装机主梁上，一端正对盾尾变形区域设置，另一端与盾尾内壁固定连接；多个支撑梁一，其间隔设置在主梁上，任一支撑梁一的一端与主梁固定连接，另一端与盾尾内壁固定连接；顶推装置，其通过支架固设在主梁的与盾尾变形区域相邻的一端且顶推方向与主梁的长度方向平行；斜面构件，其设置在顶推装置的顶推端，斜面构件的斜面端与盾尾变形区域抵接。本发明还公开了一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺。本发明通过矫正工装对变形区域进行矫正，不需要拆除盾构机内的大型结构，可有效降低矫正施工中的安全风险，并快速完成盾尾变形的矫正施工。

Description

一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装及其施工工艺

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装及其施工工艺。

背景技术

盾构机通常由刀盘、切口环、支撑环和尾盾四部分组成。切口环和支撑环内部安装有大量钢结构构件，为刀盘驱动机构和推进油缸提供安装基础，同时对盾体产生支撑作用，使盾体结构强度得到加强；而尾盾作为管片运输和拼装的工作空间，通常设计为薄壁圆筒结构，且由于各种管路的布设需要对尾盾钢板进行开孔或铣槽处理，使得尾盾成为盾构机中柔性最强，同时也最薄弱的部分。在隧道掘进施工过程中，盾构机需要承受外部较大的水土压力，尤其在需要进行纠偏或遇到障碍物挤压时会产生额外的附加应力，容易导致盾尾发生变形。

目前盾构法隧道施工正朝着大直径、大埋深、长距离掘进的方向发展，过江河和海底大直径公路隧道和公铁两用隧道需求日益增多，对盾构机的制造技术及工作性能提出了更高的要求，同时尾盾变形的概率也在不断增大。尾盾在施工过程中出现较大变形时，容易造成管片无法拼装，成环管片无法脱出盾尾等问题，导致盾构机受困无法继续掘进，影响施工工期和施工质量。

为解决上述问题，现有技术中通常采用将变形区域盾体钢板割除开窗、清理外部固结物或障碍物、对钢板进行整圆并重新焊接的方法对盾尾变形问题进行处理。当盾构机处于稳定地层该方法较为适用，然而，当盾构机在江河或敏感建构筑物下受困无法掘进时，如果直接切割盾构机的盾体钢板，存在由于应力集中导致水或泥沙冲击隧道导致盾构机外侧土层不稳定的问题，严重时水和泥沙大量进入盾构机内部，导致盾构机结构损坏、无法继续施工等问题，同时存在较大的安全风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，在为盾尾变形区域提供稳定支撑力的同时，通过矫正工装对变形区域进行矫正，不需要拆除盾构机内的大型结构，可有效降低矫正施工中的安全风险，并快速完成盾尾变形的矫正施工。本发明还提供了一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，通过在变形区域内开孔放砂并串孔的方法减小变形盾体的压力，然后使用所述简易矫正工装对盾尾变形点分级加载矫正，在保证施工安全的基础上提高了矫正施工效率，减小长时间停工带来的经济损失。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，包括：

主梁，其通过支腿架设在拼装机主梁上，所述主梁的一端正对盾尾变形区域设置，另一端与盾尾内壁固定连接；

多个支撑梁一，其间隔设置在所述主梁上，任一支撑梁一的一端与所述主梁固定连接，另一端与盾尾内壁固定连接；

顶推装置，其通过支架固设在所述主梁的与所述盾尾变形区域相邻的一端且顶推方向与所述主梁的长度方向平行；

斜面构件，其设置在所述顶推装置的顶推端，所述斜面构件的斜面端与所述盾尾变形区域抵接。

优选的是，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，还包括：多个支撑梁二，其间隔设置在所述主梁的中部，任一支撑梁二的一端与所述主梁固定连接，另一端与中盾内部型钢结构固定连接。

优选的是，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，所述主梁包括平行设置的两个拼接梁，任一拼接梁包括首尾连接的两个H梁，其两侧的接缝处分别设有固定板；所述顶推装置包括两个千斤顶，其分别对应设置在所述两个拼接梁的端部。

优选的是，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，所述斜面构件为第一斜面构件或第二斜面构件，所述第一斜面构件为两个直角梯形体，其分别设置在所述两个千斤顶的顶推端，任一直角梯形体的与其倾斜侧面相对的一侧面与千斤顶的顶推面抵接，所述第二斜面构件为等腰梯形体，其顶面倾斜设置，底面分别与所述两个千斤顶的顶推面抵接。

优选的是，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，所述支架包括底板，其固定在所述主梁的与所述盾尾变形区域相邻的一端；限位框，其固定在所述底板上，所述顶推装置安装在所述限位框中；滑槽装置，其固定在所述底板上并位于所述限位框的一侧，所述滑槽装置包括主滑槽和多个次滑槽，所述主滑槽沿所述主梁的高度方向设置，所述斜面构件通过滑块在所述主滑槽上沿所述盾尾变形区域的纵向移动，所述多个次滑槽沿所述主滑槽的长度方向间隔设置在所述主滑槽的外侧并与其连通，任一次滑槽沿所述顶推方向设置并与所述主滑槽垂直，所述斜面构件通过所述滑块在所述次滑槽上沿所述顶推方向移动，其中，所述主滑槽的长度小于所述斜面构件沿所述主梁的高度方向的厚度，所述次滑槽的长度大于所述斜面构件与所述盾尾变形区域的间距。

本发明还提供了一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，包括以下步骤：

步骤一、在从尾盾与管片交界处到中盾的范围内间隔设置多个测量断面，采用全站仪对所述尾盾进行全断面通视的方法，确定盾尾变形区域，即盾尾变形点在尾盾上的轴向坐标范围和周向坐标范围，并根据所述盾尾变形区域内的变形量分布情况设计矫正点、矫正顺序和矫正参数；

步骤二、根据所述盾尾变形区域的位置，在不影响拼装机工作的条件下，划定简易矫正工装所占用的区域，并拆除此范围内盾构机的其他附属设备及管路；

步骤三、拼装所述简易矫正工装，并将其安装到对应的施工区域；

步骤四、在所述盾尾变形区域内按照从下往上的顺序沿圆周方向对尾盾的盾体进行开孔作业，并使用封堵螺杆对钻好的通孔进行封堵；

步骤五、先采用高压水冲孔的方法对所述通孔进行放砂处理，再采用将膨润土从矫正范围上部的通孔内注入，并下部的通孔中排出的方法进行串孔作业；

步骤六、将斜面构件设置在矫正点的位置，使用液压泵站分级加载的方式驱动所述简易矫正工装上的顶推装置，通过抵接在所述顶推装置和盾尾内壁之间的斜面构件对所述矫正点进行分级加压矫正，每次分级加压矫正中包括多次连续的压力变化；

步骤七、在所述盾体变形区域内设置多个标靶点，每次加载到设定的分级压力后用全站仪以所述多个标靶点为基准对盾体变形量进行检测，每次分级加压矫正在逐次加压至液压泵站的最大荷载后先稳压20min，再分级卸压，重复上述步骤进行多次分级加压矫正，直至检测到的盾体变形量达到要求的范围内；

步骤八、根据预设的矫正顺序，调整所述斜面构件在所述滑槽装置上的位置，并根据矫正参数切换所述斜面构件，使所述斜面构件移动到下一规定的矫正点处，然后重复上述分级加载的施工方法直至完成全部矫正点的矫正。

优选的是，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，步骤三中，所述简易矫正工装的拼装和安装包括以下步骤：

一、在盾尾变形区域一侧的上部油缸之间焊接多个吊耳，任一吊耳上穿设吊带；

二、将主梁沿其长度方向分为连续设置的多段横梁，将其分别固定在拼装机的配重块上，将拼装机旋转180°后，使用所述吊带将所述多段横梁吊装至拼装平台上，从中间向两端依次进行所述多段横梁的拼接，相邻的两段横梁之间采用法兰盘连接；

三、主梁拼接完成后通过所述吊带将所述主梁整体吊起，采用手拉葫芦拉动吊带的方式将所述主梁拉至规定的安装位置，然后通过弧形底板将所述主梁的后端固定在盾尾内壁上，并在所述主梁与拼装平台之间设置竖直的支腿；

四、在所述主梁的后部设置多个支撑梁一，其与所述主梁呈锐角设置并固定在盾尾内壁上；在所述主梁的中部设置多个支撑梁二，其连接所述主梁与中盾的H梁；

五、在所述主梁的前端安装顶推装置，并将其通过液压管路与液压泵站连接，在顶推装置的顶推端设置斜面构件使其与矫正范围内的盾尾内壁抵接。

优选的是，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，步骤六中，在矫正前先对中盾和尾盾的焊缝进行超声波探伤检测以确认焊缝质量合格；然后，在使用液压泵站分级加载的方法进行矫正施工的同时，分别对盾构机参数、焊缝应力、主梁应力、弧形底板的变形量、盾尾间隙进行实时监测和反馈，当监测数据变化超出规定范围时停止加压。

优选的是，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，当所述矫正顺序中相邻的两个矫正点的间距超过一定范围时，在后矫正点处搭设另一所述简易矫正工装，并重复步骤四到步骤八进行矫正施工，相邻的两个简易矫正工装之间通过连接梁固定连接。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明的简易矫正工装，结构形式灵活，便于取材，成本低廉，能够满足在盾构机内部空间环境受限的情况下灵活作业的需求，同时可快速实现拼装、拆除作业，满足重复使用的要求，对盾构后续正常掘进提供保障，可作为常规的盾构矫正手段，适用范围广；

2、使用所述简易矫正工装，可在不破坏盾构机原有结构的基础上对变形区域进行矫正，同时为矫正点提供稳定的支撑力，有效提高了矫正施工的安全性和稳定性；

3、采用本发明中的施工工艺，可根据盾尾变形位置，灵活设计受力合理的简易矫正工装结构，包括主梁的位置、支撑梁一的位置和数量、斜面构件的选择等，可满足不同变形点的矫正需求；

4、本发明的施工工艺中，通过顶推装置与液压泵站的组合，配合简易矫正工装进行盾尾变形矫正，实现了对不同矫正点的快速矫正，操作方法简便，安全可靠，且矫正效果明显，施工效率高，可大大缩短盾构机在发生盾尾变形后的受困停机时长；

5、在矫正施工的同时对盾尾变形量、盾构机内部应力情况、简易矫正工装内部的应力情况、简易矫正工装与盾构机之间的应力情况、盾构机与管片错台量等参数进行实时监测，一旦盾尾变形量达到合格范围即停止加压矫正，节省了不必要的矫正时间，同时，保证了施工中各部分设备的稳定性，进一步降低了施工中的安全风险。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个实施例的一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的正立面结构示意图；

图2为上述实施例中所述主梁的侧立面结构示意图；

图3为上述实施例中所述第一斜面构件的结构示意图；

图4为上述实施例中所述第二斜面构件的结构示意图；

图5为上述实施例中所述滑槽装置的正立面结构示意图；

图6为上述实施例中所述盾尾变形区域中的矫正点分布结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-6所示，本发明提供一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，包括：

主梁101-104，其通过支腿架设在拼装机主梁301上，所述主梁的一端正对盾尾变形区域设置，另一端与盾尾内壁固定连接；

多个支撑梁一201，其间隔设置在所述主梁上，任一支撑梁一201的一端与所述主梁固定连接，另一端与盾尾内壁固定连接；

顶推装置503，其通过支架501固设在所述主梁的与所述盾尾变形区域相邻的一端且顶推方向与所述主梁的长度方向平行；

斜面构件502，其设置在所述顶推装置503的顶推端，所述斜面构件502的斜面端与所述盾尾变形区域抵接。

上述技术方案中，主梁的一端通过斜面构件502与盾尾变形区域抵接，另一端通过弧形底板401与盾尾内壁固定连接，在非工作状态下，主梁通过下方的支腿203支撑在拼装机主梁上，并通过弧形底板401对其限位；在工作状态下，主梁设有顶推装置503的一端通过斜面构件502与盾尾内壁压紧，主梁的位置设计在已知盾尾变形点位置(即主梁的一端位置固定)的条件下，主梁的另一端在不影响拼装机移动轨迹的基础上使主梁所在的直线尽量靠近尾盾的轴心设置，以进一步保证主梁在施工过程中的受力稳定性。其中，弧形底板401焊接在主梁的端部和盾尾内壁之间，用于增大主梁端部与盾尾内壁接触的受力面积，在工作状态下，顶推装置503对盾尾变形点的压力反作用到主梁与弧形底板401连接的一端，增大该处的受力面积可有效防止盾尾出现其他不可控的变形。同时，在弧形底板401的下沿焊接挡块，可进一步固定弧形底板，防止其在施工中受力下滑。支撑梁一201为H型钢，作为主梁的下部斜支撑固定在主梁周围的盾尾内壁上，用于从尾盾的轴向对主梁进行限位，防止施工中主梁发生晃动影响施工质量。

本发明的简易矫正工装通过将主梁与支撑梁一的组合结构，保证了整体装置和盾构机在施工过程中的稳定性，且采用顶推装置直接顶推盾尾变形点，能够快速解决水下盾构施工时发生盾尾变形不易处理问题，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装结构简单，可快速拆装，极大的提高了盾尾变形矫正施工的工作效率。

在另一技术方案中，所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，还包括：多个支撑梁二202，其间隔设置在所述主梁的中部，任一支撑梁二202的一端与所述主梁固定连接，另一端与中盾内部型钢结构固定连接。具体的，支撑梁二为H型钢，作为主梁的上部斜支撑固定在盾构机中盾的H梁上，与支撑梁一201配合可达到进一步支撑主梁，使其稳定在预设的安装位置的效果。且所述支撑梁二与中盾的结构梁(H梁)连接，将一部分主梁的支承力由尾盾转移到中盾上，在减小非工作状态下拼装机主梁的负载的同时提高了整体结构的稳定性，防止主梁在施工过程中产生晃动或变形，影响矫正效果。

在另一技术方案中，所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，所述主梁包括平行设置的两个拼接梁，任一拼接梁包括首尾连接的两个H梁，其两侧的接缝处分别设有固定板106；所述顶推装置503包括两个千斤顶，其分别对应设置在所述两个拼接梁的端部。采用双H拼装的方法设置拼接梁，并设置两个平行连接的拼接梁，有效提高了主梁的承载力。其中，H梁之间的接缝处满焊并在外侧焊接固定板106以进一步保证双H梁连接的稳定性；任一拼接梁的两侧分别设有钢板107对H梁的两条平行边进行封口，提高了主梁整体结构的稳定性。

在另一技术方案中，所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，所述斜面构件502为第一斜面构件或第二斜面构件，所述第一斜面构件为两个直角梯形体，其分别设置在所述两个千斤顶的顶推端，任一直角梯形体的与其倾斜侧面相对的一侧面与千斤顶的顶推面抵接，所述第二斜面构件为等腰梯形体，其顶面倾斜设置，底面分别与所述两个千斤顶的顶推面抵接。其中，所述斜面构件502优选为楔形块，其用于将顶推装置503的顶推力传导至盾尾变形区域内的变形点上，由于尾盾为圆柱体结构，顶推装置的千斤顶不能与尾盾有效接触，需要支垫斜面构件才能更好将千斤顶的推力加载至尾盾上。第一斜面构件用于变形量相对较小、所需顶推力也相对较小的变形点的矫正施工，根据实际盾尾变形区域中矫正点的分布，可以选择使用一个直角梯形体单独顶推或两个直角梯形体同步顶推的方式进行矫正；第二斜面构件用于变形量相对较大、所需顶推力也相对较大的变形点的矫正施工。在实际矫正施工工，分别使用所述第一斜面构件和第二斜面构件对不同的变形点进行顶推矫正，能够实现稳定、均匀的将全部盾尾变形区域矫正完成的效果。

在另一技术方案中，所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，所述支架501包括底板，其固定在所述主梁的与所述盾尾变形区域相邻的一端；限位框，其固定在所述底板上，所述顶推装置安装在所述限位框中；滑槽装置504，其固定在所述底板上并位于所述限位框的一侧，所述滑槽装置504包括主滑槽505和多个次滑槽506，所述主滑槽505沿所述主梁的高度方向设置，所述斜面构件502通过滑块在所述主滑槽505上沿所述盾尾变形区域的纵向移动，所述多个次滑槽506沿所述主滑槽505的长度方向间隔设置在所述主滑槽505的外侧并与其连通，任一次滑槽506沿所述顶推方向设置并与所述主滑槽505垂直，所述斜面构件502通过所述滑块在所述次滑槽506上沿所述顶推方向移动，其中，所述主滑槽505的长度小于所述斜面构件502沿所述主梁的高度方向的厚度，所述次滑槽506的长度大于所述斜面构件502与所述盾尾变形区域的间距。具体的，所述限位框为方形限位框，用于安装并固定顶推装置503；顶推装置503优选为液压千斤顶，其包括千斤顶和油缸，其中油缸固定在所述方形限位框中，千斤顶与油缸连接并沿主梁延长线的方向进行顶推，所述液压千斤顶与设置在简易矫正工装一侧的液压泵站通过液压管路连接，能够实现对斜面构件的分级加压顶推，使顶推力逐步稳定增加，能够在不破坏尾盾原有结构的基础上对变形点进行矫正，提高了施工稳定性和安全性。滑槽装置504用于对斜面构件502进行限位，在非工作状态下，通过手动调节斜面构件502在主滑槽505上的位置可实现对斜面构件在盾尾变形区域内的纵向坐标的调节，以满足对一定范围内不同位置的变形点的矫正需求，其中，在调节斜面构件502时，当确定好斜面构件在主滑槽长度方向上的位置后，继续推动斜面构件502使其卡入与当前位置对应的次滑槽506中以对斜面构件的纵向坐标进行限位；在工作状态下，顶推装置503的顶推端向斜面构件502施加作用力，使其沿次滑槽506移动并压紧斜面构件与盾尾变形点，次滑槽可防止在顶推加压过程中斜面构件发生非顶推方向的位移，影响矫正效果。

本发明还提供了一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，包括以下步骤：

步骤一、在从尾盾与管片交界处到中盾的范围内间隔设置多个测量断面，采用全站仪对所述尾盾进行全断面通视的方法，确定盾尾变形区域，即盾尾变形点在尾盾上的轴向坐标范围和周向坐标范围，并根据所述盾尾变形区域内的变形量分布情况设计矫正点、矫正顺序和矫正参数；

步骤二、根据所述盾尾变形区域的位置，在不影响拼装机工作的条件下，划定简易矫正工装所占用的区域，并拆除此范围内盾构机的其他附属设备及管路；同时，对简易矫正工装的施工区域正下方的盾构机油缸进行防护，防止施工中重物或施工产生废料下落损坏下部油缸；

步骤三、拼装所述简易矫正工装，并将其安装到对应的施工区域；

步骤四、在所述盾尾变形区域内按照从下往上的顺序沿圆周方向对尾盾的盾体进行开孔作业，并使用封堵螺杆对钻好的通孔进行封堵；其中，封堵螺杆与通孔可拆卸连接，在开孔作业时需避开尾盾内部管路和尾盾拼块焊缝的位置，防止破坏盾构机功能及内部稳定性，影响后续施工；另外，开孔的位置需与盾尾变形区域存在一定的间距以增加后续放砂施工对矫正施工的辅助效果；

步骤五、先采用高压水冲孔的方法对所述通孔进行放砂处理，再采用将膨润土从矫正范围上部的通孔内注入，并下部的通孔中排出的方法进行串孔作业，使变形区域的盾体外壁的外侧形成通道，用于更好的减小盾尾变形区域与外部环境间的压力，方便后续使用顶推装置从盾构机内部对变形点进行顶推矫正；

步骤六、将斜面构件502设置在矫正点的位置，使用液压泵站分级加载的方式驱动所述简易矫正工装上的顶推装置503，通过抵接在所述顶推装置503和盾尾内壁之间的斜面构件502对所述矫正点进行分级加压矫正，每次分级加压矫正中包括多次连续的压力变化；其中，在开始矫正前使用斜面构件对盾尾变形区域进行试矫正以确定不同斜面构件的矫正影响范围，从而进一步确认此前预设的矫正顺序和矫正参数；

步骤七、在所述盾体变形区域内设置多个标靶点，每次加载到设定的分级压力后用全站仪以所述多个标靶点为基准对盾体变形量进行检测，每次分级加压矫正在逐次加压至液压泵站的最大荷载后先稳压20min，再分级卸压，重复上述步骤进行多次分级加压矫正，直至检测到的盾体变形量达到要求的范围内；

步骤八、根据预设的矫正顺序，调整所述斜面构件在所述滑槽装置上的位置，并根据矫正参数切换所述斜面构件，使所述斜面构件移动到下一规定的矫正点处，然后重复上述分级加载的施工方法直至完成全部矫正点的矫正。

上述技术方案中，对盾体变形量的检测方法为在矫正点的可视范围内布设标靶点，采用全站仪进行实时监测。顶推前，对标靶点连续测量三次，取平均值作为初始值；顶推过程中，每级荷载施加后稳压3min，并采集一次数据；达到最大荷载后稳压5min，采集数据并记录；泄压后，对标靶点再次测量，确定单次矫正变形量并进行记录。其中，单次分级加压矫正的矫正量(盾体变形量的差值)不应超过24mm。

通过顶推装置与液压泵站的组合，配合简易矫正工装从盾构机内部进行盾尾变形矫正，不需要破坏盾构机的原有结构，通过在变形区域内开孔放砂并串孔的方法减小变形盾体的压力，然后使用所述简易矫正工装对盾尾变形点分级加载矫正，在保证施工安全的基础上提高了矫正施工效率，实现了对不同矫正点的快速矫正。

在另一技术方案中，所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，步骤三中，所述简易矫正工装的拼装和安装包括以下步骤：

一、在盾尾变形区域一侧的上部油缸之间焊接多个吊耳，任一吊耳上穿设吊带；

二、将主梁沿其长度方向分为连续设置的多段横梁，将其分别固定在拼装机的配重块上，将拼装机旋转180°后，使用所述吊带将所述多段横梁吊装至拼装平台上，从中间向两端依次进行所述多段横梁的拼接，相邻的两段横梁之间采用法兰盘105连接；

三、主梁拼接完成后通过所述吊带将所述主梁整体吊起，采用手拉葫芦拉动吊带的方式将所述主梁拉至规定的安装位置，然后通过弧形底板将所述主梁的后端固定在盾尾内壁上，并在所述主梁与拼装平台之间设置竖直的支腿203；

四、在所述主梁的后部设置多个支撑梁一，其与所述主梁呈锐角设置并固定在盾尾内壁上；在所述主梁的中部设置多个支撑梁二，其连接所述主梁与中盾的H梁；

五、在所述主梁的前端安装顶推装置，并将其通过液压管路与液压泵站连接，在顶推装置的顶推端设置斜面构件使其与矫正范围内的盾尾内壁抵接。

上述技术方案中，设定在尾盾内沿盾尾内壁的周向间隔设有二十三个油缸0-22，简易矫正工装的主梁的两端分别设在油缸19-20和6-7之间，此时，所述多个吊耳焊接在油缸22-5之间的范围内。将主梁分段以减轻每段主梁的重量并减小其占用的空间位置，方便使用拼装机对其进行运输，在拼装机平台上将主梁拼接完成后只需使用吊耳将其吊起至安装位置即可完成主梁的初步定位。在主梁与拼装平台之间设置竖直的支腿203后还需要在拼装平台底部对应的位置上设置拼装机支腿302，其竖直设置并连接拼装机平台与尾盾底部的钢板，从而保证支撑结构稳定性。顶推装置为液压千斤顶，液压泵站为液压千斤顶提供动力，并控制液压千斤顶按照设定好的分级压力对斜面构件加压，进行顶推矫正施工。

在另一技术方案中，所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，步骤六中，在矫正前先对中盾和尾盾的焊缝进行超声波探伤检测以确认焊缝质量合格；然后，在使用液压泵站分级加载的方法进行矫正施工的同时，分别对盾构机参数、焊缝应力、主梁应力、弧形底板的变形量、盾尾间隙进行实时监测和反馈，当监测数据变化超出规定范围时停止加压。

具体的，盾构机参数监测为监测盾构机切口压力变化、泥水舱液位、Samson系统补气量及盾尾油脂腔压力等变化情况，从而判断矫正过程中盾构机前方掌子面是否稳定，以及盾构机外周水土压力是否出现较大波动；焊缝应力监测为在中尾盾焊缝及油脂管路和注浆管路盖板位置焊缝处布设弦式应变计，以监测矫正过程中盾体及焊缝应力变化，从而及时获得矫正结构应力施加、分配情况和盾壳结构内力分布情况，其中，焊缝处的应力变化应小于该焊缝的焊接强度的60％；主梁应力监测为根据所述简易矫正工装的结构进行受力分析，在主梁两端的位置分别布置应变监测点，采用表面型智能弦式应变计监测双拼梁的内力，以确保主梁结构安全及矫正过程的操作安全，其中，主梁间的内力变化不应超过H梁之间焊接强度的80％；弧形底板的变形量监测为在弧形底板设置标靶点，并在拼装机主梁上安装激光测距仪对弧形底板的变形量进行监测，具体的监测方法与盾体变形量的检测方法相同，弧形底板的变形量应在5cm-10cm以内；盾尾间隙监测为在尾盾内的每两组油缸之间布设监测点，在单次矫正结束后使用钢板尺对管片间的盾尾间隙进行测量并记录，盾尾间隙应保持在10cm以内。在全部矫正点矫正完成后，再次对中盾与尾盾的环向焊缝及尾盾分块焊缝进行超声波探伤检测，并出具探伤报告，依据报告结论判断是否需要进行焊缝加固。通过上述矫正过程中对不同参数的实时监测，保证了施工中各部分设备的稳定性，防止在矫正过程中对盾构机的未变形区域造成严重影响，进一步降低了施工中的安全风险。

在另一技术方案中，所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，当所述矫正顺序中相邻的两个矫正点的间距超过一定范围时，在后矫正点处搭设另一所述简易矫正工装，并重复步骤四到步骤八进行矫正施工，相邻的两个简易矫正工装之间通过连接梁固定连接。从而，通过在尾盾范围内设置多个简易矫正工装，完成对全部盾尾变形区域的矫正，不需要重新拆装简易矫正工装后再进行后续的矫正点的施工，且多个简易矫正工装在矫正顺序允许的条件下可进行同步施工，进一步节省了施工时间，提高施工效率。

以盾尾外径为12120mm，内径为11960mm，长度为4430mm盾构机在某跨江隧道施工工程中发生盾尾变形为例，所述处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺步骤如下：

1、矫正工装设计：根据盾构机结构和实际施工情况进行简易矫正工装的结构设计。

2、施工准备：

(1)确定矫正范围

利用全站仪对尾盾出露的2.7m范围进行全断面通视，采集盾体变形数据。具体方式为在每组油缸之间布设一条纵向测线，并在油缸2-3、8-9、18-19、19-20、20-21之间除了每组油缸间布点外另外加密一条测线，共28条测线，每条测线设置6个测点，共组成6个测量断面。测量断面与中尾盾焊缝的距离分别为：0.1m、0.4m、0.7m、1.1m、1.6m、1.9m。根据各断面盾尾圆度变化情况，确定盾尾重点矫正位置为环向油缸19-20之间，距离中尾盾0.4-1.1m范围内。根据上述矫正范围，本实施例中多个矫正点分布情况和矫正顺序如图6所示，施工顺序为A-B-C-D-E-F，需间隔设置三个简易矫正工装以满足全部矫正点的矫正需求，其中矫正点C和D、E和F可分别采用双点同步顶推施工。

(2)空间清理及原设备结构保护

根据确定的盾尾矫正范围，划定简易支撑梁所占用拼装机区域，拆除此范围内盾构机附属设备及管路，具体为拆除拼装机平台右侧同步注浆气动阀和左侧电箱。

同时，在矫正工装悬空区域下方安装简易脚手架，铺设走道板，并在油缸13-17上铺设润湿后的石棉布，对油缸进行防护，防止重物坠落损坏下部油缸。

(3)辅助吊耳焊接

在油缸22-5范围内每两组油缸间隙的尾盾部位焊接多个吊耳，其距离尾盾与中盾焊缝1.1米和1.8米左右，尽量不影响油缸伸缩，纵向间距为70cm，吊耳上用卡环连接1米2t吊带(双折使用)，吊带上挂手拉葫芦，辅助进行支撑梁的吊运安装工作。

(4)弧形底板焊接

将油缸5-8回缩，在此范围内的导向条之间点焊贴垫尺寸为820mm×20mm×30mm弧形底板，使与导向条齐平并与盾体密贴，然后将3块1500mm×2000mm×20mm的弧形底板用拼装机结合手拉葫芦吊运至油缸5-8区域并焊接在与盾体紧贴的弧形底板上，在弧形底板下沿焊接挡块，以固定弧形底板并防止其下滑。

3、矫正工装拼装

(1)主梁拼装

用手拉葫芦、吊带等工具把主梁分段固定在拼装机配重块吊耳上，旋转拼装机把主梁转到时钟12点方向，然后利用顶部油缸23-1处的吊耳将主梁吊到拼装机平台上。

按照102-103-104-101的顺序依次将各分段主梁进行对接，连接完成后整体吊起定位，将主梁后端与弧形底板进行焊接加固；定位焊接支撑梁一、支撑梁二和支腿。主梁安装完成后，拼装机悬停至后部尾盾变形范围外，同时进行拼装机限位和拼装机支腿安装。

(2)顶推装置安装

顶推装置主要包括2个500t千斤顶、液压管路和液压泵站。千斤顶设置在主梁端部的限位框内，限位框上预留油管安装空间，在主梁整体安装后，通过液压管路将千斤顶与液压油泵连接组成整体。

(3)斜面构件安装

利用上部的吊耳将斜面构件吊运至盾体变形点处，通过滑槽装置安装在顶推装置的千斤顶的端部。

4、辅助矫正措施

(1)盾体开孔

查询尾盾变形区域管路及拼块焊缝位置，开孔位置避开以上位置并采用喷漆做好醒目标记，以便后续施工，固定磁力钻机使合金钻头正对设定的钻孔位置。利用M27钻头在盾尾钢板上钻孔，孔深60mmm，钻进过程中在孔洞内注润滑油，增强排渣效果，同时注水用于钻头降温；利用M32丝锥人工抽丝，先抽粗丝再抽细丝。抽丝结束后利用M32螺栓进行拓孔，保证螺栓能安装在通孔内；拆掉磁力钻机，焊接直接头；安装DN50球阀，焊接钻机底座，再次安装磁力钻机，利用M24钻头钻通剩余20mm钢板，关闭球阀，拆掉钻机，完成盾尾钢板钻孔。

其中，开孔数量根据盾体变形矫正需求确定。封堵螺杆的大小根据钻孔尺寸设计，长度为60mm，螺杆顶部铣“一字形”槽，用于进行螺杆拆卸，实现对钻孔反复穿孔、封堵。

(2)注水通孔

将三通阀与球阀连接，接软管至标有刻度的收集槽，打开球阀，尝试放砂。由于密实粉细砂快速沉淀特性，放砂过程较困难，砂水混合物会迅速将三通阀和软管堵塞，因此将高压水管接于三通阀上，放砂过程中采用高压水进行反冲，采取“放-冲-放”的方式进行放砂，单次放砂量≤0.4m³，累计放砂量≤1.5m³。在放砂结束后，通过在变形区域的上部孔位注入膨润土，下部孔位打开球阀的方式进行串孔，使盾尾钢板壁后形成通道，增加放砂影响范围，提高配合千斤顶进行加载矫正的效果。

其中，当盾体外侧存在附着物或地层较为密实时，采用温水注入或增加陶瓷加热板加热盾体外侧水体的方式对外侧附着物进行浸泡辅助高压水或高压泥浆冲刷通孔，加快放砂泄压功效。

5、安全辅助措施

设置安全警示隔离区，矫正工装组装及矫正过程中，安排安全人进行旁站，将矫正工装前后3m范围设置为安全警示隔离区，并拉起警戒线，禁止非操作人员进入；液压泵站设置在简易矫正工装的侧方，与其保持一定安全距离，同时在液压泵站外围焊接隔离钢板，以保护司泵手进行安全操作。

6、盾尾监测及检测

矫正结束后，利用全站仪对盾尾进行全断面通视，采集6个断面变形数据进行盾尾圆度拟合，并与初测圆度结果对比，判断矫正效果。

7、加载矫正过程

(1)分级加载

采用液压泵站对2台500t千斤顶同步分级加载，加载梯度0～40MPa为10MPa，40～60MPa。液压泵站压力设置等级分别为10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa、60MPa。每级加载达到设定压力后稳压5分钟左右，进行盾尾焊缝、盾体变形监测及主梁应力监测，同时观察主梁支撑是否有异常位移等，无异常按照要求进行下一级压力的加载。

(2)稳压卸载

加载至最大荷载进行稳压，稳压20min后进行泵站卸载，卸载结束完成单次盾体矫正。重复单次盾体矫正的过程直至盾体变形量≤1mm/min。

依据预设的矫正顺序，调整斜面构件及其位置，重复加载矫正过程并严密监测盾体机及矫正工装应力应变情况，直至完成盾尾变形矫正工作。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，其特征在于，包括：

主梁，其通过支腿架设在拼装机主梁上，所述主梁的一端正对盾尾变形区域设置，另一端与盾尾内壁固定连接；

多个支撑梁一，其间隔设置在所述主梁上，任一支撑梁一的一端与所述主梁固定连接，另一端与盾尾内壁固定连接；

顶推装置，其通过支架固设在所述主梁的与所述盾尾变形区域相邻的一端且顶推方向与所述主梁的长度方向平行；

斜面构件，其设置在所述顶推装置的顶推端，所述斜面构件的斜面端与所述盾尾变形区域抵接；

其中，所述支架包括底板，其固定在所述主梁的与所述盾尾变形区域相邻的一端；限位框，其固定在所述底板上，所述顶推装置安装在所述限位框中；滑槽装置，其固定在所述底板上并位于所述限位框的一侧，所述滑槽装置包括主滑槽和多个次滑槽，所述主滑槽沿所述主梁的高度方向设置，所述斜面构件通过滑块在所述主滑槽上沿所述盾尾变形区域的纵向移动，所述多个次滑槽沿所述主滑槽的长度方向间隔设置在所述主滑槽的外侧并与其连通，任一次滑槽沿所述顶推方向设置并与所述主滑槽垂直，所述斜面构件通过所述滑块在所述次滑槽上沿所述顶推方向移动，其中，所述主滑槽的长度小于所述斜面构件沿所述主梁的高度方向的厚度，所述次滑槽的长度大于所述斜面构件与所述盾尾变形区域的间距。

2.如权利要求1所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，其特征在于，还包括：多个支撑梁二，其间隔设置在所述主梁的中部，任一支撑梁二的一端与所述主梁固定连接，另一端与中盾内部型钢结构固定连接。

3.如权利要求1所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，其特征在于，所述主梁包括平行设置的两个拼接梁，任一拼接梁包括首尾连接的两个H梁，其两侧的接缝处分别设有固定板；所述顶推装置包括两个千斤顶，其分别对应设置在所述两个拼接梁的端部。

4.如权利要求3所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装，其特征在于，所述斜面构件为第一斜面构件或第二斜面构件，所述第一斜面构件为两个直角梯形体，其分别设置在所述两个千斤顶的顶推端，任一直角梯形体的与其倾斜侧面相对的一侧面与千斤顶的顶推面抵接，所述第二斜面构件为等腰梯形体，其顶面倾斜设置，底面分别与所述两个千斤顶的顶推面抵接。

5.一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在从尾盾与管片交界处到中盾的范围内间隔设置多个测量断面，采用全站仪对所述尾盾进行全断面通视的方法，确定盾尾变形区域，即盾尾变形点在尾盾上的轴向坐标范围和周向坐标范围，并根据所述盾尾变形区域内的变形量分布情况设计矫正点、矫正顺序和矫正参数；

步骤二、根据所述盾尾变形区域的位置，在不影响拼装机工作的条件下，划定简易矫正工装所占用的区域，并拆除此范围内盾构机的其他附属设备及管路；

步骤三、拼装所述简易矫正工装，并将其安装到对应的施工区域；

步骤四、在所述盾尾变形区域内按照从下往上的顺序沿圆周方向对尾盾的盾体进行开孔作业，并使用封堵螺杆对钻好的通孔进行封堵；

步骤五、先采用高压水冲孔的方法对所述通孔进行放砂处理，再采用将膨润土从矫正范围上部的通孔内注入，并下部的通孔中排出的方法进行串孔作业；

步骤六、将斜面构件设置在矫正点的位置，使用液压泵站分级加载的方式驱动所述简易矫正工装上的顶推装置，通过抵接在所述顶推装置和盾尾内壁之间的斜面构件对所述矫正点进行分级加压矫正，每次分级加压矫正中包括多次连续的压力变化；

步骤七、在所述盾体变形区域内设置多个标靶点，每次加载到设定的分级压力后用全站仪以所述多个标靶点为基准对盾体变形量进行检测，每次分级加压矫正在逐次加压至液压泵站的最大荷载后先稳压20min，再分级卸压，重复上述步骤进行多次分级加压矫正，直至检测到的盾体变形量达到要求的范围内；

步骤八、根据预设的矫正顺序，调整所述斜面构件在滑槽装置上的位置，并根据矫正参数切换所述斜面构件，使所述斜面构件移动到下一规定的矫正点处，然后重复上述分级加载的施工方法直至完成全部矫正点的矫正。

6.如权利要求5所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，其特征在于，步骤三中，所述简易矫正工装的拼装和安装包括以下步骤：

一、在盾尾变形区域一侧的上部油缸之间焊接多个吊耳，任一吊耳上穿设吊带；

二、将主梁沿其长度方向分为连续设置的多段横梁，将其分别固定在拼装机的配重块上，将拼装机旋转180°后，使用所述吊带将所述多段横梁吊装至拼装平台上，从中间向两端依次进行所述多段横梁的拼接，相邻的两段横梁之间采用法兰盘连接；

三、主梁拼接完成后通过所述吊带将所述主梁整体吊起，采用手拉葫芦拉动吊带的方式将所述主梁拉至规定的安装位置，然后通过弧形底板将所述主梁的后端固定在盾尾内壁上，并在所述主梁与拼装平台之间设置竖直的支腿；

四、在所述主梁的后部设置多个支撑梁一，其与所述主梁呈锐角设置并固定在盾尾内壁上；在所述主梁的中部设置多个支撑梁二，其连接所述主梁与中盾的H梁；

五、在所述主梁的前端安装顶推装置，并将其通过液压管路与液压泵站连接，在顶推装置的顶推端设置斜面构件使其与矫正范围内的盾尾内壁抵接。

7.如权利要求5所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，其特征在于，步骤六中，在矫正前先对中盾和尾盾的焊缝进行超声波探伤检测以确认焊缝质量合格；然后，在使用液压泵站分级加载的方法进行矫正施工的同时，分别对盾构机参数、焊缝应力、主梁应力、弧形底板的变形量、盾尾间隙进行实时监测和反馈，当监测数据变化超出规定范围时停止加压。

8.如权利要求5所述的处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装的施工工艺，其特征在于，当所述矫正顺序中相邻的两个矫正点的间距超过一定范围时，在后矫正点处搭设另一所述简易矫正工装，并重复步骤四到步骤八进行矫正施工，相邻的两个简易矫正工装之间通过连接梁固定连接。

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