CN112228090B - 一种隧道内机械化施工泵房设备回退装置的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道内机械化施工泵房设备回退装置的施工方法，在盾构隧道内，顶管机向下顶进到位后（具体顶进深度根据泵房深度确定），首先，利用衡盾泥对泥水仓泥水进行置换并压气形成泥膜；然后，保压拆除进排泥管路，通过中心泵管接口接入混凝土泵入管路，并将顶管机机头隔板与盾体解绑，启动刀盘转动并收缩油缸回撤刀盘；严格控制主机后退速度和混凝土注入量平衡，并全过程不停止压缩空气注入，保持土仓压力不变。在顶管机往下推进到位后，该装置可操作刀盘回退同时带压封底工序，实现刀盘主机可回收得目的和满足泵房底部结构施工要求。

Description

一种隧道内机械化施工泵房设备回退装置的施工方法

技术领域

本发明涉及一种隧道内机械化施工泵房设备回退装置的施工方法，属于隧道盾构施工技术领域。

背景技术

城市地下空间经过多年的开发利用，浅层地下空间可利用资源越来越少，由其是在城市中心区，地铁隧道埋深达到30米已非常常见，并且越埋越深的趋势比较明显，深埋后意味着要面对更大的地下水压和更新、更复杂的地质条件，常规矿山法施工将越来越困难，以盾构法为代表的机械化施工将越来越多，隧道泵房施工更需要优先考虑冷冻法或机械化施工。冷冻法施工由于存在工期长、成本高、施工风险大等缺点，建设各方基本持能不选用尽量不选用的态度，而开发机械化施工装备和工法是地下工程工作者一直以来的不懈追求，机械化施工也是改善施工作业工人劳务强度、推动社会前进的必由之路。

隧道内机械化施工泵房设备回退装置适用于一种盾构隧道内顶进方向向下顶管法泵房结构施工。它包括前盾、刀盘、驱动、回收油缸和液压泵。在顶管机往下推进到位后，该装置可操作刀盘回退同时带压封底工序，实现刀盘主机可回收得目的和满足泵房底部结构施工要求。

目前与本发明最接近的技术方案有：

（1）一种顶管机，包括外壳和内壳，还包括刀具组件和固连于内壳远离刀具组件一端的回拖装置，刀具组件包括与内壳相固连且能够进入中心腔体内的刀盘和第一端铰接于刀盘上且第二端能够绕第一端翻转折叠至中心腔体内的折叠刀架。折叠刀架的切削面积免受外壳的影响，且可避免人工翻转，有利提升掘进效率，同时有利于实现自动回退。此外，依靠回拖装置拖拽内壳，使内壳带动刀具组件从外壳的中心腔体内被拖拽至始发井内，避免人工拆卸外壳和内壳之间的连接，有利于进一步实现自动回退。因此，本发明所提供的顶管机既有利于提升掘进效率，有利于实现自动回退。本发明还公开了一种应用于如上所述的顶管机的可退回式顶管施工方法。

（2）一种顶管机，包括具有中心腔体的外壳；中心设有型腔且可拆卸地安装于所述中心腔体内的内壳；安装于所述内壳的前端的刀盘，所述刀盘的横截面能够与所述内壳的横截面相吻合。应用该顶管机，由于所述内壳与所述外壳能够脱离连接，故能够将所述内壳和所述刀盘从已挖掘隧道内沿顶管机挖掘方向的反方向拖拽至始发井内，从而完成顶管施工，无需设置接收井便可顺利完成顶管施工。因此，本申请所提供的顶管机能够在无需设置接收井的前提下顺利完成顶管施工。本申请还公开了一种可退回式顶管施工方法。

（3）一种顶管注浆装置，包括注浆管，其特征在于顶管注浆孔设有内螺纹，注浆管设有外螺纹，注浆管端部设有蝶形导叶。蝶形导叶焊接在注浆管的一个端面上，导叶与注浆管轴线的夹角为50~60°。该注浆装置还设有与注浆孔相配合的螺栓堵头。带有压力的泥浆经蝶形导叶反射后，可沿管道周长环向更好的摊铺。且采用螺栓堵头封堵，不破坏管道外侧的防腐涂层，并用厚浆型环氧树脂形成良好的密封防腐效果，可有效减少管道顶进时的摩擦阻力和延长管道的使用寿命。具有构造简单，布置紧凑，施工方便的特点。

由于在隧道内施作泵房结构需要用到顶进方向向下的顶管机，在刀盘顶进至指定位置后利用泵房设备回退装置实现刀盘边回退边喷射混凝土施作泵房底部结构，现有顶管机绝大多数顶进方向位于水平面而无法实现挖掘泵房的结构，同时在顶管掘进至指定位置后没有实现刀盘回退同时带压封底工序。

发明内容

本发明主要解决了衡盾泥置换泥水仓泥水形成泥膜的问题，顶管机壳体与刀盘隔仓板解绑问题，以及主机后退速度和混凝土注入量平衡问题。

本发明采用的技术方法主要是在盾构隧道内，顶管机向下顶进到位后（具体顶进深度根据泵房深度确定），首先，利用衡盾泥对泥水仓泥水进行置换并压气形成泥膜；然后，保压拆除进排泥管路，通过中心泵管接口接入混凝土泵入管路，并将顶管机机头隔板与盾体解绑，启动刀盘转动并收缩油缸回撤刀盘；严格控制主机后退速度和混凝土注入量平衡，并全过程不停止压缩空气注入，保持土仓压力不变，约回撤1000mm~1500mm，也即灌注1000mm~1500mm厚的混凝土。整个封底过程刀盘始终保持低速（0.1~0.3rpm）转动，直至混凝土初凝。

一种隧道内机械化施工泵房设备回退装置的施工方法，具体包括如下步骤，步骤1：顶管机机头1向下顶进到位后，利用衡盾泥对泥水仓泥水进行置换并压气形成泥膜。水平方向施工中，衡盾泥浆液主要用于带压开仓作业的泥膜护壁、掘进中防滞止排、控制喷涌等。在本发明中，衡盾泥浆液泥膜主要是保证封闭保压效果稳定，满足保压作业的需要。

步骤2：保压拆除进排泥管路，通过中心泵管接口2接入混凝土泵入管路，并将顶管机机头隔板与盾体解绑。

步骤3：启动刀盘转动并收缩油缸回撤刀盘，控制主机后退速度和混凝土注入量平衡，并全过程不停止压缩空气注入，保持土仓压力动态平衡。

进一步地，刀盘回撤1000mm~1500mm，也即灌注1000mm~1500mm厚的混凝土。

进一步地，实现本方法的装置包括前盾、折叠式刀盘、驱动、液压油缸和加长密封等装置。液压油缸通过法兰盘上的支座与前盾、折叠式刀盘相连，并通过销轴连接固定。加长密封安装于顶管机外盾体的顶部法兰面上，用螺栓与盾体连接。加长密封高度500mm，无加长密封时，顶管机头最大回撤高度仅1000mm即脱离密封，安装后，保证了在顶管机头回撤1500mm的情况下仍能进行保压，使可回收顶管机头有更大的行程保证。

进一步地，折叠式刀盘的折叠刀具在安装前为展开状态，并用销轴连接固定，进行向下开挖工作，展开状态下刀盘外径大于外盾直径。在提升时，刀盘与外盾接触，并产生挤压，在继续提升过程中，压力达一定量时，用于固定的销轴由于被剪切破坏而发生断裂。折叠刀具回收折叠，此时刀盘外径小于外盾直径，使得刀盘能顺利从外盾中由液压油缸提出，从而完全回退。

构件安装位置：外盾刃口朝下倒置，通过连接板与内盾连接固定成一整体，驱动安装于内盾上方，刀盘安装于内盾下方。液压油缸通过支座与内盾连接，并用销轴固定。加长环高度500mm，直径与外盾直径一致，安装于外盾上部，通过法兰与外盾连接成一整体，加长环顶部设有两道密封，供以顶管主机提升高度超过1000mm，即脱离外盾最上部密封后，继续保压的作用。

改进点：不同于水平向施工中能设置顶管设备的始发井和接收井，在自上而下的施工工艺中，顶管机头顶进到位后，必须将主机提升，直至脱离，从始发位置将其回收。但是掘进工作中，刀盘的直径应略大于盾体直径，如此便会造成“卡壳”而无法回收，因此，设计一套可回收的顶管设备以及设备的回退装置就尤为重要。本发明通过结合可折叠刀具与回收提升设备，使其在工作过程中保持外径大于盾体直径；在回收时，剪断支撑用的销轴使其折叠回落，而使其外径小于盾体直径，解决了竖井施工完成后，顶管主机回收的问题。

与现有技术相比较，隧道内机械化施工泵房设备回退装置适用于一种盾构隧道内顶进方向向下顶管法泵房结构施工。包括前盾、刀盘、驱动、液压油缸和液压泵。在顶管机往下推进到位后，该装置可操作刀盘回退同时带压封底工序，实现刀盘主机可回收得目的和满足泵房底部结构施工要求。

附图说明

图1为设备回退工艺流程图。

图2为回退装置示意图。

图3为顶管机机头喷混细部图，其中3表示细石混凝土封底。

图4、图5为施工原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实现本方法的结构包括前盾、折叠式刀盘、驱动、液压油缸和加长密封等装置。液压油缸通过法兰盘上的支座与前盾、折叠式刀盘相连，并通过销轴连接固定。加长密封安装于顶管机内盾体的顶部法兰面上，用螺栓与盾体连接。

待顶管机机头向下顶进到位后，首先利用衡盾泥对泥水仓泥水进行置换并压气形成泥膜。其次，保压拆除进排泥管路，通过中心泵管接口接入混凝土泵入管路，并将顶管机机头隔板与盾体解绑。启动驱动，并开始收缩液压油缸提升折叠式刀盘，刀盘在驱动和油缸的共同作用下，边旋转边回退。提升过程中要注意控制油缸之间的行程差不差过10mm，以达到同步提升的效果，否则刀盘不再提升。刀盘回退过程中，通过中心泵管接口往泵坑中注入混凝土。该过程严格控制主机后退速度和混凝土注入量平衡，并全过程不停止压缩空气注入，保持土仓压力不变，约回撤1000mm~1500mm，也即灌注1000mm~1500mm厚的混凝土。灌注完成后，刀盘不再提升，保压至混凝土具有一定强度后，继续提升刀盘，液压油缸连同折叠式刀盘和内盾一并提出加长密封，与外盾脱离，刀盘完全回退。

本发明的技术核心是折叠式刀盘的折叠刀具在安装前使其为展开状态，并用销轴连接固定，进行向下开挖工作，展开状态下刀盘外径略大于外盾直径。在提升时，刀盘与外盾接触，并产生挤压，在继续提升过程中，压力达一定量时，用于固定的销轴由于被剪切破坏而发生断裂。折叠刀具回收折叠，此时刀盘外径略小于外盾直径，使得刀盘能顺利从外盾中由液压油缸提出，从而完全回退。

隧道内机械法施工泵房很好地解决了冷冻法施工存在的工期长、成本高、施工风险大等缺点，开发机械化施工装备和工法是地下工程工作者一直以来的不懈追求，机械化施工也是改善施工作业工人劳务强度、推动社会前进的必由之路。隧道内机械化施工泵房设备回退装置适用于一种盾构隧道内顶进方向向下顶管法泵房结构施工，由于机械法施工下沉式泵房，无法同常规盾构顶进一般设置接收井，刀盘须撤回收。因此，刀盘回退装置的发明为机械化施工泵房技术提供了可能。

Claims (3)

1.一种隧道内机械化施工泵房设备回退装置的施工方法，具体包括如下步骤，步骤1：顶管机机头向下顶进到位后，利用衡盾泥对泥水仓泥水进行置换并压气形成泥膜；

步骤2：保压拆除进排泥管路，通过中心泵管接口接入混凝土泵入管路，并将顶管机机头隔板与盾体解绑；

步骤3：启动刀盘转动并收缩油缸回撤刀盘，控制主机后退速度和混凝土注入量平衡，并全过程不停止压缩空气注入，保持土仓压力动态平衡；其特征在于：实现本方法的装置包括前盾、折叠式刀盘、驱动、液压油缸和加长密封；液压油缸通过法兰盘上的支座与前盾、折叠式刀盘相连，并通过销轴连接固定；加长密封安装于顶管机内盾体的顶部法兰面上，用螺栓与盾体连接；

折叠式刀盘的折叠刀具在安装前为展开状态，并用销轴连接固定，进行向下开挖工作，展开状态下刀盘外径大于外盾直径；在提升时，刀盘与外盾接触，并产生挤压，在继续提升过程中，压力达一定量时，用于固定的销轴由于被剪切破坏而发生断裂；折叠刀具回收折叠，此时刀盘外径小于外盾直径，使得刀盘能顺利从外盾中由液压油缸提出，从而完全回退；外盾刃口朝下倒置，通过连接板与内盾连接固定成一整体，驱动安装于内盾上方，刀盘安装于内盾下方；液压油缸通过支座与内盾连接，并用销轴固定。

2.根据权利要求1所述的一种隧道内机械化施工泵房设备回退装置的施工方法，其特征在于：刀盘回撤1000mm～1500mm，也即灌注1000mm～1500mm厚的混凝土。

3.根据权利要求1所述的一种隧道内机械化施工泵房设备回退装置的施工方法，其特征在于：加长环高度500mm，直径与外盾直径一致，安装于外盾上部，通过法兰与外盾连接成一整体，加长环顶部设有两道密封，供以顶管主机提升高度超过1000mm，即脱离外盾最上部密封后，继续保压。

Images