CN112796772A - 一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，包括主机改造和后配套改造，主机改造是在常规盾构前盾及中盾之间增加一节铰接式滑筒结构，并将常规盾构螺旋输送机改造为双级螺旋输送机；后配套改造是增加一节台车，用来布置增加的同步注浆罐及相应控制柜，并增加二次补浆装置，有效减小地表沉降，同时配置可移动会车平台，两组编组车可在隧道内快速错车，从而大大提高物料运输效率。本发明不仅通过盾构改造大大降低了工程造价，而且通过掘进与拼装同步施工显著提高了盾构的施工效率。

Description

一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法
技术领域
本发明涉及隧道工程盾构装备技术领域，具体涉及一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法。
背景技术
近年来，城市地铁盾构隧道工程飞速发展，加快施工速度；降低工程造价逐渐成为了社会要求。对于盾构隧道工程而言是期望通过实现掘进拼装同步施工来缩短工程的施工时间，目前盾构工程还是采用盾构掘进与管片拼装分步进行的原则进行施工，施工效率无法得到提升。同时国内常规盾构的保有量很大，而新购盾构设备成本高，通过盾构改造技术可大幅降低生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，不仅通过盾构改造大大降低了工程造价，而且通过掘进与拼装同步施工显著提高了盾构的施工效率。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，包括主机改造和后配套改造，改造的原则是最大限度地利用常规盾构的零部件；
所述主机改造包括：(1)在常规盾构前盾与中盾之间增加铰接式滑筒结构，所述铰接式滑筒结构包括外滑筒、内滑筒、铰接环、推进油缸和前部铰接油缸；所述外滑筒与常规盾构前盾固定连接；所述内滑筒与铰接环之间通过若干所述前部铰接油缸连接，二者能够相对摆动；所述铰接环与常规盾构中盾固定连接；所述铰接式滑筒结构内部布置若干所述推进油缸，所述推进油缸的活塞杆端与所述前盾连接、缸体端与所述中盾连接；(2)将常规盾构螺旋输送机改造为双级螺旋输送机，通过双级降低螺旋机尾部高度，避免在滑动过程中与管片拼装机干涉；
所述后配套改造包括：(1)在常规盾构的基础上增加一节台车，用来布置增加的同步注浆罐及相应控制柜。
上述方案中，所述后配套改造还包括：(2)在常规盾构的基础上增加二次补浆装置，在设备通过后补浆，有效减小地表沉降。
上述方案中，所述后配套改造还包括：(3)在常规盾构的后配套台车后部配置可移动会车平台，以实现两组编组车在隧道内快速错车。
上述方案中，所述可移动会车平台布置于隧道内，平台上为双股车道，可允许两列编组车同时通过，从而实现两组编组车在隧道内快速错车。
上述方案中，所述外滑筒与内滑筒之间设置有导向及密封装置，在伸缩滑动过程中，能够避免周围土体进入盾构机内部，保证施工安全。
上述方案中，所述内滑筒与铰接环之间设有铰接密封。
上述方案中，若干前部推进油缸与若干前部铰接油缸在圆周方向上交错均匀布置。
上述方案中，所述外滑筒通过法兰及螺栓与常规盾构前盾固定连接，所述铰接环通过法兰及螺栓与常规盾构中盾固定连接。
上述方案中，增加台车设于常规盾构后配套的第一节台车与第二节台车之间。
相应的，本发明还提出一种用常规盾构改造的掘进拼装同步施工盾构，包括主机系统和后配套系统，所述主机系统包括刀盘、前盾、中盾和尾盾，所述后配套系统包括后配套台车；所述主机系统还包括设置于所述前盾与中盾之间的铰接式滑筒结构，所述铰接式滑筒结构包括外滑筒、内滑筒、铰接环、推进油缸和前部铰接油缸；所述外滑筒与常规盾构前盾固定连接；所述内滑筒与铰接环之间通过若干所述前部铰接油缸连接，二者能够相对摆动；所述铰接环与常规盾构中盾固定连接；所述铰接式滑筒结构内部布置若干所述推进油缸，所述推进油缸的活塞杆端与所述前盾连接、缸体端与所述中盾连接；所述主机系统还包括双级螺旋输送机，所述双级螺旋输送机与所述前盾连接在一起；
所述后配套台车在常规盾构的基础上增加一节台车而成，增加台车内布置增加的同步注浆罐及相应控制柜；
所述后配套系统还包括二次补浆装置，用于在设备通过后补浆；
所述后配套系统还包括配置于后配套台车后部的可移动会车平台，所述可移动会车平台布置于隧道内，平台上为双股车道，可允许两列编组车同时通过，从而实现两组编组车在隧道内快速错车。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，不仅通过盾构改造大大降低了工程造价，而且通过掘进与拼装同步施工显著提高了盾构的施工效率。
2、本发明改造得到的掘进拼装同步施工盾构配备一个伸缩滑筒和四组油缸，其中，伸缩滑筒能实现盾体伸缩滑动，连续掘进模式下，前部推进油缸用于刀盘同步推进，后部拼装油缸用于拼装管片，中间两组铰接油缸用于调向与姿态控制。通过伸缩滑筒与四组油缸的协同动作，既能实现盾构推进与管片拼装的同步进行，缩短盾构掘进循环作业时间，又能实现前后盾体的铰接偏摆，连续调节盾构姿态，满足转弯调向及小曲线半径转弯需求。该种盾构机即便是在发生特殊情况，也可以锁定推进油缸，采用拼装油缸进行推进，恢复到常规盾构的工作模式，即盾构掘进与管片拼装交替进行，可以在长距离施工中发挥出很高的可靠性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是常规盾构主机结构示意图；
图2是掘进拼装同步施工盾构主机改造示意图；
图3是掘进拼装同步施工盾构的铰接式滑筒结构示意图；
图4是图3所示铰接式滑筒结构的A处放大图；
图5是掘进拼装同步施工盾构主机结构示意图；
图6是掘进拼装同步施工盾构主机掘进过程示意图；
图7是掘进拼装同步施工盾构主机复位示意图；
图8是常规盾构后配套台车结构示意图；
图9是掘进拼装同步施工盾构后配套台车改造示意图；
图10是掘进拼装同步施工盾构后配套台车结构示意图；
图11是掘进拼装同步施工盾构后配套二次补浆装置结构示意图；
图12是掘进拼装同步施工盾构后配套可移动会车平台结构示意图。
图中：11、刀盘；12、前盾；13、中盾；14、尾盾；15、拼装油缸；16、管片；17、常规盾构螺旋输送机；18、管片拼装机；19、后部铰接油缸；
20、铰接式滑筒结构；21、外滑筒；22、内滑筒；23、铰接环；24、导向及密封装置；25、推进油缸；26、前部铰接油缸；27、铰接密封；
30、双级螺旋输送机；40、增加台车；50、二次补浆装置；60、可移动会车平台。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明所述的一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，包括主机改造和后配套改造，改造的原则是最大限度地利用常规盾构零部件。
常规盾构的主机结构如图1所示，包括刀盘11、前盾12、中盾13、尾盾14、拼装油缸15、管片16、常规盾构螺旋输送机17、管片拼装机18、后部铰接油缸19。常规盾构施工中，当盾构向前掘进完成后，开始拼装管片16，掘进与拼装分步进行。
掘进拼装同步施工盾构的主机结构改造如图2所示，在常规盾构前盾12与中盾13之间增加一节铰接式滑筒结构20，并将常规盾构螺旋输送机17整体替换为双级螺旋输送机30。
如图3-4所示，铰接式滑筒结构20包括外滑筒21、内滑筒22和铰接环23：外滑筒21通过法兰及螺栓与常规盾构前盾12连接，接口形式与常规盾构保持一致；外滑筒21与内滑筒22之间设置有导向及密封装置24，在伸缩滑动过程中，能够避免周围土体进入盾构机内部，保证施工安全；铰接式滑筒结构20内部布置若干推进油缸25，推进油缸25的活塞杆端与前盾12连接、缸体端与中盾13连接，通过推进油缸25来推动外滑筒21及内滑筒22前后滑动距离1500mm(一环管片16宽度)；内滑筒22与铰接环23之间通过若干前部铰接油缸26及铰接密封27连接，二者能够实现一定角度的相对摆动，配合推进油缸25分区控制可实现同步施工时调向纠偏等功能；铰接环23通过法兰及螺栓与常规盾构中盾13连接，接口形式与常规盾构保持一致。通过上述常规盾构主机改造，形成掘进拼装同步施工盾构主机，如图5所示。掘进拼装同步施工盾构可实现常规盾构中盾13及尾盾14保持相对静止状态下进行管片16拼装作业，同时通过推进油缸25推动外滑筒21带动刀盘11及前盾12同步向前掘进纠偏等作业，如图6所示。管片16拼装完后通过常规盾构的拼装油缸15实现中盾13及尾盾14向前复位，如图7所示。重复上述工作循环，可实现掘进拼装同步施工，提升施工效率。另外常规盾构刀盘11、前盾12、中盾13、尾盾14、拼装油缸15、管片拼装机18、后部铰接油缸19、连接刀盘11和前盾12的主驱动装置等都无需改造，可重复利用，只需增加一节铰接式滑筒结构20，改造工艺简单。
常规盾构的主机改造中，螺旋输送机与前盾12连接在一起，管片拼装机18与中盾13连接在一起，掘进拼装同步施工时，螺旋输送机与管片拼装机18会随着外滑筒21及内滑筒22相对滑动而发生相对位移1500mm(一环管片16宽度)，故需对常规盾构螺旋输送机17进行改造，设置双级螺旋输送机30，通过双级降低螺旋机尾部高度，避免在滑动过程中与管片拼装机18干涉。
常规盾构的后配套结构如图8所示，常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构后，因为掘进速度加快，同步注浆量加大，因此后配套改造需要增加一节台车(如图9所示)，用来布置增加的同步注浆罐及相应控制柜，改造后的后配套台车如图10所示。具体的，增加台车40设于常规盾构的第一节台车与第二节台车之间，常规盾构同步注浆罐布置在第一节台车，设置此处为了把同步注浆罐集中起来，便于操作。
常规盾构的后配套改造中，常规盾构是在盾构掘进时同步注浆，掘进拼装同步施工盾构是在中盾13及尾盾14复位时间同步注浆，注浆时间缩短，因此后配套需要增加二次补浆装置50(如图11所示)。即常规盾构原有的注浆装置在中盾13及尾盾14复位时注浆，并通过二次补浆装置50在设备通过后补浆，有效减小地表沉降。
常规盾构的后配套改造中，常规盾构施工中，盾体后部的管片16和渣土等物料运输通过编组车依次运输，编组车只能在工作井错车。改造后的掘进拼装同步施工盾构物料运输通过在后配套台车后部配置可移动会车平台60，如图12所示，可移动会车平台60布置于隧道内，平台上为双股车道，可允许两列编组车同时通过，从而实现两组编组车在隧道内快速错车，从而大大提高物料运输效率。
本发明提供一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，不仅通过盾构改造大大降低了工程造价，而且通过掘进与拼装同步施工显著提高了盾构的施工效率。
本发明通过常规盾构改造的掘进拼装同步施工盾构，包括主机系统和后配套系统。主机系统包括刀盘11、前盾12、中盾13、尾盾14以及设置于前盾12与中盾13之间的铰接式滑筒结构20，铰接式滑筒结构20包括外滑筒21、内滑筒22、铰接环23、推进油缸25和前部铰接油缸26；外滑筒21通过法兰及螺栓与常规盾构前盾12固定连接；内滑筒22与铰接环23之间通过若干前部铰接油缸26连接，二者能够相对摆动；铰接环23通过法兰及螺栓与常规盾构中盾13固定连接；外滑筒21与铰接环23之间布置若干前部推进油缸25，前部推进油缸25的活塞杆端与前盾12连接、缸体端与中盾13连接；若干前部推进油缸25与若干前部铰接油缸26在圆周方向上交错均匀布置。后配套系统包括后配套台车，后配套台车包括增加台车40，增加台车40内布置增加的同步注浆罐及相应控制柜。后配套系统还包括二次补浆装置50，用于在中盾13及尾盾14复位时同步注浆。后配套系统还包括可移动会车平台60，可移动会车平台60配置于后配套台车后部，用于实现两组编组车在隧道内快速错车。
上述掘进拼装同步施工盾构的施工方法，包括以下步骤：
(1)初始状态下，推进油缸25全部缩回，拼装油缸15完全伸出，并顶住管片16；
(2)之后，推进油缸25开始伸出，带动刀盘11、前盾12、外滑筒21一起向前掘进；同时部分拼装油缸15开始回缩，配合管片拼装机18拼装管片16。同步掘进拼装管片16时，只是缩回待拼装部位对应的少部分拼装油缸15，其余的大部分拼装油缸15仍支撑在其他管片16上，待该部位管片16拼装完成后，对应的少部分拼装油缸15重新顶住该管片16；依次拼装直到整环管片16拼装完成；中盾13、尾盾14在此过程中，始终保持不动。
(3)盾构向前推进与管片16拼装全部完成，推进油缸25全部伸出，拼装油缸15全部缩回。
(4)之后，刀盘11、前盾12保持不动，拼装油缸15开始伸出，推进油缸25开始回缩，带动中盾13、尾盾14前移复位；当复位完成后，进入初始状态，重新进入下一循环。
上述掘进拼装同步施工盾构可以在连续掘进模式与常规掘进模式之间切换。在连续掘进模式下，可连续调节盾构姿态，即在掘进过程中通过调节不同分区的推进油缸25的油压，产生不同分区推进油缸25的行程差，配合前部铰接油缸26、后部铰接油缸19动作，更好实现盾构机推进过程中的姿态控制。在常规掘进模式下，即当推进油缸25完全缩回时，可以通过锁定推进油缸25，采用拼装油缸15进行间歇推进与拼装管片16，恢复到常规盾构的推进、拼装管片16间歇进行的常规作业模式，可以在长距离施工中发挥出很高的可靠性。
上述掘进拼装同步施工盾构通过伸缩滑筒与四组油缸的协同动作，既能实现盾构推进与管片16拼装的同步进行，缩短盾构掘进循环作业时间；又能实现前后盾体的铰接偏摆，连续调节盾构姿态，满足转弯调向及小曲线半径转弯需求。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，包括主机改造和后配套改造，改造的原则是最大限度地利用常规盾构的零部件；
所述主机改造包括：(1)在常规盾构前盾与中盾之间增加铰接式滑筒结构，所述铰接式滑筒结构包括外滑筒、内滑筒、铰接环、推进油缸和前部铰接油缸；所述外滑筒与常规盾构前盾固定连接；所述内滑筒与铰接环之间通过若干所述前部铰接油缸连接，二者能够相对摆动；所述铰接环与常规盾构中盾固定连接；所述铰接式滑筒结构内部布置若干所述推进油缸，所述推进油缸的活塞杆端与所述前盾连接、缸体端与所述中盾连接；(2)将常规盾构螺旋输送机改造为双级螺旋输送机，通过双级降低螺旋机尾部高度，避免在滑动过程中与管片拼装机干涉；
所述后配套改造包括：(1)在常规盾构的基础上增加一节台车，用来布置增加的同步注浆罐及相应控制柜。
2.根据权利要求1所述的常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，所述后配套改造还包括：(2)在常规盾构的基础上增加二次补浆装置，在设备通过后补浆，有效减小地表沉降。
3.根据权利要求1所述的常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，所述后配套改造还包括：(3)在常规盾构的后配套台车后部配置可移动会车平台，以实现两组编组车在隧道内快速错车。
4.根据权利要求3所述的常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，所述可移动会车平台布置于隧道内，平台上为双股车道，可允许两列编组车同时通过，从而实现两组编组车在隧道内快速错车。
5.根据权利要求1所述的常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，所述外滑筒与内滑筒之间设置有导向及密封装置，在伸缩滑动过程中，能够避免周围土体进入盾构机内部，保证施工安全。
6.根据权利要求1所述的常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，所述内滑筒与铰接环之间设有铰接密封。
7.根据权利要求1所述的常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，若干前部推进油缸与若干前部铰接油缸在圆周方向上交错均匀布置。
8.根据权利要求1所述的常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，所述外滑筒通过法兰及螺栓与常规盾构前盾固定连接，所述铰接环通过法兰及螺栓与常规盾构中盾固定连接。
9.根据权利要求1所述的常规盾构改造为掘进拼装同步施工盾构的方法，其特征在于，增加台车设于常规盾构后配套的第一节台车与第二节台车之间。
10.一种用常规盾构改造的掘进拼装同步施工盾构，包括主机系统和后配套系统，所述主机系统包括刀盘、前盾、中盾和尾盾，所述后配套系统包括后配套台车；其特征在于，所述主机系统还包括设置于所述前盾与中盾之间的铰接式滑筒结构，所述铰接式滑筒结构包括外滑筒、内滑筒、铰接环、推进油缸和前部铰接油缸；所述外滑筒与常规盾构前盾固定连接；所述内滑筒与铰接环之间通过若干所述前部铰接油缸连接，二者能够相对摆动；所述铰接环与常规盾构中盾固定连接；所述铰接式滑筒结构内部布置若干所述推进油缸，所述推进油缸的活塞杆端与所述前盾连接、缸体端与所述中盾连接；所述主机系统还包括双级螺旋输送机，所述双级螺旋输送机与所述前盾连接在一起；
所述后配套台车通过在常规盾构的基础上增加一节台车而成，增加台车内布置增加的同步注浆罐及相应控制柜；
所述后配套系统还包括二次补浆装置，用于在设备通过后补浆；
所述后配套系统还包括配置于后配套台车后部的可移动会车平台，所述可移动会车平台布置于隧道内，平台上为双股车道，可允许两列编组车同时通过，从而实现两组编组车在隧道内快速错车。
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