CN113006807A - 一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺 - Google Patents

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CN113006807A CN202110324662.4A CN202110324662A CN113006807A CN 113006807 A CN113006807 A CN 113006807A CN 202110324662 A CN202110324662 A CN 202110324662A CN 113006807 A CN113006807 A CN 113006807A
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Abstract

本发明公开了一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺，包括以下流程：洞门加固、钢套筒的底部大块安装、盾构机下井组装和调试、钢套筒的上部大块组装、负环管片安装、盾构机始发。盾构机的前盾分为上半块、驱动部件和下半块，中盾和盾尾均分成底部块和左、右侧块；钢套筒包括过渡环、第一至第四标准环、始发环、反力架和可移动地安装在始发环内的基准环；过渡环和第一至第四标准环均分成弧度为100°的底部块、弧度均为90°的左、右腰块和弧度为80°的顶部块；始发环和基准环均分成弧度为120°的底部块、弧度均为80°的左、右腰块和弧度为80°的顶部块。本发明不仅方便盾构机的井下拼接组装，还能便于钢套筒多次使用。

Description

一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺
技术领域
本发明涉及一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺。
背景技术
近年来，我国城市地下轨道交通得到了迅速发展，在进行地下隧道施工过程中，通常采用盾构机进行隧道掘进，而基于端头加固效果不可控的前提下，盾构机采用钢套筒始发和接收是一种较为安全的手段。这种工艺具有安全经济，适用性强等优势得到广泛应用。在实际工程中超大直径的盾构机运用越来越多，而超大直径的盾构机也相应造成很大的装配和吊装难度。因此对于超大直径盾构机要沿圆周分成若干块。对于直径为8580m的盾构机，前盾分为下半块、驱动部件和上半块，中盾和盾尾均沿圆周方向分成一个底部块、左侧块和右侧块。对于盾构机分块组装工艺，不仅方便加工，每个分块的重量轻、便于吊装，不易变形。因此针对大直径盾构机分块组装的特点需要相应地研发一种钢套筒始发工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺，它不仅提高了盾构机的井下组装效率，还能便于钢套筒多次使用，并且能提高工程安全性。
本发明的目的是这样实现的：一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺，所述盾构机的前盾分为上半块、驱动部件和下半块，盾构机的中盾和盾尾均沿圆周方向分成一个底部块、左侧块和右侧块；所述中盾的底部块的弧度为132.632°，中盾的左侧块的弧度为132.631°，且中盾的左侧块与右侧块的分界线位于盾构机的垂直中心线的右侧28.421°，中盾的右侧块的弧度为94.7370°；所述盾尾的底部块的弧度为134°，盾尾的左侧块和右侧块的弧度均为113°，且盾尾的左侧块右侧块的分界线与盾构机的垂直中心线重合；所述钢套筒包括自前至后依次拼接的过渡环、第一至第四标准环、始发环和反力架，还包括安装在始发环内的基准环；所述第一至第四标准环的结构和尺寸均相同；所述基准环的长度比始发环的长度长30mm，基准环的外壁上沿圆周开设密封槽，密封槽内嵌设置密封条，将基准环插入始发环的内腔中，始发环的内壁与突出密封槽的密封条可移动地密封接触，使基准环能相对始发环移动；所述过渡环的前端为圆环，后端设有法兰面板；所述第一至第四标准环的两端均设有法兰面板；所述始发环的前端设有法兰面板，后端为圆环；所述过渡环、第一至第四标准环、始发环和基准环均沿圆周方向分成底部块、左腰块、右腰块和顶部块；所述过渡环和第一至第四标准环的底部块的弧度均为100°，第一至第四标准环的底部块的底部均固定有定位基座；所述过渡环和第一至第四标准环的左腰块和右腰块的弧度均为90°，所述过渡环和第一至第四标准环的顶部块的弧度均为80°；所述始发环和基准环的底部块的弧度均为120°，所述始发环和基准环的左腰块、右腰块和顶部块的弧度均为80°；所述反力架包括下横梁、两根立柱、上横梁和后支撑；所述下横梁包括两根立柱底座、一根跨接在两根立柱底座之间的下横梁本体和两根连接在下横梁本体的两头顶面上的下斜撑梁；两根立柱一一对应地连接在两根立柱底座的顶面上，两根立柱的下部内侧面一一对应地与两根下斜撑梁的顶部外侧面连接；所述上横梁包括跨接在两根立柱的上部之间的上横梁本体和两根一一对应地连接在上横梁本体的两头底面与两根立柱的上部内侧面之间的上斜撑梁；所述后支撑包括两个立柱后支撑、下横梁后支撑和上横梁后支撑；一个立柱后支撑由自上而下的一根立柱上横撑钢管、三根与水平夹角均为36.43°的斜支撑钢管和一根立柱下横撑钢管构成；所述立柱上横撑钢管的后端固定在始发井的中板上；三根斜支撑钢管的底部与始发平台的钢板植筋固定钢板焊接，所述立柱下横撑钢管的后端固定在始发平台的站台板上；另一个立柱后支撑由五根立柱横撑钢管构成，五根立柱横撑钢管的后端均固定在始发井的主体结构梁上；所述下横梁后支撑由三根下横梁横撑钢管构成，三根下横梁横撑钢管平行地固定在始发平台的站台板上；所述上横梁后直撑由三道上横梁支撑构成，每道上横梁支撑由双拼H型钢构成，三道上横梁支撑均与水平夹角为14.25°，三道上横梁支撑的后端均固定在始发井的中板上；
本发明的基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺，包括以下流程：洞门加固、钢套筒的底部大块安装、盾构机下井组装和调试、钢套筒的上部大块组装、负环管片安装和盾构机始发；
进行洞门加固流程时，洞门加固区采用素砼墙+三轴搅拌桩+高压旋喷桩加固；素砼墙的厚度为0.8m，素砼墙的深度为洞圈向下延伸5m；三轴搅拌桩的加固长度为5.2m；三轴搅拌桩包括强加固区和弱加固区，强加固区的加固宽度为洞圈两侧各延伸4m，加固深度为洞圈向上延伸4m，向下延伸4m；强加固区的水泥掺量为20％；弱加固区的范围为强加固区的顶端至地面，弱加固区的水泥掺量为7％；高压旋喷桩的加固深度为洞圈向下延伸4m；
进行钢套筒的底部大块安装流程时，包括以下步骤：
(1)先在始发井的底部按设计标高浇筑混凝土始发平台并在始发平台上铺设钢板，接着在始发平台的钢板上确定钢套筒的中心线，再将第一至第四标准环的底部块依次吊装到始发平台的钢板上，并将第二标准环的底部块与第三标准环的底部块之间以及第三标准环的底部块与第四标准环的底部块之间均通过法兰螺栓连接；第一标准环的底部块与第二标准环的底部块之间先不连接，然后将过渡环的底部块与第一标准环的底部块的通过法兰螺栓连接，形成钢套筒的底部大块；
(2)在钢套筒的底部大块的内壁底部30°夹角边位置和60°夹角边位置各自铺设两根钢轨；四根钢轨均从第四标准环的后端铺设至过渡环；
(3)依次将始发环的底部块和反力架的下横梁吊入井内，接着将始发环的底部块与第四标准环的底部块通过法兰螺栓连接，再将反力架的下横梁靠在始发环的底部块的后端，并将反力架的下横梁固定在始发平台的钢板上；
(4)进行第一次填料，即在钢套筒的底部大块内的四根钢轨之间的内壁上铺设中粗砂并压实，第一次填料的高度要高出四根钢轨的顶面15mm；
进行盾构机下井组装和调试流程时，按以下顺序组装盾构机：6号台车至1号台车依次下井→设备桥下井→螺旋输送机下井→前盾的下半块下井并吊在第一标准环的底部块上→前盾的驱动部件下井与前盾的下半块组装→前盾的上半块下井与前盾的驱动部件和前盾的下半块组装→中盾的底部块和左、右侧块在地面组装成整体后再翻身下井并吊在第二标准环的底部块和第三标准环的底部块上与前盾连接→通过千斤顶将第二至第四标准环的底部块一起向前推，使第二标准环的底部块与第一标准环的底部块通过法兰螺栓连接→盾构刀盘下井安装→盾尾的底部块下井安装→拼装机下井安装→螺旋输送机安装→盾尾的左、右侧块下井安装→主机与台车间连接安装；
进行钢套筒的上部大块组装流程时，包括以下步骤：
(1)先安装过渡环的左腰块和右腰块以及第一至第四标准环的左腰块和右腰块，同时在基准环的底部块的密封槽内安装好密封条，接着在始发环的底部块上安装基准环的底部块，再安装基准环的左腰块和右腰块，并将密封条分别嵌在基准环的左腰块的密封槽内和基准环的右腰块的密封槽内，然后安装始发环的左腰块和右腰块；
(2)先安装过渡环的顶部块、第一至第四标准环的顶部块和基准环的顶部块，并将密封条嵌入基准环的顶部块的密封槽内，接着将密封条的接头通过胶水连接成整圈，再安装始发环的顶部块；
(3)采用多块弧形桥接钢板沿圆周焊接在过渡环的外表面与洞门预埋钢环的外表面之间；
(4)依次安装反力架的两根立柱和上横梁；
(5)先在前盾的切口环与钢套筒之间的缝隙用沙袋堆至钢套筒的腰部，再用中粗砂在盾构机的外壁与钢套筒的内壁之间进行第二次填料并加水密实，第二次填料至钢套筒的腰部；
(6)安装反力架的后支撑；
进行负环管片安装流程时，共安装八环负环管片，即安装负7环管片至0环管片，按以下步骤安装负环管片：
(1)安装导轨：在盾尾的底部块的内壁面上焊接六道导轨，每道导轨由三根圆钢呈品字形叠加后焊接而成，六道导轨均从距第一道盾尾刷的环箍100mm处向盾构刀盘方向设置；
(2)拼装两块落底块B2、B3：两块落底块B2、B3的交界处与隧道d铅垂中线重合；
(3)拼装两块标准块B1、B4：标准块B1安装在落底块B2的左侧，标准块B4安装在落底块B3的右侧；管片安装到位后及时伸出相应位置的推进千斤顶的撑靴固定管片；
(4)拼装两块邻接块L1、L2及封顶块F：拼装两块邻接块L1、L2时，在两块邻接块L1、L2的上部各自用三块L型钢板挂钩焊接在盾壳上，通过六块L型钢板挂钩将两块邻接块L1、L2抬升10mm，以便封顶块F插入，待封顶块F就位后再割除六块L型钢板挂钩；
(5)盾构机不需向前推进，负7环管片未顶在基准环上，安装负6环管片；
(6)盾构机用拼装模式将负7环管片和负6环管片一起向后顶推，直至负7环管片顶在基准环上，再安装负5环管片；
(7)通过开设在过渡环的左腰块下部和右腰块下部的人孔进入钢套筒内进行洞门破除，并将破除的渣土和钢筋从人孔中运出，待洞门破除完毕，将人孔封闭；
(8)盾构机向前推进至盾构刀盘的面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面；
(9)用惰性浆液通过开设在第一至第四标准环顶部的注入口对盾构机的外壁与钢套筒的内壁之间进行第三次填料；
(10)进行钢套筒压力测试；
(11)盾构刀盘开始切削洞门掌子面，开始负4环管片的拼装，同时对负7环管片的注浆孔和负6环管片的注浆孔进行壁后注浆，注浆材料采用惰性浆液，使管片后面形成一道密封防渗环；
(12)盾构机继续推进设定距离至盾构刀盘进入洞门加固区，并在洞门加固区内掘进设定距离后，开始负3环管片的拼装；
(13)盾构机在洞门加固区内继续推进，依次拼装负2环管片和负1环管片；
(14)盾构刀盘穿过洞门加固区，继续推进设定距离后，拼装0环管片；
进行盾构机始发流程时，始发开始盾构机的中心土仓压力为1.0～1.15bar，盾构出洞门加固区后中心土仓压力提升至1.0～1.2bar，始发开始盾构的掘进速度为10～30mm/mi n，盾构推力不大于1000t；盾构出洞门加固区后，掘进速度逐步提高到20～45mm/mi n；在软土段的掘进速度为30～50mm/mi n；在上软下硬地层的掘进速度≤25mm/mi n；当盾构机全部进入隧道内，开始拆除钢套筒、反力架和负环管片。
上述的大直径土压平衡盾构机的钢套筒始发工艺，其中，在进行负环管片安装流程的步骤(6)时，在负7环管片的两块落底块B2、B3、两块标准块B1、B4、两块邻接块L1、L2及封顶块F的内壁上各自在靠近基准环的一端预埋一块钢板，并在基准环的内壁面上焊接七块与七块钢板一一对应的L型定位钢板，待负7环管片顶到与基准环时，将七块L型定位钢板一一对应地顶在七块钢板的底面，托起负7环管片，以保持管片的轴线。
上述的大直径土压平衡盾构机的钢套筒始发工艺，其中，在进行负环管片安装流程的步骤(10)时，所述钢套筒压力测试包括渗漏检测和变形位移检测；渗漏检测：从盾构机的泡沫注入系统向钢套筒内加水，至压力达到1.5bar时停止加水，加水过程中检查钢套筒的各个连接部位和负环管片有无漏水，直至压力稳定在1.5bar后未发现漏水点才能确认钢套筒的密封性；变形位移检测：在钢套筒与洞门预埋钢环连接的部位分区域安装应变片，并在钢套筒的表面安装百分表，在盾构机往前掘进时监测钢套筒有无变形，以及钢套筒环向连接位置有无位移。
上述的大直径土压平衡盾构机的钢套筒始发工艺，其中，进行盾构机始发流程时，按以下顺序进行：将0环管片至正9环管片拉紧→将反力架的两个立柱后支撑、上横梁后支撑和下横梁后支撑依次割除→将反力架往后移动一段距离→割除焊接在钢套筒的过渡环与洞门预埋钢环之间的桥接钢板→钢套筒的上部大块分解拆除→从负7环管片的封顶块开始拆除至负1环管片的落底块→钢套筒的底部大块分解拆除。
本发明的基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺具有以下特点：
1、针对大直径盾构机的前盾分为下半块、驱动部件和上半块需要在井下组装，中盾和盾尾沿圆周均分为底部块、左侧块和右侧块，并且中盾在地面上组装完成需要在井下与前盾连接，盾尾的底部块、左侧块和右侧块需要在井下组装的前提下，将钢套筒相应地沿圆周分成四块在井下组装，便于盾构机的拼接组装；
2、在钢套筒的始发环内同轴设置基准环，将负环管片的后端抵顶在基准环的前端面上，使基准环相对始发环可以轴向移动，能消除始发环与反力架之间的缝隙，为盾构机始发提供稳定的反作用力，从而也能减少钢套筒与洞门预埋钢环连接处以及钢套筒的拼缝处的变形和位移，提高钢套筒的密闭性能；同时基准环与始发环之间的间隙可以为基准环在受力不均匀的情况下进行角度调整，及时修正盾构机的出发角度，避免盾构机与钢套筒发生碰撞，提高工程安全性；相比现有技术(CN110924961A)通过在反力架上安装纵向千斤顶来消除始发环与反力架之间的缝隙，施工更加方便，提高工效。
3、采用多块弧形桥接钢板焊接在钢套筒的过渡环与洞门预埋钢环之间，在盾构始发完成后，避免在割除过渡环与洞门预埋钢环的连接时损坏过渡环，便于钢套筒多次使用。
附图说明
图1是本发明的始发工艺采用的钢套筒的侧面图；
图2是图1的侧视图；
图3是本发明的始发工艺采用的反力架的前视图；
图4是本发明的始发工艺采用的反力架的侧视图；
图5是本发明的始发工艺进行钢套筒底部大块安装流程中的步骤(2)的示意图；
图6是本发明的始发工艺进行钢套筒底部大块安装流程中的步骤(4)的示意图；
图7是本发明的始发工艺进行钢套筒上部大块组装流程中的步骤(5)的示意图；
图8是本发明的始发工艺进行负环管片安装流程中的步骤(1)的示意图；
图9是本发明的始发工艺完成负环管片安装流程中的步骤(14)的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1至图9，本发明的基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺，适用的盾构机的外径为φ8580mm，管片的外径为φ8300mm，管片的内径为φ7500mm，每环管片的长度为1800mm。盾构机的前盾分为上半块、驱动部件和下半块，盾构机的中盾和盾尾均沿圆周方向分成一个底部块、左侧块和右侧块；所述中盾的底部块的弧度为132.632°，中盾的左侧块的弧度为132.631°，且中盾的左侧块与右侧块的分界线位于盾构机的垂直中心线的右侧28.421°，中盾的右侧块的弧度为94.7370°；盾尾的底部块的弧度为134°，盾尾的左侧块和右侧块的弧度均为113°，且盾尾的左侧块右侧块的分界线与盾构机的垂直中心线重合；
钢套筒的内径为φ8900mm，总长度为13600mm，钢套筒100包括自前至后依次拼接的过渡环11(长度为900mm)、第一至第四标准环12～15(长度均为3000mm)、始发环16(长度为600mm，内径为8320mm)和反力架18，还包括安装在始发环16内的基准环17(长度为630mm，内径为7500mm，外径为8310mm)。
基准环17的外壁上沿圆周至少开设一道密封槽，密封槽内嵌设密封条，将基准环17插入始发环16的内腔中，始发环16的内壁与突出密封槽的密封条可移动地密封接触，使基准环17能相对始发环16移动。
过渡环11的前端为圆环，后端设有法兰面板；第一至第四标准环12～15的两端均设有法兰面板，始发环16的前端设有法兰面板，后端为圆环，使过渡环11、第一至第四标准环12～15和始发环16均通过法兰螺栓依次连接，两块连接的法兰面板接合面上还要设置橡胶密封垫。
过渡环11、第一至第四标准环12～15、始发环16和基准环17均沿圆周方向分成底部块10a、左腰块10b、右腰块10c和顶部块10d；过渡环11和第一至第四标准环12～15的底部块的弧度均为100°，第一至第四标准环12～15的底部块的底部均固定有定位基座10(见图1和图2)；过渡环11和第一至第四标准环12～15的左腰块和右腰块的弧度均为90°，过渡环11和第一至第四标准环12～15的顶部块的弧度均为80°；始发环16和基准环17的底部块的弧度均为120°，始发环16和基准环17的左腰块、右腰块和顶部块的弧度均为80°。
反力架18包括均为箱型结构的下横梁181、两根立柱182和上横梁183以及后支撑；其中，下横梁181包括两根立柱底座1820、一根跨接在两根立柱底座1820之间的下横梁本体1810和两根连接在下横梁本体1810的两头顶面上的下斜撑梁184；两根立柱182一一对应地连接在两根立柱底座1820的顶面上，两根立柱182的下部内侧面一一对应地与两根下斜撑梁184的顶部外侧面连接；上横梁183包括跨接在两根立柱182的上部之间的上横梁本体1830和两根一一对应地连接在上横梁本体1830的两头底面与两根立柱的上部内侧面之间的上斜撑梁185；后支撑包括两个立柱后支撑、下横梁后支撑和上横梁后支撑；一个立柱11后支撑由自上而下的一根立柱上横撑钢管1861、三根与水平夹角均为36.43°的斜支撑钢管1862和一根立柱下横撑钢管1863构成；立柱上横撑钢管1861的后端固定在始发井的中板上；三根斜支撑钢管1862的底部与始发平台的钢板植筋固定钢板焊接，立柱下横撑钢管1863的前端固定在一根立柱底座1820上，立柱下横撑钢管1863的后端固定在始发平台的站台板上；另一个立柱后支撑由五根立柱横撑钢管187构成，五根立柱横撑钢管187的间距与立柱上横撑钢管1861、三根斜支撑钢管1862和立柱下横撑钢管1863的间距对应，五根立柱横撑钢管187的后端均固定在始发井的主体结构梁上；下横梁后支撑由三根下横梁横撑钢管188构成，三根下横梁横撑钢管188平行地固定在始发平台的站台板上；上横梁后直撑由三道上横梁支撑189构成，每道上横梁支撑189由双拼H型钢构成，三道上横梁支撑189均与水平夹角为14.25°，三道上横梁支189的后端均固定在始发井的中板上(见图3和图4)。
本发明的基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺，包括以下流程：洞门加固、钢套筒的底部大块安装、盾构机下井组装和调试、钢套筒的上部大块组装、负环管片安装和盾构机始发。
进行洞门加固流程时，洞门加固区采用素砼墙+三轴搅拌桩+高压旋喷桩加固；素砼墙的厚度为0.8m，素砼墙的深度为洞圈向下延伸5m；三轴搅拌桩的加固长度为5.2m；三轴搅拌桩包括强加固区和弱加固区，强加固区的加固宽度为洞圈两侧各延伸4m，加固深度为洞圈向上延伸4m，向下延伸4m；强加固区的水泥掺量为20％；弱加固区的范围为强加固区的顶端至地面，弱加固区的水泥掺量为7％；高压旋喷桩的加固深度为洞圈向下延伸4m；
进行钢套筒的底部大块安装流程时，包括以下步骤：
(1)先在始发井的底部按设计标高浇筑混凝土始发平台并在始发平台上铺设钢板，接着在始发平台的钢板上确定钢套筒的中心线，也就是钢套筒的组装位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动；再将第一至第四标准环的底部块依次吊装到始发平台的钢板上，并将第二标准环的底部块与第三标准环的底部块之间以及第三标准环的底部块与第四标准环的底部块之间均通过法兰螺栓连接；第一标准环的底部块与第二标准环的底部块之间先不连接，然后将过渡环的底部块与第一标准环的底部块的通过法兰螺栓连接，形成钢套筒的底部大块101，并在钢套筒的底部大块101左右边的法兰面板上放好密封胶条；
(2)在钢套筒的底部大块101的内壁底部30°夹角边位置和60°夹角边位置各自铺设两根钢轨20，四根钢轨20均从第四标准环的后端铺设至过渡环(见图5)；
(3)依次将始发环的底部块和反力架的下横梁吊入井内，接着将始发环的底部块与第四标准环的底部块通过法兰螺栓连接，再将反力架的下横梁靠在始发环的底部块的后端，并将反力架的下横梁固定在始发平台的钢板上；
(4)进行第一次填料，即在钢套筒的底部大块101内的四根钢轨20之间的内壁上铺设中粗砂并压实，待盾构机放去上后，进一步压实；第一次填料的高度要高出四根钢轨20的顶面15mm(见图6)；
进行盾构机下井组装和调试流程时，按以下顺序组装盾构机：6号台车至1号台车依次下井→设备桥下井→螺旋输送机下井→前盾的下半块下井并吊在第一标准环的底部块上→前盾的驱动部件下井与前盾的下半块组装→前盾的上半块下井与前盾的驱动部件和前盾的下半块组装→中盾的底部块和左、右侧块在地面组装成整体后再翻身下井并吊在第二标准环的底部块和第三标准环的底部块上与前盾连接→通过千斤顶将第二至第四标准环的底部块一起向前推，使第二标准环的底部块与第一标准环的底部块通过法兰螺栓连接→盾构刀盘下井安装→盾尾的底部块下井安装→拼装机下井安装→螺旋输送机安装→盾尾的左、右侧块下井安装→主机与台车间连接安装；
进行钢套筒的上部大块组装流程时，包括以下步骤：
(1)先安装过渡环的左腰块和右腰块以及第一至第四标准环的左腰块和右腰块，同时在基准环的底部块的密封槽内安装好密封条，接着在始发环的底部块上安装基准环的底部块，再安装基准环的左腰块和右腰块，并将密封条分别嵌在基准环的左腰块的密封槽内和基准环的右腰块的密封槽内，然后安装始发环的左腰块和右腰块；
(2)先安装过渡环的顶部块、第一至第四标准环的顶部块和基准环的顶部块，并将密封条嵌入基准环的顶部块的密封槽内，接着将密封条的接头通过胶水连接成整圈，再安装始发环的顶部块，形成钢套筒整体；在组装钢套筒整体时，还要在钢套筒的各个块与块之间纵向接合面上和钢套筒的底部大块与钢套筒的上部大块之间的纵向接合面上设置整条密封条，并在钢套筒的各个环与环之间的环向接合面上设置整圈式密封条；
(3)由于在盾构始发完成后要割除过渡环与洞门预埋钢环的焊接连接，为了避免过渡环在割除时遭到损坏，影响钢套筒的多次使用，采用多块10cm长的弧形桥接钢板沿圆周焊接在过渡环的外表面与洞门预埋钢环的外表面之间，盾构始发完成后只要割除桥接钢板即可；在桥接钢板焊接前要进行盾构机的姿态复测，直至盾构机的中心线和线路中心线重合，无误后再进行焊接；
(4)依次安装反力架的两根立柱和上横梁；
(5)先在前盾的切口环与钢套筒之间的缝隙用沙袋堆至钢套筒的腰部，防止填料跑到盾构机的土仓前方或盾构刀盘前方，再用中粗砂在盾构机的外壁与钢套筒的内壁之间进行第二次填料并加水密实，第二次填料至钢套筒的腰部(见图7)；
(6)安装反力架的后支撑，即依次安装下横梁后支撑、两个立柱后支撑和上横梁后支撑；
进行负环管片安装流程时，共安装八环负环管片，即安装负7环管片至0环管片，按以下步骤安装负环管片：
(1)安装导轨：由于盾尾的内壁与管片的外壁之间具有30mm的间隙，因此要在盾尾的壳体内壁上的7点位至8点位的中间、8点位至9点位的中间、9点位至10点位的中间、10点位至11点位的中间、11点位至12点位的中间和12点位至13点位的中间一一对应地焊接一道1.8m长的导轨(见图8)，每道导轨由三根圆钢呈品字形叠加后焊接而成，六道导轨均从距第一道盾尾刷的环箍100mm处向盾构刀盘方向设置；每道导轨在盾壳上并在靠近推进千斤顶的撑靴处点焊3～5个点，以方便负环管片安装完成后将其割除；铺设导轨的目的是：
①避免管片下落与盾体发生碰撞，损坏盾体或管片；
②保证负环管片后推时不破坏盾尾刷；
③使拼装成型后的管片与盾体同心；
④保证负环管片在拼装好后能顺利向后推进；
(2)拼装两块落底块B2、B3：两块落底块B2、B3的交界处与隧道d铅垂中线重合；
(3)拼装两块标准块B1、B4：标准块B1安装在落底块B2的左侧，标准块B4安装在落底块B3的右侧；管片安装到位后及时伸出相应位置的推进千斤顶的撑靴固定管片，防止管片倾覆，然后才能移开管片拼装机；
(4)拼装两块邻接块L1、L2及封顶块F：因负7环管片为第一环，没有纵向螺栓固定管片，所以在拼装两块邻接块L1、L2时，先将两块邻接块L1、L2与相邻的标准块的环向螺栓连接，并在两块邻接块L1、L2的上部各自用三块L型钢板挂钩焊接在盾壳上，通过六块L型钢板挂钩将两块邻接块L1、L2抬升10mm，以便封顶块F插入，待封顶块F就位后再割除六块L型钢板挂钩；
(5)盾构机不需向前推进，负7环管片未顶在基准环上，安装负6环管片；
(6)盾构机用拼装模式将负7环管片和负6环管片一起向后顶推，直至负7环管片顶在基准环上，再安装负5环管片；由于钢套筒的内壁与管片的外壁存在30cm的间隙，为防止负7环管片脱出盾尾后产生位移及变形等现象，在负7环管片的两块落底块B2、B3、两块标准块B1、B4、两块邻接块L1、L2及封顶块F的内壁上各自在靠近基准环的一端预埋一块钢板，并在基准环的内壁面上焊接七块与七块钢板一一对应的L型定位钢板，待负7环管片顶到与基准环时，将七块L型定位钢板一一对应地顶在七块钢板的底面，托起负7环管片，以保持管片的轴线；
(7)通过开设在过渡环的左腰块下部和右腰块下部的人孔进入钢套筒内进行洞门破除，并将破除的渣土和钢筋从人孔中运出，待洞门破除完毕，将人孔封闭；
(8)盾构机向前推进至盾构刀盘的面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面；
(9)用惰性浆液通过开设在第一至第四标准环顶部的注入口对盾构机的外壁与钢套筒的内壁之间进行第三次填料；
(10)进行钢套筒压力测试；钢套筒压力测试包括渗漏检测和变形位移检测；渗漏检测：从盾构机的泡沫注入系统向钢套筒内加水，至压力达到1.5bar(根据实际情况调整)时停止加水，加水过程中检查钢套筒的各个连接部位和负环管片有无漏水，直至压力稳定在1.5bar后未发现漏水点才能确认钢套筒的密封性；变形位移检测：在钢套筒与洞门预埋钢环连接的部位分区域安装应变片，并在钢套筒的表面安装百分表，在盾构机往前掘进时监测钢套筒有无变形，以及钢套筒环向连接位置有无位移；
(11)盾构刀盘开始切削洞门掌子面，开始负4环管片的拼装，同时对负7环管片的注浆孔和负6环管片的注浆孔进行壁后注浆，注浆材料采用惰性浆液，使管片后面形成一道密封防渗环；
(12)盾构机继续推进设定距离至盾构刀盘进入洞门加固区，并在洞门加固区内掘进设定距离后，开始负3环管片的拼装；
(13)盾构机在洞门加固区内继续推进，依次拼装负2环管片和负1环管片；
(14)盾构刀盘穿过洞门加固区，继续推进设定距离后，拼装0环管片(见图9)；
进行盾构机始发流程时，始发开始盾构机的中心土仓压力为1.0～1.15bar，盾构出洞门加固区后中心土仓压力提升至1.0～1.2bar，始发开始盾构的掘进速度为10～30mm/mi n，盾构推力不大于1000t；盾构出洞门加固区后，掘进速度逐步提高到20～45mm/mi n；在软土段的掘进速度为30～50mm/mi n；在上软下硬地层的掘进速度≤25mm/mi n；当盾构机已全部进入隧道内，即掘进至60环管片时，开始按以下顺序拆除钢套筒、反力架和负环管片：将0环管片至正9环管片拉紧→将反力架的两个立柱后支撑、上横梁后支撑和下横梁后支撑依次割除→将反力架往后移动一段距离→割除焊接在钢套筒的过渡环与洞门预埋钢环之间的桥接钢板→钢套筒的上部大块分解拆除→从负7环管片的封顶块开始拆除至负1环管片的落底块→钢套筒的底部大块分解拆除→场地整理。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺，所述盾构机的前盾分为上半块、驱动部件和下半块，盾构机的中盾和盾尾均沿圆周方向分成一个底部块、左侧块和右侧块；所述中盾的底部块的弧度为132.632°，中盾的左侧块的弧度为132.631°，且中盾的左侧块与右侧块的分界线位于盾构机的垂直中心线的右侧28.421°，中盾的右侧块的弧度为94.7370°；所述盾尾的底部块的弧度为134°，盾尾的左侧块和右侧块的弧度均为113°，且盾尾的左侧块右侧块的分界线与盾构机的垂直中心线重合；所述钢套筒包括自前至后依次拼接的过渡环、第一至第四标准环、始发环和反力架，还包括安装在始发环内的基准环；所述第一至第四标准环的结构和尺寸均相同；所述基准环的长度比始发环的长度长30mm，基准环的外壁上沿圆周开设密封槽，密封槽内嵌设置密封条，将基准环插入始发环的内腔中，始发环的内壁与突出密封槽的密封条可移动地密封接触，使基准环能相对始发环移动；所述过渡环的前端为圆环，后端设有法兰面板；所述第一至第四标准环的两端均设有法兰面板；所述始发环的前端设有法兰面板，后端为圆环；所述过渡环、第一至第四标准环、始发环和基准环均沿圆周方向分成底部块、左腰块、右腰块和顶部块；所述过渡环和第一至第四标准环的底部块的弧度均为100°，第一至第四标准环的底部块的底部均固定有定位基座；所述过渡环和第一至第四标准环的左腰块和右腰块的弧度均为90°，所述过渡环和第一至第四标准环的顶部块的弧度均为80°；所述始发环和基准环的底部块的弧度均为120°，所述始发环和基准环的左腰块、右腰块和顶部块的弧度均为80°；所述反力架包括下横梁、两根立柱、上横梁和后支撑；所述下横梁包括两根立柱底座、一根跨接在两根立柱底座之间的下横梁本体和两根连接在下横梁本体的两头顶面上的下斜撑梁；两根立柱一一对应地连接在两根立柱底座的顶面上，两根立柱的下部内侧面一一对应地与两根下斜撑梁的顶部外侧面连接；所述上横梁包括跨接在两根立柱的上部之间的上横梁本体和两根一一对应地连接在上横梁本体的两头底面与两根立柱的上部内侧面之间的上斜撑梁；所述后支撑包括两个立柱后支撑、下横梁后支撑和上横梁后支撑；一个立柱后支撑由自上而下的一根立柱上横撑钢管、三根与水平夹角均为36.43°的斜支撑钢管和一根立柱下横撑钢管构成；所述立柱上横撑钢管的后端固定在始发井的中板上；三根斜支撑钢管的底部与始发平台的钢板植筋固定钢板焊接，所述立柱下横撑钢管的后端固定在始发平台的站台板上；另一个立柱后支撑由五根立柱横撑钢管构成，五根立柱横撑钢管的后端均固定在始发井的主体结构梁上；所述下横梁后支撑由三根下横梁横撑钢管构成，三根下横梁横撑钢管平行地固定在始发平台的站台板上；所述上横梁后直撑由三道上横梁支撑构成，每道上横梁支撑由双拼H型钢构成，三道上横梁支撑均与水平夹角为14.25°，三道上横梁支撑的后端均固定在始发井的中板上；
所述始发工艺包括以下流程：洞门加固、钢套筒的底部大块安装、盾构机下井组装和调试、钢套筒的上部大块组装、负环管片安装和盾构机始发；其特征在于，
进行洞门加固流程时，洞门加固区采用素砼墙+三轴搅拌桩+高压旋喷桩加固；素砼墙的厚度为0.8m，素砼墙的深度为洞圈向下延伸5m；三轴搅拌桩的加固长度为5.2m；三轴搅拌桩包括强加固区和弱加固区，强加固区的加固宽度为洞圈两侧各延伸4m，加固深度为洞圈向上延伸4m，向下延伸4m；强加固区的水泥掺量为20％；弱加固区的范围为强加固区的顶端至地面，弱加固区的水泥掺量为7％；高压旋喷桩的加固深度为洞圈向下延伸4m；
进行钢套筒的底部大块安装流程时，包括以下步骤：
(1)先在始发井的底部按设计标高浇筑混凝土始发平台并在始发平台上铺设钢板，接着在始发平台的钢板上确定钢套筒的中心线，再将第一至第四标准环的底部块依次吊装到始发平台的钢板上，并将第二标准环的底部块与第三标准环的底部块之间以及第三标准环的底部块与第四标准环的底部块之间均通过法兰螺栓连接；第一标准环的底部块与第二标准环的底部块之间先不连接，然后将过渡环的底部块与第一标准环的底部块的通过法兰螺栓连接，形成钢套筒的底部大块；
(2)在钢套筒的底部大块的内壁底部30°夹角边位置和60°夹角边位置各自铺设两根钢轨；四根钢轨均从第四标准环的后端铺设至过渡环；
(3)依次将始发环的底部块和反力架的下横梁吊入井内，接着将始发环的底部块与第四标准环的底部块通过法兰螺栓连接，再将反力架的下横梁靠在始发环的底部块的后端，并将反力架的下横梁固定在始发平台的钢板上；
(4)进行第一次填料，即在钢套筒的底部大块内的四根钢轨之间的内壁上铺设中粗砂并压实，第一次填料的高度要高出四根钢轨的顶面15mm；
进行盾构机下井组装和调试流程时，按以下顺序组装盾构机：6号台车至1号台车依次下井→设备桥下井→螺旋输送机下井→前盾的下半块下井并吊在第一标准环的底部块上→前盾的驱动部件下井与前盾的下半块组装→前盾的上半块下井与前盾的驱动部件和前盾的下半块组装→中盾的底部块和左、右侧块在地面组装成整体后再翻身下井并吊在第二标准环的底部块和第三标准环的底部块上与前盾连接→通过千斤顶将第二至第四标准环的底部块一起向前推，使第二标准环的底部块与第一标准环的底部块通过法兰螺栓连接→盾构刀盘下井安装→盾尾的底部块下井安装→拼装机下井安装→螺旋输送机安装→盾尾的左、右侧块下井安装→主机与台车间连接安装；
进行钢套筒的上部大块组装流程时，包括以下步骤：
(1)先安装过渡环的左腰块和右腰块以及第一至第四标准环的左腰块和右腰块，同时在基准环的底部块的密封槽内安装好密封条，接着在始发环的底部块上安装基准环的底部块，再安装基准环的左腰块和右腰块，并将密封条分别嵌在基准环的左腰块的密封槽内和基准环的右腰块的密封槽内，然后安装始发环的左腰块和右腰块；
(2)先安装过渡环的顶部块、第一至第四标准环的顶部块和基准环的顶部块，并将密封条嵌入基准环的顶部块的密封槽内，接着将密封条的接头通过胶水连接成整圈，再安装始发环的顶部块；
(3)采用多块弧形桥接钢板沿圆周焊接在过渡环的外表面与洞门预埋钢环的外表面之间；
(4)依次安装反力架的两根立柱和上横梁；
(5)先在前盾的切口环与钢套筒之间的缝隙用沙袋堆至钢套筒的腰部，再用中粗砂在盾构机的外壁与钢套筒的内壁之间进行第二次填料并加水密实，第二次填料至钢套筒的腰部；
(6)安装反力架的后支撑；
进行负环管片安装流程时，共安装八环负环管片，即安装负7环管片至0环管片，按以下步骤安装负环管片：
(1)安装导轨：在盾尾的底部块的内壁面上焊接六道导轨，每道导轨由三根圆钢呈品字形叠加后焊接而成，六道导轨均从距第一道盾尾刷的环箍100mm处向盾构刀盘方向设置；
(2)拼装两块落底块B2、B3：两块落底块B2、B3的交界处与隧道d铅垂中线重合；
(3)拼装两块标准块B1、B4：标准块B1安装在落底块B2的左侧，标准块B4安装在落底块B3的右侧；管片安装到位后及时伸出相应位置的推进千斤顶的撑靴固定管片；
(4)拼装两块邻接块L1、L2及封顶块F：拼装两块邻接块L1、L2时，在两块邻接块L1、L2的上部各自用三块L型钢板挂钩焊接在盾壳上，通过六块L型钢板挂钩将两块邻接块L1、L2抬升10mm，以便封顶块F插入，待封顶块F就位后再割除六块L型钢板挂钩；
(5)盾构机不需向前推进，负7环管片未顶在基准环上，安装负6环管片；
(6)盾构机用拼装模式将负7环管片和负6环管片一起向后顶推，直至负7环管片顶在基准环上，再安装负5环管片；
(7)通过开设在过渡环的左腰块下部和右腰块下部的人孔进入钢套筒内进行洞门破除，并将破除的渣土和钢筋从人孔中运出，待洞门破除完毕，将人孔封闭；
(8)盾构机向前推进至盾构刀盘的面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面；
(9)用惰性浆液通过开设在第一至第四标准环顶部的注入口对盾构机的外壁与钢套筒的内壁之间进行第三次填料；
(10)进行钢套筒压力测试；
(11)盾构刀盘开始切削洞门掌子面，开始负4环管片的拼装，同时对负7环管片的注浆孔和负6环管片的注浆孔进行壁后注浆，注浆材料采用惰性浆液，使管片后面形成一道密封防渗环；
(12)盾构机继续推进设定距离至盾构刀盘进入洞门加固区，并在洞门加固区内掘进设定距离后，开始负3环管片的拼装；
(13)盾构机在洞门加固区内继续推进，依次拼装负2环管片和负1环管片；
(14)盾构刀盘穿过洞门加固区，继续推进设定距离后，拼装0环管片；
进行盾构机始发流程时，始发开始盾构机的中心土仓压力为1.0～1.15bar，盾构出洞门加固区后中心土仓压力提升至1.0～1.2bar，始发开始盾构的掘进速度为10～30mm/min，盾构推力不大于1000t；盾构出洞门加固区后，掘进速度逐步提高到20～45mm/min；在软土段的掘进速度为30～50mm/min；在上软下硬地层的掘进速度≤25mm/min；当盾构机全部进入隧道内，开始拆除钢套筒、反力架和负环管片。
2.根据权利要求1所述的大直径土压平衡盾构机的钢套筒始发工艺，其特征在于，在进行负环管片安装流程的步骤(6)时，在负7环管片的两块落底块B2、B3、两块标准块B1、B4、两块邻接块L1、L2及封顶块F的内壁上各自在靠近基准环的一端预埋一块钢板，并在基准环的内壁面上焊接七块与七块钢板一一对应的L型定位钢板，待负7环管片顶到与基准环时，将七块L型定位钢板一一对应地顶在七块钢板的底面，托起负7环管片，以保持管片的轴线。
3.根据权利要求1所述的大直径土压平衡盾构机的钢套筒始发工艺，其特征在于，在进行负环管片安装流程的步骤(10)时，所述钢套筒压力测试包括渗漏检测和变形位移检测；渗漏检测：从盾构机的泡沫注入系统向钢套筒内加水，至压力达到1.5bar时停止加水，加水过程中检查钢套筒的各个连接部位和负环管片有无漏水，直至压力稳定在1.5bar后未发现漏水点才能确认钢套筒的密封性；变形位移检测：在钢套筒与洞门预埋钢环连接的部位分区域安装应变片，并在钢套筒的表面安装百分表，在盾构机往前掘进时监测钢套筒有无变形，以及钢套筒环向连接位置有无位移。
4.根据权利要求1所述的大直径土压平衡盾构机的钢套筒始发工艺，其特征在于，进行盾构机始发流程时，按以下顺序进行：将0环管片至正9环管片拉紧→将反力架的两个立柱后支撑、上横梁后支撑和下横梁后支撑依次割除→将反力架往后移动一段距离→割除焊接在钢套筒的过渡环与洞门预埋钢环之间的桥接钢板→钢套筒的上部大块分解拆除→从负7环管片的封顶块开始拆除至负1环管片的落底块→钢套筒的底部大块分解拆除。
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