CN114856594A - 盾构始发用反力装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构始发用反力装置及施工方法，主要包括所述始发导台上滑动设置有移动式反力架，所述移动式反力架的前端设置有钢环，所述移动式反力架的后端设置有分布在其四角的多根水平支撑杆，所述支撑杆通过始发井内衬支撑所述移动式反力架，所述支撑杆安装在用于增强其稳定性的支撑架上；所述支撑杆为单个单元钢杆或多个单元钢杆连接而成，且所述支撑杆通过设置在其前端的锥头顶撑所述移动式反力架，并由设置在所述支撑杆与所述移动式反力架之间的步进液压缸提供动力，使所述移动式反力架沿所述始发导台移动；通过所述反力装置即可完成盾构始发施工。本发明通过所述支撑杆代替负环管片，对空间要求较小，利于完成较小空间内的盾构始发工作。

Description

盾构始发用反力装置及施工方法

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种盾构始发用反力装置及施工方法。

背景技术

近年来盾构隧道掘进施工在地下空间的应用方面越来越多，尤其是在城市地铁工程、水利工程、城市综合管廊工程等方面。采用盾构法施工修建隧道首先要进行的工作是盾构始发施工，如果盾构始发施工不是在车站内进行，通常需要先施工一个盾构始发竖井，然后再将盾构机吊入始发竖井内进行盾构始发施工。盾构机在始发竖井内的始发托架的轨道上推进时不能进行调向，并且盾构始发施工往往是在已施做过注浆加固或旋喷桩加固的竖井土层中进行，掘进的阻力很大，因此盾构始发施工一直以来是盾构法施工隧道的重难点和风险点，是盾构法施工中一个极为重要的环节，往往关系到整个盾构隧道施工的成败。

但是由于盾构始发工作井多在繁华的市区，建筑物密集，交通量大，可利用场地非常有限，这就导致盾构始发工作井的面积受限制。在盾构始发掘进时不得考虑如何充分利用有限的场地，确保盾构机的顺利始发。传统方式有负环始发，而负环管片将占用大量作业空间，导致本就有限的始发场地布置更加紧密，各种作业交叉影响，进而严重影响盾构机的始发速度和安全，常因始发工作井空间不足而难以实施隧道盾构机始发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构始发用反力装置及施工方法，以解决现有盾构机难以在狭小空间内盾构始发的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种盾构始发用反力装置及施工方法，主要包括固定设置在始发工作井底部的始发导台，所述始发导台上滑动设置有移动式反力架，所述移动式反力架的前端设置有钢环，所述移动式反力架的后端设置有分布在其四角的多根水平支撑杆，所述支撑杆通过始发井内衬支撑所述移动式反力架，所述支撑杆安装在用于增强其稳定性的支撑架上；

所述支撑杆为单个单元钢杆或多个单元钢杆连接而成，且所述支撑杆通过设置在其前端的锥头顶撑所述移动式反力架，并由设置在所述支撑杆与所述移动式反力架之间的步进液压缸提供动力，以使所述移动式反力架沿所述始发导台移动。

优选的，所述移动式反力架包括由上横梁、下横梁和连接所述上横梁和下横梁的立柱形成的框体；所述框体的内部设置有内环，所述内环为圆形钢环，所述框体四角的内部设置有增强其稳定性的斜支撑；所述钢环通过多根连接杆连接所述框体，并悬于盾构机盾尾内，形成悬臂结构。

优选的，所述钢环的垂直方向上设置有多根螺杆，所述螺杆的端头通过滚轮顶于盾构机盾尾内，通过所述螺杆进行调节所述钢环在盾尾内的位置。

优选的，所述螺杆的数量为6根，且分别设置在所述钢环圆周的28.5°、104°、142°、218°、256°、331.5°位置处，以保证所述钢环的中心点与盾构机盾尾中心点相对应。

优选的，所述支撑架包括竖杆和连接所述竖杆的横杆，所述竖杆的底部设置有底座，所述竖杆上设置有支撑所述支撑杆的支撑部；所述支撑杆的数量为四组，每组两根，分别设置在所述移动式反力架后端的四角，且每组两根支撑杆之间通过竖向柱连接，所述步进液压缸一端顶撑所述移动式反力架，另一端顶撑所述竖向柱。

优选的，所述钢环上与盾构机主机推进油缸对应位置处设置有推进油缸座，以确保所有推进油缸的顶推面在同一个平面内；所述竖向柱在所述步进液压缸顶推位置处设置有步进液压缸座，所述步进液压缸座包括四根小油缸顶撑楔形钢板，通过所述小油缸的伸缩调整所述支撑杆端头的朝向，并起到固定所述支撑杆端头的作用。

优选的，所述单元钢杆的长度与隧道管片的宽度相对应，以利于通过增加所述单元钢杆的数量进行顶撑所述移动式反力架以配合盾构机的始发工作。

优选的，所述移动式反力架的顶部设置有至少两个悬吊架，所述悬吊架上安装有电动葫芦，用以安装所述锥头和单元钢杆；所述悬吊架包括竖向、水平以及倾斜的工字钢形成的三角形结构，所述三角形结构的一角焊接在所述移动式反力架上。

设计一种基于上述盾构始发用反力装置的盾构始发施工方法，包括如下步骤：

（1）根据设计要求在始发导台的轨道上设置移动式反力架的里程控制点，并提前在所述移动式反力架的四个角设置测量点位，以便于所述移动式反力架的安装；

（2）依据定位线进行所述移动式反力架的安装与定位；并通过所述步骤（1）中的测量点位，检测所述移动式反力架整体的垂直度及左右偏距，以确保安装到位；

（3）盾构始发，前进一段距离后，移动式反力架前进同样距离，并拆除锥头，安装单元钢杆，再将拆除后的锥头安装在新的单元钢杆上，将所述移动式反力架回推，使其与所述锥头对接装配，如此循环，完成盾构始发。

优选的，所述步骤（2）中，在安装所述移动式反力架时，应在始发导台轨道上涂抹黄油，以保证所述移动式反力架的移动；所述步骤（3）中，通过盾构机主机推进油缸将所述移动式反力架回推，使所述移动式反力架与锥头对接装配，并用楔形块调节油缸缝隙。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1.本发明通过设置支撑杆顶撑始发工作井内壁为盾构机掘进提供反力，使得顶撑结构更为稳固，以支撑杆代替负环管片，节省空间。

2.本发明在盾尾钢环垂直方向上设置有螺杆，用于调节所述钢环在盾尾内的相对位置，以避免盾构机推进油缸与所述钢环之间出现倾斜而导致盾构始发失败的现象，从而用以适应曲线上的盾构始发工作。

3.本发明在步进液压缸顶撑位置处设置有步进液压缸座，所述步进液压缸座包括4根小油缸顶撑楔形钢板，通过所述小油缸的伸缩调节支撑杆的朝向，并起到卡固所述支撑杆端头的作用，从而确保了所述支撑杆朝向的精准性以及可调性，使得始发工作更为可靠。

4.本发明设置有支撑架，用以放置支撑杆，从而保证所述支撑杆的稳定性，以确保盾构始发工作的完成。

5.本发明在移动式反力架的上方设置有悬吊架，用于安装拆卸锥头以及单元钢杆，简单便捷，有利于现场施工，提高施工速率。

6.本发明的支撑杆为钢杆，可以重复利用，节约了使用负环管片所造成的大量成本，节省资源。

附图说明

图1为本发明一种实施例反力装置的结构示意图。

图2为本发明一种实施例移动式反力架结构示意图。

图3为本发明一种实施例支撑架的结构示意图。

图4为本发明一种实施例组合支架的结构示意图。

图5为本发明一种实施例液压系统示意图。

图6为本发明一种实施例施工方法流程图。

以上各图中，1为支撑杆，2为支撑架，21为竖杆，22为横杆，23为底座，24为支撑部，3为锥头，4为竖向柱，5为移动式反力架，51为上横梁，52为下横梁，53为立柱，6为螺杆，7为连接杆，8为钢环，9为推进油缸座，10为组合支架，101为支腿，102为横板，11为步进液压缸座，12为液压系统，13为步进液压缸，14为泵站平台，20为始发导台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在本发明技术方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，而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。

以下实施例中所涉及的单元模块（零部件、结构、机构）或传感器等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。

实施例1：一种盾构始发用反力装置，参见图1至图5，主要包括固定设置在始发工作井底部的始发导台20，所述始发导台20上滑动设置有移动式反力架5，所述移动式反力架5的下部与所述始发导台20上的导轨通过焊接钢板连接，所述移动式反力架5的重力通过所述焊接钢板传至所述始发导台20上，当盾构机始发时，在所述始发导台20的导轨上涂抹黄油以便于所述移动式反力架5在所述始发导台20上的移动；所述移动式反力架5包括由上横梁51、下横梁52和连接所述上横梁51和下横梁52的立柱53形成的框体；所述框体的内部设置有增强其支撑作用的内环，所述内环为圆形钢环，所述框体四角的内部设置有增强其稳定性的斜支撑；所述钢环8通过多根连接杆7连接所述框体，并悬于盾构机盾尾内，形成悬臂结构，所述连接杆7焊接在所述框体上，以提供所述钢环8的支撑力，盾尾的内径为8460mm，所述钢环8的外径为8300mm；所述钢环8及连接杆7的下方设置有起到支撑作用的组合支架10，所述组合支架10包括支腿101以及连接所述支腿101的横板102；且所述钢环8上与盾构机主机推进油缸对应位置处设置有推进油缸座9，以确保所有推进油缸的顶推面在同一个平面内；所述移动式反力架5的前端设置有钢环8，所述移动式反力架5的后端设置有分布在其四角的8根水平放置的支撑杆1，所述支撑杆1通过始发井内衬支撑所述移动式反力架5，所述支撑杆1安装在用于增强其稳定性的支撑架2上；所述支撑架2包括竖杆21和连接所述竖杆21的横杆22，所述竖杆21的底部设置有底座23，所述竖杆21上设置有支撑所述支撑杆1的支撑部24；所述支撑杆1的数量为四组，每组两根，分别设置在所述移动式反力架5后端的四角，且每组两根支撑杆1之间通过竖向柱4连接，所述步进液压缸13一端顶撑所述移动式反力架5，另一端顶撑所述竖向柱4；所述竖向柱4在所述步进液压缸13顶推位置处设置有步进液压缸座11，所述步进液压缸座11包括四根小油缸顶撑楔形钢板，通过所述小油缸的伸缩调整所述支撑杆1端头的朝向，并起到固定所述支撑杆1端头的作用。

所述支撑杆1为单个单元钢杆或多个单元钢杆连接而成，所述单元钢杆的长度与隧道管片的宽度相对应，是管片宽度的整数倍，一般为1.6m或3.2m，以利于通过增加所述单元钢杆的数量进行顶撑所述移动式反力架5配合盾构机的掘进工作。且所述支撑杆1通过设置在其前端的锥头3顶撑所述移动式反力架5，并由设置在所述支撑杆1与所述移动式反力架5之间的步进液压缸13提供动力，使所述移动式反力架5沿所述始发导台20移动；所述钢环8的垂直方向上设置有6根螺杆6，分别设置在所述钢环8圆周的28.5°、104°、142°、218°、256°、331.5°位置处，所述螺杆6的端头通过滚轮顶于盾构机盾尾内，通过所述螺杆6进行调节所述钢环8在盾尾内的位置，以保证所述钢环8的中心点与盾构机盾尾中心点相对应。

所述步进液压缸13、推进油缸以及小油缸配备有泵站平台14和液压系统12，为整个盾构始发工作提供支持，以保证盾构始发工作的正常进行；所述液压系统12还为盾构机中多个横移油缸与调节油缸提供动力基础，所述横移油缸与调节油缸阀组并联，阀组之间的动作互不干扰，阀组由调速阀调节整体流量，所述横移油缸由单向节流阀微调流量；所述横移油缸、调节油缸与步进液压缸13阀组间通过钢珠定位式手动换向阀实现方向切换控制；如图5所示，所述步进液压缸13设置同步马达，可通过钢珠定位式换向阀调节换向，且可以实现同时动作（换向阀同时操作）或单独调节动作（操作单独换向阀），其阀组为钢珠定位式，其速度可以根据现场实际情况通过调速阀以及节流阀进行调整。

所述移动式反力架5的顶部两边各设置有一个悬吊架，所述悬吊架上安装有电动葫芦，用以安装所述锥头3和单元钢杆；所述悬吊架包括竖向、水平以及倾斜的工字钢形成的三角形结构，所述三角形结构的一角焊接在所述移动式反力架5上；通过所述悬吊架进行所述锥头3和单元钢杆的安装工作，大大地方便了现场的始发工作，提高了施工效率；所述移动式反力架5采用钢结构，以使其具有足够的刚度、强度和稳定性，使其能够承受盾构机推进过程中的反力。

实施例2：一种基于上述盾构始发用反力装置的盾构始发施工方法，其主要工作流程为：将移动式反力架安装在始发导台导轨上，在所述移动式反力架前部通过连接杆将钢环悬于盾尾内，后部通过支撑杆顶撑在始发工作井内壁墙上。在盾尾内所述钢环上盾构机19根推进油缸顶推位置设有19个钢板焊接成的推进油缸座，所述推进油缸顶在对应的推进油缸座上。沿钢环一周分布有6根与钢环呈垂直状的螺杆，旋转所述螺杆伸出的长度可校正钢环在盾尾内的相对位置。所述移动式反力架后部左右两侧各有4根钢支撑，上下2根支撑杆通过锥头支撑与反力架连接。所述移动式反力架与所述支撑杆之间有步进液压缸，所述步进液压缸一端固定在所述移动式反力架上，另一端顶在锥头的竖向柱上，所述竖向柱为竖向工字钢；盾构机向前掘进1.8m（环宽+0.2m），收回推进油缸，然后步进液压缸顶推反力架在始发导台的导轨上向前滑移1.8m，收回所述步进液压缸，拆除所述锥头，接着安装1.6m支撑杆或换装3.2m支撑杆，最后安装所述锥头，使用盾构机推进油缸将所述移动式反力架后推0.2m，与所述锥头对接在一起，然后用4个小油缸调节锥头朝向并固定牢固，重复以上步骤至反力架达到最终状态，完成始发工作。

具体来说，以珠江三角洲水资源配置工程土建施工B4标盾构隧道工程为例，说明所述施工方法。该盾构隧道工程采用一台土压盾构，开挖直径8.64米，整机长度110米，主机长度11.4米。盾构始发采用移动反力架组合系统，盾构机通过可移动反力架的应用推进隧洞，未发生异常现象。其施工流程图参见图6，主要包括如下步骤：

（1）根据设计要求在始发导台的轨道上设置移动式反力架的里程控制点，并提前在所述移动式反力架的四个角设置测量点位，以便于所述移动式反力架的安装；

（2）依据定位线进行所述移动式反力架的安装与定位，并在始发导台轨道上涂抹黄油，以保证所述移动式反力架的移动；在进行所述移动式反力架的安装时，通过四个测量点位，检测所述移动式反力架整体的垂直度及左右偏距，以保证所述移动式反力架的中心点与始发盾构机中心点在同一水平线上；涂抹黄油后，开始吊装预先安装好的反力架地块和环梁底块组合体，并对组合体进行焊接加固，之后分别进行如下步骤：

1）根据测量组放设的点位，加工制作并预埋水平支撑，立柱的钢板；对对预埋钢板进行测量并加楔形垫板找平。

2）竖向支撑及水平支撑安装。

3）反力架与钢环底块吊放到位，并用支撑杆连接。

4）依次吊放并用支撑杆连接反力架与钢环的左块、右块、顶块。

5）安装反力架底部抗倾倒水平支撑。

6）安装支撑杆与反力架之间的锥头。

7）安装抗浮、步进、楔子油缸。

8）步进钢环至盾尾内部，调节钢环与盾尾的间隙，拆除抗倾倒支撑。

9）用3200mm支撑杆更换1600mm支撑杆，继续步进至盾尾位置。

（3）盾构始发，盾构机前进1800mm后，使移动式反力架也前进1800mm，并拆除锥头，安装1600mm单元钢杆，再将拆除后的锥头安装在新的单元钢杆上，通过盾构机主机推进油缸将所述移动式反力架回推200mm，使所述移动式反力架与锥头对接装配，并用楔形块调节油缸缝隙；（所述移动式反力架步进液压缸顶推前应观察盾尾内钢环，所述移动式反力架行进线路上是否有管线、机具等障碍物，需安排清除。另查看反力架所携带的各类管线预留伸长量是否充足，如不足需采取拖拉管线或接长等措施保证管线预伸长量。所述步进液压缸缓缓推动反力架在始发导台上向前滑动，滑动过程中注意保持4根步进液压缸同步伸长，且伸长量一致，偏差在5mm以内。整体顶推过程中，查看移动式反力架是否稳定，是否有倾斜趋势，盾尾内的钢环与盾尾的间隙以及在盾尾内是否正常滑动。所述移动式反力架顶推到位后由测量组对在所述移动式反力架四个角预留的测量点位进行测量，根据测量数据判断其状态，以确保反力架架体的姿态）如此循环，完成盾构始发工作。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关部件、结构及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种盾构始发用反力装置，包括固定设置在始发工作井底部的始发导台，其特征在于，所述始发导台上滑动设置有移动式反力架，所述移动式反力架的前端设置有钢环，所述移动式反力架的后端设置有分布在其四角的多根水平支撑杆，所述支撑杆通过始发井内衬支撑所述移动式反力架，所述支撑杆安装在用于增强其稳定性的支撑架上；

所述支撑杆为单个单元钢杆或多个单元钢杆连接而成，且所述支撑杆通过设置在其前端的锥头顶撑所述移动式反力架，并由设置在所述支撑杆与所述移动式反力架之间的步进液压缸提供动力，以使所述移动式反力架沿所述始发导台移动。

2.根据权利要求1所述的盾构始发用反力装置，其特征在于，所述移动式反力架包括由上横梁、下横梁和连接所述上横梁和下横梁的立柱形成的框体；所述框体的内部设置有内环，所述内环为圆形钢环，所述框体四角的内部设置有增强其稳定性的斜支撑；所述钢环通过多根连接杆连接所述框体，并悬于盾构机盾尾内，形成悬臂结构。

3.根据权利要求1所述的盾构始发用反力装置，其特征在于，所述钢环的垂直方向上设置有多根螺杆，所述螺杆的端头通过滚轮顶于盾构机盾尾内，通过所述螺杆进行调节所述钢环在盾尾内的位置。

4.根据权利要求3所述的盾构始发用反力装置，其特征在于，所述螺杆的数量为6根，且分别设置在所述钢环圆周的28.5°、104°、142°、218°、256°、331.5°位置处，以保证所述钢环的中心点与盾构机盾尾中心点相对应。

5.根据权利要求1所述的盾构始发用反力装置，其特征在于，所述支撑架包括竖杆和连接所述竖杆的横杆，所述竖杆的底部设置有底座，所述竖杆上设置有支撑所述支撑杆的支撑部；所述支撑杆的数量为四组，每组两根，分别设置在所述移动式反力架后端的四角，且每组两根支撑杆之间通过竖向柱连接，所述步进液压缸一端顶撑所述移动式反力架，另一端顶撑所述竖向柱。

6.根据权利要求5所述的盾构始发用反力装置，其特征在于，所述钢环上与盾构机主机推进油缸对应位置处设置有推进油缸座，以确保所有推进油缸的顶推面在同一个平面内；所述竖向柱在所述步进液压缸顶推位置处设置有步进液压缸座，所述步进液压缸座包括四根小油缸顶撑楔形钢板，通过所述小油缸的伸缩调整所述支撑杆端头的朝向，并起到固定所述支撑杆端头的作用。

7.根据权利要求1所述的盾构始发用反力装置，其特征在于，所述单元钢杆的长度与隧道管片的宽度一致，以利于通过增加所述单元钢杆的数量进行顶撑所述移动式反力架以配合盾构机的始发工作。

8.根据权利要求1所述的盾构始发用反力装置，其特征在于，所述移动式反力架的顶部设置有至少两个悬吊架，所述悬吊架上安装有电动葫芦，用以安装所述锥头和单元钢杆；所述悬吊架包括竖向、水平以及倾斜的工字钢形成的三角形结构，所述三角形结构的一角焊接在所述移动式反力架上。

9.一种基于权利要求1所述的盾构始发用反力装置的盾构始发施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）根据设计要求在始发导台的轨道上设置移动式反力架的里程控制点，并提前在所述移动式反力架的四个角设置测量点位，以便于所述移动式反力架的安装；

（2）依据定位线进行所述移动式反力架的安装与定位；并通过所述步骤（1）中的测量点位，检测所述移动式反力架整体的垂直度及左右偏距，以确保安装到位；

（3）盾构始发，前进一段距离后，移动式反力架前进同样距离，并拆除锥头，安装单元钢杆，再将拆除后的锥头安装在新的单元钢杆上，将所述移动式反力架回推，使其与所述锥头对接装配，如此循环，完成盾构始发。

10.根据权利要求9所述的盾构始发施工方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在安装所述移动式反力架时，应在始发导台轨道上涂抹黄油，以保证所述移动式反力架的移动；所述步骤（3）中，通过盾构机主机推进油缸将所述移动式反力架回推，使所述移动式反力架与锥头对接装配，并用楔形块调节油缸缝隙。

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