CN116838354A - 复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法，包括土质部、盾构机及包裹体，所述盾构机设置在土质部内部，所述盾构机外侧包裹包裹体。本发明采用钢护筒将施工位置地质与外围隔绝，这样在复合地层中的软弱地层、砂层中进行锤击振动作业过程中，降低了对周边地层的扰动，减少了地层损失，保证了周边环境的安全性，并且采用机械法施工，人员投入量少，而且采用钢护筒施工，相对于竖井开挖有效提高了工效，节省了工期；本发明用于锤击的锤击组件中捶打柱与筒体之间设置了空气弹簧进行缓冲，可以根据捶打部位厚浆粘稠度来调整空气弹簧的刚性，使得在锤击力度足够的情况下，提供合适的缓冲力度来避免伤害盾构机外壳。

Description

复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法

技术领域

本发明涉及盾构法施工技术领域，具体为复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法。

背景技术

随着我国城市地下轨道交通的发展，线路逐步呈现大埋深、大纵坡走向，对于施工中的同步注浆及二次注浆管理越来越高。而在复合地层、大纵坡下坡盾构掘进实施过程中，难免会因为注浆浆液过稀前窜至盾体，加上长时间停机、地层特性等因素，在叠加影响的情况下，容易将盾体包裹，产生包裹体，导致盾构恢复掘进后出现推力大、速度低、分区油压控制困难、铰接压力大等现象，严重影响到生产进度和工程质量的控制，目前对包裹体的处理方法有以下几种：1、地面打入旋喷桩使用高压水对包裹体进行喷射冲洗；2、地面开挖竖井，将包裹体清理；3、在盾构机开孔进入外侧进行暗挖，人工清理；4、在盾构机两侧设置异形套筒，作业人员进套筒内进行人工清理；5、地面使用潜孔钻大量钻孔对盾壳周围包裹物进行振松的方法。例如，授权公告号为CN111980717A的中国发明专利公开了盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，包括以下步骤：一、盾构机停机；二、地质钻钻孔取芯确定注浆包裹物的范围；三、地质钻孔的回填；四、标记潜孔钻孔位；五、注浆包裹物的破除；六、潜孔钻孔的回填；七、判断注浆包裹物是否破除；八、局部加密布孔；九、重复步骤五至步骤七；十、盾构机恢复掘进。该方式即是采用了上述的地面使用潜孔钻大量钻孔对盾壳周围包裹物进行振松的方法以及地面打入旋喷桩使用高压水对包裹体进行喷射冲洗相结合的方式，目前的盾构机包裹体处理方式有以下缺陷：

1、采用地面打入旋喷桩使用高压水对包裹体进行喷射冲洗的方法，其只适合单一地层，在复合地层、软土地层、砂层中使用对地层扰动较大，地层易损失造成地面坍塌，影响周边安全性；2、采用地面开挖竖井，将包裹体清理的方法，该方法需要周边影响范围内无其他建构筑物、管线、道路等，对周边环境要求较高，且需要建立的竖井较大，工期长、造价高、效率低；3、采用在盾构机开孔进入外侧进行暗挖人工清理的方法，其在复合地层、软土地层、砂层中使用，需要进行超前加固，加固体需待一定强度后才能进一步进行开挖，该方法工期长、造价高、施工风险较大；4、采用在盾构机两侧设置异形套筒，作业人员进套筒内进行人工清理的方法，该方法类似人工挖孔桩施工，需要进行通风和排水作业，人员作业空间狭小；5、采用地面使用潜孔钻大量钻孔对盾壳周围包裹物进行振松，该方法钻孔数量较多，在复合地层、软弱地层、砂层中振动对地层扰动大，地层易损失造成地面坍塌，影响周边安全性，工期较长。综上所述：目前的方法要么是对地层扰动较大，要么是工期长，要么需要较多人员投入进行人力清理，都具有相应的缺陷。

为此我们提出复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，包括土质部、盾构机及包裹体，所述盾构机设置在土质部内部，所述盾构机外侧包裹包裹体，所述土质部顶面设置九个点位，所述土质部位于九个点位位置插接九个钢护筒，所述钢护筒底端穿过包裹体并接触盾构机外侧，所述钢护筒包括多个子钢筒，多个子钢筒相互焊接，多个所述子钢筒外侧之间设置有焊缝；

所述土质部顶面设置有捶打设备，所述捶打设备包括动力仓及机壳，所述机壳顶端固定套接在动力仓底面内侧，所述机壳内开设内腔，所述机壳底面垂直固定嵌接第一套管，所述第一套管内垂直滑动套接施力柱，所述施力柱底端设置钢板桩，所述钢板桩底端设置锤击组件；

所述锤击组件包括筒体，所述筒体内开设筒腔，所述筒体底端垂直开设底口，所述底口内垂直滑动连接捶打柱，所述筒腔顶端固接筒套，所述筒套底端为开口结构，所述筒套内垂直滑动连接滑板，所述滑板与筒套顶面之间固接空气弹簧，所述捶打柱顶端固接滑板底面，所述捶打柱底端位于筒体底端外侧并固接捶打头，所述筒体顶面固接插块。

优选的，所述空气弹簧顶面中心固接并连通注入管底端，所述注入管固定嵌接在筒套顶面、筒体顶面及插块内侧，所述注入管顶端固接并连通进气头，所述注入管顶端位于插块外侧位置固接并连通阀门。

优选的，所述筒腔内侧壁均匀固接多个第二支架，多个所述第二支架上分别转动连接多个第三导轮，多个所述第三导轮接触捶打柱侧壁。

优选的，所述钢板桩包括多个子钢管，多个所述子钢管相互焊接，所述插块插接在位于最下方的子钢管底端内侧，所述子钢管底端水平开设多个螺纹通孔，所述插块侧壁位于多个螺纹通孔同一水平位置开设多个螺纹孔，所述螺纹通孔及螺纹孔螺纹连接锁紧螺栓。

优选的，所述施力柱底端开设环槽，位于顶端的所述子钢管顶端插接在环槽内，所述施力柱底端水平开设第一通孔，位于顶端的所述子钢管顶端水平开设第二通孔，所述第一通孔及第二通孔内侧插接螺杆，所述螺杆两端分别螺纹连接两个六角螺母。

优选的，所述施力柱顶端固接受力板，所述受力板垂直滑动连接在内腔内侧，所述动力仓内开设动力腔，所述机壳顶端垂直固定嵌接第二套管，所述第二套管内垂直滑动套接动力杆，所述动力杆底端位于内腔内并固接动力夯块，所述动力杆顶端位于动力腔内侧并固接铰块，所述动力仓一侧固接汽油机，所述汽油机转轴端位于动力腔内并固接主动杆一端，所述主动杆另一端转动连接连杆一端，所述连杆另一端转动连接铰块。

优选的，所述受力板四侧分别水平固接四个滑块，所述内腔四侧分别垂直开设四个侧滑槽，四个所述滑块分别垂直滑动连接在四个侧滑槽内侧，所述侧滑槽侧壁固接导轨，所述滑块端部转动连接槽轮，所述槽轮滚动连接导轨，所述滑块与侧滑槽底端之间固接复位弹簧。

优选的，所述第一套管内侧壁开设多个槽口，所述槽口内转动连接多个第二导轮，所述第二导轮接触施力柱侧壁，所述第二套管内侧壁固接多个第一支架，所述第一支架端部转动连接第一导轮，所述动力杆周侧垂直开设多个侧轮槽，所述第一导轮滚动连接侧轮槽。

优选的，所述机壳两侧分别固接两个立板，两个所述立板底端分别水平固接两个固定板，所述固定板与土质部顶面之间设置有垫块，所述机壳外侧固接夹持部。

本发明还提供复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法，包括以下步骤：

步骤一施工准备：在盾构机推进至千斤顶行程1800mm以上时，保证上一环管片边缘与盾尾加强筋位置平齐，此时即可满足施工环境，可进行施工；

步骤二确定包裹体范围：以12小时时钟为参照，将磁力钻分别与盾尾钢板垂直固定在2点位、5点位、7点位、10点位和12点位，实施钻孔工作，对盾尾钢板进行钻透即停止，使用钢管打入钻孔位置进行抽芯，根据抽芯量确定包裹体的包裹范围；

步骤三确定点位：根据包裹体包裹环向角度，在地面盾构机范围内3×3阵列布设九个点位，覆盖盾构机的前盾、中盾和盾尾位置；

步骤四安装钢护筒：在九个点位处使用钢板桩机垂直下压钢护筒至强风化地层以下，保证穿越富水地层、软弱地层、砂层等自稳性较差的地层；

步骤五铣孔及清孔：使用锚杆钻机对钢护筒孔内进行铣孔并将孔内沉渣清出孔外，并在钢护筒孔内注入厚浆填充，厚浆填充高度1-2m；

步骤六下压捶打头：利用施工器械机械臂将捶打设备置于钢护筒位置，使得捶打设备中钢板桩及锤击组件沿着钢护筒孔内下压，当锤击组件接触到盾构机外壳后将钢板桩提起2cm，之后在固定板与土质部之间设置好垫块，并固定好捶打设备，依次完成九个捶打设备的固定；

步骤七循环锤击作业：在盾构机恢复掘进前，九个点位的捶打设备上的钢板桩均沿钢板桩纵向往返运动，利用锤击组件锤击盾构机外壳，锤击时间为1min，在环掘进过程中，千斤顶行程每前进100mm时盾构机停机，九个点位处的捶打设备重复捶打工作，锤击时间为1min；

步骤八注浆填充：当环掘进完成后，利用盾构机同步注浆系统及管片开孔注浆进行填充管片背后空隙；

步骤九拔除钢护筒：当盾构机通过所有点位区域后，抽出捶打设备，之后将钢护筒按分节逐节拔起，每拔出一个子钢筒位置时，同步在孔内灌注素混凝土进行填充，直至最后一节子钢筒拔出并回填密实混凝土后，恢复原地面；

步骤十判断参数：当盾构机通过所有点位区域后，研判盾构机的推力、速度、分区推进油压控制、铰接压力等判断掘进是否可控，盾构机姿态是否可控，如上述参数均可控，即证明盾构机外壳的包裹体已清除，并能让盾构机正常掘进，如上述参数不满足，则沿盾构机后续掘进线路位置继续确定点位，并在原3×3阵列点位中加设两列点位，继续进行步骤四至步骤九的施工作业，直至参数可控。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用钢护筒将施工位置地质与外围隔绝，这样在复合地层中的软弱地层、砂层中进行锤击振动作业过程中，降低了对周边地层的扰动，减少了地层损失，保证了周边环境的安全性，并且采用机械法施工，人员投入量少，而且采用钢护筒施工，相对于竖井开挖有效提高了工效，节省了工期；本发明用于锤击的锤击组件中捶打柱与筒体之间设置了空气弹簧进行缓冲，可以根据捶打部位厚浆粘稠度来调整空气弹簧的刚性，使得在锤击力度足够的情况下，提供合适的缓冲力度来避免伤害盾构机外壳。

附图说明

图1为本发明第一、二个实施例中主体结构示意图；

图2为本发明第一、二个实施例中捶打设备处结构示意图；

图3为本发明第一、二个实施例中捶打设备处剖切结构示意图；

图4为本发明第一、二个实施例中锤击组件处剖切结构示意图；

图5为本发明图3中A处结构放大结构示意图；

图6为本发明图3中B处结构放大结构示意图；

图7为本发明第二个实施例中第一套管处剖切结构示意图；

图8为本发明第二个实施例中第二套管处剖切结构示意图；

图9为本发明第三个实施例中施工流程示意图。

图中：1、土质部；2、盾构机；3、包裹体；4、捶打设备；5、钢护筒；11、点位；12、垫块；41、动力仓；42、机壳；43、动力腔；44、内腔；45、锤击组件；46、钢板桩；47、受力板；48、施力柱；49、第一套管；410、第二套管；411、动力杆；412、汽油机；413、主动杆；414、连杆；415、铰块；416、动力夯块；417、侧轮槽；418、第一支架；419、第一导轮；420、侧滑槽；421、导轨；422、滑块；423、槽轮；424、复位弹簧；425、槽口；426、第二导轮；427、环槽；428、第一通孔；429、螺杆；430、六角螺母；431、立板；432、固定板；434、夹持部；451、筒体；452、筒腔；453、底口；454、捶打柱；455、捶打头；456、筒套；457、滑板；458、空气弹簧；459、插块；4510、注入管；4511、进气头；4512、阀门；4513、第二支架；4514、第三导轮；4515、螺纹孔；461、子钢管；463、螺纹通孔；464、锁紧螺栓；465、第二通孔；51、子钢筒；52、焊缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1-4，本发明提供技术方案：复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，包括土质部1、盾构机2及包裹体3，盾构机2设置在土质部1内部，盾构机2外侧包裹包裹体3，土质部1顶面设置九个点位11，土质部1位于九个点位11位置插接九个钢护筒5，钢护筒5底端穿过包裹体3并接触盾构机2外侧，钢护筒5包括多个子钢筒51，多个子钢筒51相互焊接，多个子钢筒51外侧之间设置有焊缝52，采用钢护筒5将施工位置地质与外围隔绝，这样在复合地层中的软弱地层、砂层中进行锤击振动作业过程中，降低了对周边地层的扰动，减少了地层损失，保证了周边环境的安全性；

土质部1顶面设置有捶打设备4，捶打设备4包括动力仓41及机壳42，机壳42顶端固定套接在动力仓41底面内侧，机壳42内开设内腔44，机壳42底面垂直固定嵌接第一套管49，第一套管49内垂直滑动套接施力柱48，施力柱48底端设置钢板桩46，钢板桩46底端设置锤击组件45；

锤击组件45包括筒体451，筒体451内开设筒腔452，筒体451底端垂直开设底口453，底口453内垂直滑动连接捶打柱454，筒腔452顶端固接筒套456，筒套456底端为开口结构，筒套456内垂直滑动连接滑板457，滑板457与筒套456顶面之间固接空气弹簧458，捶打柱454顶端固接滑板457底面，捶打柱454底端位于筒体451底端外侧并固接捶打头455，筒体451顶面固接插块459，采用锤击组件45对盾构机2外壳进行捶打，捶打柱454与筒体451之间设置了空气弹簧458进行缓冲，避免伤害盾构机2外壳，可以根据捶打部位厚浆粘稠度来调整空气弹簧458的刚性，使得锤击力度足够。

实施例2：

请参阅图1-8，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例，空气弹簧458顶面中心固接并连通注入管4510底端，注入管4510固定嵌接在筒套456顶面、筒体451顶面及插块459内侧，注入管4510顶端固接并连通进气头4511，注入管4510顶端位于插块459外侧位置固接并连通阀门4512，通过注入管4510注入空气的方式来调整空气弹簧458的刚性。

筒腔452内侧壁均匀固接多个第二支架4513，多个第二支架4513上分别转动连接多个第三导轮4514，多个第三导轮4514接触捶打柱454侧壁。

钢板桩46包括多个子钢管461，多个子钢管461相互焊接，插块459插接在位于最下方的子钢管461底端内侧，子钢管461底端水平开设多个螺纹通孔463，插块459侧壁位于多个螺纹通孔463同一水平位置开设多个螺纹孔4515，螺纹通孔463及螺纹孔4515螺纹连接锁紧螺栓464。

施力柱48底端开设环槽427，位于顶端的子钢管461顶端插接在环槽427内，施力柱48底端水平开设第一通孔428，位于顶端的子钢管461顶端水平开设第二通孔465，第一通孔428及第二通孔465内侧插接螺杆429，螺杆429两端分别螺纹连接两个六角螺母430，方便将钢板桩46与锤击组件45及施力柱48连接。

施力柱48顶端固接受力板47，受力板47垂直滑动连接在内腔44内侧，动力仓41内开设动力腔43，机壳42顶端垂直固定嵌接第二套管410，第二套管410内垂直滑动套接动力杆411，动力杆411底端位于内腔44内并固接动力夯块416，动力杆411顶端位于动力腔43内侧并固接铰块415，动力仓41一侧固接汽油机412，汽油机412转轴端位于动力腔43内并固接主动杆413一端，主动杆413另一端转动连接连杆414一端，连杆414另一端转动连接铰块415，通过汽油机412带动主动杆413转动，进而使得动力杆411垂直往复运动，对受力板47施力。

受力板47四侧分别水平固接四个滑块422，内腔44四侧分别垂直开设四个侧滑槽420，四个滑块422分别垂直滑动连接在四个侧滑槽420内侧，侧滑槽420侧壁固接导轨421，滑块422端部转动连接槽轮423，槽轮423滚动连接导轨421，滑块422与侧滑槽420底端之间固接复位弹簧424，受力板47受力后会向下移动，利用惯性带动锤击组件45下移进行锤击工作，通过复位弹簧424复位后进行下一次锤击。

第一套管49内侧壁开设多个槽口425，槽口425内转动连接多个第二导轮426，第二导轮426接触施力柱48侧壁，第二套管410内侧壁固接多个第一支架418，第一支架418端部转动连接第一导轮419，动力杆411周侧垂直开设多个侧轮槽417，第一导轮419滚动连接侧轮槽417。

机壳42两侧分别固接两个立板431，两个立板431底端分别水平固接两个固定板432，固定板432与土质部1顶面之间设置有垫块12，机壳42外侧固接夹持部434，夹持部434用于利用施工器械将捶打设备4移动。

实施例3：

请参阅图9，为本发明第三个实施例，该实施例基于上述两个实施例，本实施例提供复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法，包括以下步骤：

步骤一施工准备：在盾构机2推进至千斤顶行程1800mm以上时，保证上一环管片边缘与盾尾加强筋位置平齐，此时即可满足施工环境，可进行施工；

步骤二确定包裹体范围：以12小时时钟为参照，将磁力钻分别与盾尾钢板垂直固定在2点位、5点位、7点位、10点位和12点位，实施钻孔工作，对盾尾钢板进行钻透即停止，使用钢管打入钻孔位置进行抽芯，根据抽芯量确定包裹体3的包裹范围；

步骤三确定点位：根据包裹体3包裹环向角度，在地面盾构机2范围内3×3阵列布设九个点位11，覆盖盾构机2的前盾、中盾和盾尾位置；

步骤四安装钢护筒：在九个点位11处使用钢板桩机垂直下压钢护筒5至强风化地层以下，保证穿越富水地层、软弱地层、砂层等自稳性较差的地层，钢护筒5采用多个子钢筒51相互焊接，再在焊接位置外侧焊接4节约20cm长的φ16以上的钢筋进行补强；

步骤五铣孔及清孔：使用锚杆钻机对钢护筒5孔内进行铣孔并将孔内沉渣清出孔外，这是为了保证后续锤击振动时，能使锤击组件45直接与盾构机2外壳接触，并在钢护筒5孔内注入厚浆填充，厚浆填充高度1-2m，厚浆浆液以粘稠度控制，实际配合比现场实际配置，该处理是为了防止盾构机2土仓压力泄压；

步骤六下压捶打头：利用施工器械机械臂将捶打设备4置于钢护筒5位置，使得捶打设备4中钢板桩46及锤击组件45沿着钢护筒5孔内下压，当锤击组件45接触到盾构机2外壳后将钢板桩46提起2cm，之后在固定板432与土质部1之间设置好垫块12，并固定好捶打设备4，依次完成九个捶打设备4的固定；

步骤七循环锤击作业：在盾构机2恢复掘进前，九个点位11的捶打设备4上的钢板桩46均沿钢板桩46纵向往返运动，利用锤击组件45锤击盾构机2外壳，锤击时间为1min，在环掘进过程中，千斤顶行程每前进100mm时盾构机2停机，九个点位11处的捶打设备4重复捶打工作，锤击时间为1min；

步骤八注浆填充：当环掘进完成后，利用盾构机2同步注浆系统及管片开孔注浆进行填充管片背后空隙；

步骤九拔除钢护筒：当盾构机2通过所有点位11区域后，抽出捶打设备4，之后将钢护筒5按分节逐节拔起，每拔出一个子钢筒51位置时，同步在孔内灌注素混凝土进行填充，直至最后一节子钢筒51拔出并回填密实混凝土后，恢复原地面；

步骤十判断参数：当盾构机2通过所有点位11区域后，研判盾构机2的推力、速度、分区推进油压控制、铰接压力等判断掘进是否可控，盾构机2姿态是否可控，如上述参数均可控，即证明盾构机2外壳的包裹体3已清除，并能让盾构机2正常掘进，如上述参数不满足，则沿盾构机2后续掘进线路位置继续确定点位11，并在原3×3阵列点位11中加设两列点位11，继续进行步骤四至步骤九的施工作业，直至参数可控。

实施例4：

请参阅图1-9，为本发明第四个实施例，该实施例基于上述三个实施例，本发明按以下步骤进行：施工准备：在盾构机2推进至千斤顶行程1800mm以上时，保证上一环管片边缘与盾尾加强筋位置平齐，此时即可满足施工环境，可进行施工；确定包裹体范围：以12小时时钟为参照，将磁力钻分别与盾尾钢板垂直固定在2点位、5点位、7点位、10点位和12点位，实施钻孔工作，对盾尾钢板进行钻透即停止，使用钢管打入钻孔位置进行抽芯，根据抽芯量确定包裹体3的包裹范围；确定点位：根据包裹体3包裹环向角度，在地面盾构机2范围内3×3阵列布设九个点位11，覆盖盾构机2的前盾、中盾和盾尾位置；安装钢护筒：在九个点位11处使用钢板桩机垂直下压钢护筒5至强风化地层以下，保证穿越富水地层、软弱地层、砂层等自稳性较差的地层；铣孔及清孔：使用锚杆钻机对钢护筒5孔内进行铣孔并将孔内沉渣清出孔外，并在钢护筒5孔内注入厚浆填充，厚浆填充高度1-2m；下压捶打头：利用施工器械机械臂将捶打设备4置于钢护筒5位置，使得捶打设备4中钢板桩46及锤击组件45沿着钢护筒5孔内下压，当锤击组件45接触到盾构机2外壳后将钢板桩46提起2cm，之后在固定板432与土质部1之间设置好垫块12，并固定好捶打设备4，依次完成九个捶打设备4的固定；循环锤击作业：在盾构机2恢复掘进前，九个点位11的捶打设备4上的钢板桩46均沿钢板桩46纵向往返运动，利用锤击组件45锤击盾构机2外壳，锤击时间为1min，在环掘进过程中，千斤顶行程每前进100mm时盾构机2停机，九个点位11处的捶打设备4重复捶打工作，锤击时间为1min；注浆填充：当环掘进完成后，利用盾构机2同步注浆系统及管片开孔注浆进行填充管片背后空隙；拔除钢护筒：当盾构机2通过所有点位11区域后，抽出捶打设备4，之后将钢护筒5按分节逐节拔起，每拔出一个子钢筒51位置时，同步在孔内灌注素混凝土进行填充，直至最后一节子钢筒51拔出并回填密实混凝土后，恢复原地面；判断参数：当盾构机2通过所有点位11区域后，研判盾构机2的推力、速度、分区推进油压控制、铰接压力等判断掘进是否可控，盾构机2姿态是否可控，如上述参数均可控，即证明盾构机2外壳的包裹体3已清除，并能让盾构机2正常掘进，如上述参数不满足，则沿盾构机2后续掘进线路位置继续确定点位11，并在原3×3阵列点位11中加设两列点位11，继续进行步骤四至步骤九的施工作业，直至参数可控；本发明采用钢护筒5将施工位置地质与外围隔绝，这样在复合地层中的软弱地层、砂层中进行锤击振动作业过程中，降低了对周边地层的扰动，减少了地层损失，保证了周边环境的安全性，并且采用机械法施工，人员投入量少，而且采用钢护筒5施工，相对于竖井开挖有效提高了工效，节省了工期；本发明用于锤击的锤击组件45中捶打柱454与筒体451之间设置了空气弹簧458进行缓冲，可以根据捶打部位厚浆粘稠度来调整空气弹簧458的刚性，使得在锤击力度足够的情况下，提供合适的缓冲力度来避免伤害盾构机2外壳。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，包括土质部(1)、盾构机(2)及包裹体(3)，所述盾构机(2)设置在土质部(1)内部，所述盾构机(2)外侧包裹包裹体(3)，其特征在于：

所述土质部(1)顶面设置九个点位(11)，所述土质部(1)位于九个点位(11)位置插接九个钢护筒(5)，所述钢护筒(5)底端穿过包裹体(3)并接触盾构机(2)外侧，所述钢护筒(5)包括多个子钢筒(51)，多个子钢筒(51)相互焊接，多个所述子钢筒(51)外侧之间设置有焊缝(52)；

所述土质部(1)顶面设置有捶打设备(4)，所述捶打设备(4)包括动力仓(41)及机壳(42)，所述机壳(42)顶端固定套接在动力仓(41)底面内侧，所述机壳(42)内开设内腔(44)，所述机壳(42)底面垂直固定嵌接第一套管(49)，所述第一套管(49)内垂直滑动套接施力柱(48)，所述施力柱(48)底端设置钢板桩(46)，所述钢板桩(46)底端设置锤击组件(45)；

所述锤击组件(45)包括筒体(451)，所述筒体(451)内开设筒腔(452)，所述筒体(451)底端垂直开设底口(453)，所述底口(453)内垂直滑动连接捶打柱(454)，所述筒腔(452)顶端固接筒套(456)，所述筒套(456)底端为开口结构，所述筒套(456)内垂直滑动连接滑板(457)，所述滑板(457)与筒套(456)顶面之间固接空气弹簧(458)，所述捶打柱(454)顶端固接滑板(457)底面，所述捶打柱(454)底端位于筒体(451)底端外侧并固接捶打头(455)，所述筒体(451)顶面固接插块(459)。

2.根据权利要求1所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，其特征在于：所述空气弹簧(458)顶面中心固接并连通注入管(4510)底端，所述注入管(4510)固定嵌接在筒套(456)顶面、筒体(451)顶面及插块(459)内侧，所述注入管(4510)顶端固接并连通进气头(4511)，所述注入管(4510)顶端位于插块(459)外侧位置固接并连通阀门(4512)。

3.根据权利要求2所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，其特征在于：所述筒腔(452)内侧壁均匀固接多个第二支架(4513)，多个所述第二支架(4513)上分别转动连接多个第三导轮(4514)，多个所述第三导轮(4514)接触捶打柱(454)侧壁。

4.根据权利要求1所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，其特征在于：所述钢板桩(46)包括多个子钢管(461)，多个所述子钢管(461)相互焊接，所述插块(459)插接在位于最下方的子钢管(461)底端内侧，所述子钢管(461)底端水平开设多个螺纹通孔(463)，所述插块(459)侧壁位于多个螺纹通孔(463)同一水平位置开设多个螺纹孔(4515)，所述螺纹通孔(463)及螺纹孔(4515)螺纹连接锁紧螺栓(464)。

5.根据权利要求4所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，其特征在于：所述施力柱(48)底端开设环槽(427)，位于顶端的所述子钢管(461)顶端插接在环槽(427)内，所述施力柱(48)底端水平开设第一通孔(428)，位于顶端的所述子钢管(461)顶端水平开设第二通孔(465)，所述第一通孔(428)及第二通孔(465)内侧插接螺杆(429)，所述螺杆(429)两端分别螺纹连接两个六角螺母(430)。

6.根据权利要求1所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，其特征在于：所述施力柱(48)顶端固接受力板(47)，所述受力板(47)垂直滑动连接在内腔(44)内侧，所述动力仓(41)内开设动力腔(43)，所述机壳(42)顶端垂直固定嵌接第二套管(410)，所述第二套管(410)内垂直滑动套接动力杆(411)，所述动力杆(411)底端位于内腔(44)内并固接动力夯块(416)，所述动力杆(411)顶端位于动力腔(43)内侧并固接铰块(415)，所述动力仓(41)一侧固接汽油机(412)，所述汽油机(412)转轴端位于动力腔(43)内并固接主动杆(413)一端，所述主动杆(413)另一端转动连接连杆(414)一端，所述连杆(414)另一端转动连接铰块(415)。

7.根据权利要求6所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，其特征在于：所述受力板(47)四侧分别水平固接四个滑块(422)，所述内腔(44)四侧分别垂直开设四个侧滑槽(420)，四个所述滑块(422)分别垂直滑动连接在四个侧滑槽(420)内侧，所述侧滑槽(420)侧壁固接导轨(421)，所述滑块(422)端部转动连接槽轮(423)，所述槽轮(423)滚动连接导轨(421)，所述滑块(422)与侧滑槽(420)底端之间固接复位弹簧(424)。

8.根据权利要求6所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，其特征在于：所述第一套管(49)内侧壁开设多个槽口(425)，所述槽口(425)内转动连接多个第二导轮(426)，所述第二导轮(426)接触施力柱(48)侧壁，所述第二套管(410)内侧壁固接多个第一支架(418)，所述第一支架(418)端部转动连接第一导轮(419)，所述动力杆(411)周侧垂直开设多个侧轮槽(417)，所述第一导轮(419)滚动连接侧轮槽(417)。

9.根据权利要求1所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置，其特征在于：所述机壳(42)两侧分别固接两个立板(431)，两个所述立板(431)底端分别水平固接两个固定板(432)，所述固定板(432)与土质部(1)顶面之间设置有垫块(12)，所述机壳(42)外侧固接夹持部(434)。

10.根据权利要求1-9所述的复合地层中盾构机外壳包裹体处理装置及方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一施工准备：在盾构机(2)推进至千斤顶行程1800mm以上时，保证上一环管片边缘与盾尾加强筋位置平齐，此时即可满足施工环境，可进行施工；

步骤二确定包裹体范围：以12小时时钟为参照，将磁力钻分别与盾尾钢板垂直固定在2点位、5点位、7点位、10点位和12点位，实施钻孔工作，对盾尾钢板进行钻透即停止，使用钢管打入钻孔位置进行抽芯，根据抽芯量确定包裹体(3)的包裹范围；

步骤三确定点位：根据包裹体(3)包裹环向角度，在地面盾构机(2)范围内3×3阵列布设九个点位(11)，覆盖盾构机(2)的前盾、中盾和盾尾位置；

步骤四安装钢护筒：在九个点位(11)处使用钢板桩机垂直下压钢护筒(5)至强风化地层以下，保证穿越富水地层、软弱地层、砂层等自稳性较差的地层；

步骤五铣孔及清孔：使用锚杆钻机对钢护筒(5)孔内进行铣孔并将孔内沉渣清出孔外，并在钢护筒(5)孔内注入厚浆填充，厚浆填充高度1-2m；

步骤六下压捶打头：利用施工器械机械臂将捶打设备(4)置于钢护筒(5)位置，使得捶打设备(4)中钢板桩(46)及锤击组件(45)沿着钢护筒(5)孔内下压，当锤击组件(45)接触到盾构机(2)外壳后将钢板桩(46)提起2cm，之后在固定板(432)与土质部(1)之间设置好垫块(12)，并固定好捶打设备(4)，依次完成九个捶打设备(4)的固定；

步骤七循环锤击作业：在盾构机(2)恢复掘进前，九个点位(11)的捶打设备(4)上的钢板桩(46)均沿钢板桩(46)纵向往返运动，利用锤击组件(45)锤击盾构机(2)外壳，锤击时间为1min，在环掘进过程中，千斤顶行程每前进100mm时盾构机(2)停机，九个点位(11)处的捶打设备(4)重复捶打工作，锤击时间为1min；

步骤八注浆填充：当环掘进完成后，利用盾构机(2)同步注浆系统及管片开孔注浆进行填充管片背后空隙；

步骤九拔除钢护筒：当盾构机(2)通过所有点位(11)区域后，抽出捶打设备(4)，之后将钢护筒(5)按分节逐节拔起，每拔出一个子钢筒(51)位置时，同步在孔内灌注素混凝土进行填充，直至最后一节子钢筒(51)拔出并回填密实混凝土后，恢复原地面；

步骤十判断参数：当盾构机(2)通过所有点位(11)区域后，研判盾构机(2)的推力、速度、分区推进油压控制、铰接压力等判断掘进是否可控，盾构机(2)姿态是否可控，如上述参数均可控，即证明盾构机(2)外壳的包裹体(3)已清除，并能让盾构机(2)正常掘进，如上述参数不满足，则沿盾构机(2)后续掘进线路位置继续确定点位(11)，并在原3×3阵列点位(11)中加设两列点位(11)，继续进行步骤四至步骤九的施工作业，直至参数可控。