WO2018223730A1 - 盾构管片封顶块拼装装置及施作方法 - Google Patents

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高磊
房德鑫
张�杰
王永文
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中铁十九局集团有限公司
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Abstract

一种盾构管片封顶块拼装装置，通过封顶管片支撑架上的两丝杠对封顶管片的顶接与盾构机中盾上的封顶管片的千斤顶对封顶管片的顶接的交替支撑，使封顶管片始终处于顶接受力状态，避免了由于盾构机向下一环掘进后，在拼装下一环封顶管片时，盾构机中盾上的封顶管片的千斤顶缩回，所造成的第一环封顶管片失去支撑的现象的发生，解决了封顶管片由于应力释放造成本环的封顶管片错位和破碎的问题。同时还公开了该盾构管片封顶块拼装装置的施作方法，提高了管片的成环质量，操作简单，特别适合在盾构隧道施工中使用。

Description

盾构管片封顶块拼装装置及施作方法
交叉引用
本申请引用于2017年06月06日提交的专利名称为“盾构管片封顶块拼装装置及施作方法”的第201710419129X号中国专利申请，其通过引用被全部并入本申请。
技术领域
本发明涉及一种盾构隧道施工中盾构管片封顶块的拼装固定装置，特别涉及一种盾构隧道施工中盾构管片封顶块拼装时的固定装置及其拼装固定的施作方法。
背景技术
在地铁盾构施工中，盾构刀盘切削土体向前掘进，在掘进过程中产生的渣土，由盾构机上的皮带输送机输送到台车后的电瓶车中，并运输到地面。盾构机每掘进一环，盾构机上的管片拼装机就开始拼装管片成环。每一环管片由6块组成，包括一块拱底块管片、两块标准块管片、两块邻接块管片和一块封顶块管片。封顶块管片呈楔形，管片的拼装顺序是从本环拱底块管片开始，依次左右两侧交替安装标准块管片，然后拼装邻接块管片，并同时安装紧固连接螺栓，先紧固环向连接螺栓，后紧固轴向连接螺栓。采用扭矩扳手紧固，紧固力取决于螺栓的直径和强度。标准块管片与邻接块管片的拼装是沿圆弧方向对接的，对接完成后，在预成环顶部会形成一个楔形空间，盾构机上的管片拼装机将楔形的封顶块管片沿隧道轴向方向插接到该楔形空间内，从而完成本环管片的拼装工作。然后，盾构机上的千斤顶伸出顶接在成环的本环管片侧面上，为盾构刀盘推进提供反向力，盾构机在该反向力的支撑下向前完成下一环的盾构掘进任务，当下一环洞体开挖完成后，盾构机上的千斤顶，会从本环管片侧面收回，盾构机管片拼装机开始进行下一环管片的拼装工作，如此循环往复地进行盾构掘进和管片拼装工作。但在该循环过程中，盾构机上的千斤顶从本环管片侧面收回时，由于本环的封顶块管片存在应力释放过程，经常会造成本环的 封顶块管片错位，严重时会使封顶块管片的迎千斤顶一端倾斜下落，致使封顶块管片和邻接块管片大面积碎裂，严重影响到了下一环管片的拼装及本环管片的成环质量。
发明内容
本发明提供了一种盾构管片封顶块拼装装置及施作方法，解决了封顶块管片由于应力释放会造成本环的封顶块管片错位和破碎的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种盾构管片封顶块拼装装置，包括第一环拱底块管片、第一环左标准块管片、第一环右标准块管片、第一环左邻接块管片、第一环右邻接块管片和楔形的第一环封顶块管片，在第一环左邻接块管片与第一环右邻接块管片之间形成有楔形口，楔形的第一环封顶块管片是沿隧道方向插接在楔形口中的，在第一环左邻接块管片的右前端设置有左邻接块管片螺栓连接孔，在第一环右邻接块管片的左前端设置有右邻接块管片螺栓连接孔，在左邻接块管片螺栓连接孔中连接有管片封顶块托架左固定吊杆，在右邻接块管片螺栓连接孔中连接有管片封顶块托架右固定吊杆，在管片封顶块托架左固定吊杆的下端与管片封顶块托架右固定吊杆的下端之间设置有管片封顶块托架横梁，在管片封顶块托架横梁上分别设置有左丝杠孔和右丝杠孔，在左丝杠孔中从下到上穿接有左丝杠，左丝杠的顶端活动顶接在左弧形顶块的下端面上设置的圆形凹槽中，左弧形顶块的弧形顶面活动顶接在第一环左邻接块管片与第一环封顶块管片之间的环向拼接缝上，在右丝杠孔中从下到上穿接有右丝杠，右丝杠的顶端活动顶接在右弧形顶块的下端面上设置的圆形凹槽中，右弧形顶块的弧形顶面活动顶接在第一环右邻接块管片与第一环封顶块管片之间的环向拼接缝上。
管片封顶块托架横梁是一个条形方钢，在左丝杠的下端和右丝杠的下端均固定设置有丝杠旋转把手
一种盾构管片封顶块拼装施作方法，当盾构机完成始发环的拼装后，开始进行以下步骤：
第一步、盾构机上的管片拼装机完成第一环拱底块管片的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环拱底块管片的侧面上，管片拼装机完成第一环左标准块管片的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接 在第一环左标准块管片的侧面上，管片拼装机完成第一环右标准块管片的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环右标准块管片的侧面上，管片拼装机完成第一环左邻接块管片的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环左邻接块管片的侧面上，管片拼装机完成第一环右邻接块管片的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环右邻接块管片的侧面上，管片拼装机将楔形的第一环封顶块管片沿隧道轴向方向插接在第一环左邻接块管片与第一环右邻接块管片之间形成的楔形口中，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环封顶块管片的侧面上；
第二步、在管片封顶块托架横梁上分别加工出左丝杠孔和右丝杠孔，在管片封顶块托架横梁的左端上固定管片封顶块托架左固定吊杆，在管片封顶块托架横梁的右端上固定管片封顶块托架右固定吊杆，将管片封顶块托架左固定吊杆的上端连接到左邻接块管片螺栓连接孔中，将管片封顶块托架右固定吊杆的上端连接到右邻接块管片螺栓连接孔中，将左丝杠由下向上螺接到左丝杠孔中，左丝杠的顶端活动顶接在左弧形顶块的下端面上设置的圆形凹槽中，左弧形顶块的弧形顶面顶接在第一环左邻接块管片与第一环封顶块管片之间的环向拼接缝上；将右丝杠由下向上螺接到右丝杠孔中，右丝杠的顶端活动顶接在右弧形顶块的下端面上设置的圆形凹槽中，右弧形顶块的弧形顶面顶接在第一环右邻接块管片与第一环封顶块管片之间的环向拼接缝上；
第三步、盾构机向前掘进一环，依次开始拼装第二环拱底块管片、第二环左标准块管片、第二环右标准块管片、第二环左邻接块管片、第二环右邻接块管片，然后，顶接在第一环封顶块管片上对应的盾构机千斤顶缩回，管片拼装机将第二环的封顶块管片沿隧道轴向方向插接在第二环左邻接块管片与第二环右邻接块管片之间形成的楔形口中，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第二环封顶块管片的侧面上；
第四步、反向旋转左丝杠，使左弧形顶块与第一环封顶块管片脱离，反向旋转右丝杠，使右弧形顶块与第一环封顶块管片脱离，将管片封顶块托架左固定吊杆从左邻接块管片螺栓连接孔中卸掉，将管片封顶块托架右固定吊杆从右邻接块管片螺栓连接孔中卸掉；
第五步、将由管片封顶块托架左固定吊杆、管片封顶块托架横梁和管 片封顶块托架右固定吊杆组成的管片封顶块托架安装到第二环左邻接块管片的左邻接块管片螺栓连接孔和第二环右邻接块管片的右邻接块管片螺栓连接孔中，正向旋转左丝杠，使左弧形顶块的弧形顶面顶接在第二环左邻接块管片与第二环封顶块管片之间的环向拼接缝上，正向旋转右丝杠，使右弧形顶块的弧形顶面顶接在第二环右邻接块管片与第二环封顶块管片之间的环向拼接缝上；
第六步、重复第三步到第五步，完成后续各环管片的拼装。
本发明解决了盾构管片拼装过程中封顶块管片容易下坠错位的难题，避免了封顶块管片和邻接块管片大面积碎裂现象的发生，提高了盾构隧道的施工质量，且成本低廉，操作简单，特别适合在盾构隧道施工中使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的环形管片在爆炸开后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种盾构管片封顶块拼装装置，包括第一环拱底块管片1、第一环左标准块管片2、第一环右标准块管片3、第一环左邻接块管片4、第一环右邻接块管片5和楔形的第一环封顶块管片6，在第一环左邻接块管片4与第一环右邻接块管片5之间形成有楔形口7，楔形的第一环封顶块管片6是沿隧道方向插接在楔形口7中的，在第一环左邻接块管片4的右前端设置有左邻接块管片螺栓连接孔8，在第一环右邻接块管片5的左前端设置有右邻接块管片螺栓连接孔10，在左邻接块管片螺栓连接孔8中连接有管片封顶块托架左固定吊杆9，在右邻接块管片螺栓连接孔10中连接有管片封顶块托架右固定吊杆11，在管片封顶块托架左固定吊杆9的下端与管片封顶块托架右固定吊杆11的下端之间设置有管片封顶块托架横梁12，在管片封顶块托架横梁12上分别设置有左丝杠孔13和右丝杠孔15，在左丝杠孔13中从下到上穿接有左丝杠14，左丝杠14的顶端活动顶接在左弧形顶块17的下端面上设置的圆形凹槽19中，左弧形顶块17的弧形顶面活动顶接在第一环左邻接块管片4与第一环封顶块管片6之间的环向拼接缝 上，在右丝杠孔15中从下到上穿接有右丝杠16，右丝杠16的顶端活动顶接在右弧形顶块18的下端面上设置的圆形凹槽20中，右弧形顶块20的弧形顶面活动顶接在第一环右邻接块管片5与第一环封顶块管片6之间的环向拼接缝上。
管片封顶块托架横梁12是一个条形方钢，在左丝杠14的下端和右丝杠16的下端均固定设置有丝杠旋转把手。
一种盾构封顶管片拼装施作方法，当盾构机完成始发环的拼装后，开始进行以下步骤：
第一步、盾构机上的管片拼装机完成第一环拱底块管片1的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环拱底块管片1的侧面上，管片拼装机完成第一环左标准块管片2的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环左标准块管片2的侧面上，管片拼装机完成第一环右标准块管片3的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环右标准块管片3的侧面上，管片拼装机完成第一环左邻接块管片4的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环左邻接块管片4的侧面上，管片拼装机完成第一环右邻接块管片5的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环右邻接块管片5的侧面上，管片拼装机将楔形的第一环封顶块管片6沿隧道轴向方向插接在第一环左邻接块管片4与第一环右邻接块管片5之间形成的楔形口7中，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环封顶块管片6的侧面上；
第二步、在管片封顶块托架横梁12上分别加工出左丝杠孔13和右丝杠孔15，在管片封顶块托架横梁12的左端上固定管片封顶块托架左固定吊杆9，在管片封顶块托架横梁12的右端上固定管片封顶块托架右固定吊杆11，将管片封顶块托架左固定吊杆9的上端连接到左邻接块管片螺栓连接孔8中，将管片封顶块托架右固定吊杆11的上端连接到右邻接块管片螺栓连接孔10中，将左丝杠14由下向上螺接到左丝杠孔13中，左丝杠14的顶端活动顶接在左弧形顶块17的下端面上设置的圆形凹槽19中，左弧形顶块17的弧形顶面顶接在第一环左邻接块管片4与第一环封顶块管片6之间的环向拼接缝上；将右丝杠16由下向上螺接到右丝杠孔15中，右丝杠16的顶端活动顶接在右弧形顶块18的下端面上设置的圆形凹槽20 中，右弧形顶块18的弧形顶面顶接在第一环右邻接块管片5与第一环封顶块管片6之间的环向拼接缝上；
第三步、盾构机向前掘进一环，依次开始拼装第二环拱底块管片、第二环左标准块管片、第二环右标准块管片、第二环左邻接块管片、第二环右邻接块管片，然后，顶接在第一环封顶块管片6上对应的盾构机千斤顶缩回，管片拼装机将第二环的封顶块管片沿隧道轴向方向插接在第二环左邻接块管片与第二环右邻接块管片之间形成的楔形口中，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第二环封顶块管片的侧面上；
第四步、反向旋转左丝杠14，使左弧形顶块17与第一环封顶块管片6脱离，反向旋转右丝杠16，使右弧形顶块18与第一环封顶块管片6脱离，将管片封顶块托架左固定吊杆9从左邻接块管片螺栓连接孔8中卸掉，将管片封顶块托架右固定吊杆11从右邻接块管片螺栓连接孔10中卸掉；
第五步、将由管片封顶块托架左固定吊杆9、管片封顶块托架横梁12和管片封顶块托架右固定吊杆11组成的管片封顶块托架安装到第二环左邻接块管片的左邻接块管片螺栓连接孔和第二环右邻接块管片的右邻接块管片螺栓连接孔中，正向旋转左丝杠14，使左弧形顶块17的弧形顶面顶接在第二环左邻接块管片与第二环封顶块管片之间的环向拼接缝上，正向旋转右丝杠16，使右弧形顶块18的弧形顶面顶接在第二环右邻接块管片与第二环封顶块管片之间的环向拼接缝上；
第六步、重复第三步到第五步，完成后续各环管片的拼装。
本发明是通过管片封顶块支撑架上的两丝杠对封顶管片的顶接与盾构机中盾上的封顶块管片对应的千斤顶对封顶块管片的顶接的交替支撑，使封顶块管片始终处于顶接受力状态，避免了由于盾构机向下一环掘进后，在拼装下一环封顶块管片时，盾构机中盾上的封顶块管片对应的千斤顶缩回，所造成的第一环封顶块管片失去支撑现象的发生，有效的减少了封顶块管片下坠错位的发生。

Claims (3)

  1. 一种盾构管片封顶块拼装装置，包括第一环拱底块管片(1)、第一环左标准块管片(2)、第一环右标准块管片(3)、第一环左邻接块管片(4)、第一环右邻接块管片(5)和楔形的第一环封顶块管片(6)，在第一环左邻接块管片(4)与第一环右邻接块管片(5)之间形成有楔形口(7)，楔形的第一环封顶块管片(6)是沿隧道方向插接在楔形口(7)中的，在第一环左邻接块管片(4)的右前端设置有左邻接块管片螺栓连接孔(8)，在第一环右邻接块管片(5)的左前端设置有右邻接块管片螺栓连接孔(10)，其特征在于，在左邻接块管片螺栓连接孔(8)中连接有管片封顶块托架左固定吊杆(9)，在右邻接块管片螺栓连接孔(10)中连接有管片封顶块托架右固定吊杆(11)，在管片封顶块托架左固定吊杆(9)的下端与管片封顶块托架右固定吊杆(11)的下端之间设置有管片封顶块托架横梁(12)，在管片封顶块托架横梁(12)上分别设置有左丝杠孔(13)和右丝杠孔(15)，在左丝杠孔(13)中从下到上穿接有左丝杠(14)，左丝杠(14)的顶端活动顶接在左弧形顶块(17)的下端面上设置的圆形凹槽(19)中，左弧形顶块(17)的弧形顶面活动顶接在第一环左邻接块管片(4)与第一环封顶块管片(6)之间的环向拼接缝上，在右丝杠孔(15)中从下到上穿接有右丝杠(16)，右丝杠(16)的顶端活动顶接在右弧形顶块(18)的下端面上设置的圆形凹槽(20)中，右弧形顶块(20)的弧形顶面活动顶接在第一环右邻接块管片(5)与第一环封顶块管片(6)之间的环向拼接缝上。
  2. 根据权利要求1所述的一种盾构管片封顶块拼装装置，其特征在于，管片封顶块托架横梁(12)是一个条形方钢，在左丝杠(14)的下端和右丝杠(16)的下端均固定设置有丝杠旋转把手。
  3. 一种盾构管片封顶块拼装施作方法，当盾构机完成始发环的拼装后，开始进行以下步骤：
    第一步、盾构机上的管片拼装机完成第一环拱底块管片(1)的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环拱底块管片(1)的侧面上，管片拼装机完成第一环左标准块管片(2)的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环左标准块管片(2)的侧面上，管片拼装机完成 第一环右标准块管片(3)的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环右标准块管片(3)的侧面上，管片拼装机完成第一环左邻接块管片(4)的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环左邻接块管片(4)的侧面上，管片拼装机完成第一环右邻接块管片(5)的拼装，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环右邻接块管片(5)的侧面上，管片拼装机将楔形的第一环封顶块管片(6)沿隧道轴向方向插接在第一环左邻接块管片(4)与第一环右邻接块管片(5)之间形成的楔形口(7)中，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第一环封顶块管片(6)的侧面上；
    第二步、在管片封顶块托架横梁(12)上分别加工出左丝杠孔(13)和右丝杠孔(15)，在管片封顶块托架横梁(12)的左端上固定管片封顶块托架左固定吊杆(9)，在管片封顶块托架横梁(12)的右端上固定管片封顶块托架右固定吊杆(11)，将管片封顶块托架左固定吊杆(9)的上端连接到左邻接块管片螺栓连接孔(8)中，将管片封顶块托架右固定吊杆(11)的上端连接到右邻接块管片螺栓连接孔(10)中，将左丝杠(14)由下向上螺接到左丝杠孔(13)中，左丝杠(14)的顶端活动顶接在左弧形顶块(17)的下端面上设置的圆形凹槽(19)中，左弧形顶块(17)的弧形顶面顶接在第一环左邻接块管片(4)与第一环封顶块管片(6)之间的环向拼接缝上；将右丝杠(16)由下向上螺接到右丝杠孔(15)中，右丝杠(16)的顶端活动顶接在右弧形顶块(18)的下端面上设置的圆形凹槽(20)中，右弧形顶块(18)的弧形顶面顶接在第一环右邻接块管片(5)与第一环封顶块管片(6)之间的环向拼接缝上；
    第三步、盾构机向前掘进一环，依次开始拼装第二环拱底块管片、第二环左标准块管片、第二环右标准块管片、第二环左邻接块管片、第二环右邻接块管片，然后，顶接在第一环封顶块管片(6)上对应的盾构机千斤顶缩回，管片拼装机将第二环的封顶块管片沿隧道轴向方向插接在第二环左邻接块管片与第二环右邻接块管片之间形成的楔形口中，盾构机中盾上对应的千斤顶伸出顶接在第二环封顶块管片的侧面上；
    第四步、反向旋转左丝杠(14)，使左弧形顶块(17)与第一环封顶块管片(6)脱离，反向旋转右丝杠(16)，使右弧形顶块(18)与第一 环封顶块管片(6)脱离，将管片封顶块托架左固定吊杆(9)从左邻接块管片螺栓连接孔(8)中卸掉，将管片封顶块托架右固定吊杆(11)从右邻接块管片螺栓连接孔(10)中卸掉；
    第五步、将由管片封顶块托架左固定吊杆(9)、管片封顶块托架横梁(12)和管片封顶块托架右固定吊杆(11)组成的管片封顶块托架安装到第二环左邻接块管片的左邻接块管片螺栓连接孔和第二环右邻接块管片的右邻接块管片螺栓连接孔中，正向旋转左丝杠(14)，使左弧形顶块(17)的弧形顶面顶接在第二环左邻接块管片与第二环封顶块管片之间的环向拼接缝上，正向旋转右丝杠(16)，使右弧形顶块(18)的弧形顶面顶接在第二环右邻接块管片与第二环封顶块管片之间的环向拼接缝上；
    第六步、重复第三步到第五步，完成后续各环管片的拼装。
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