CN112049653B - 一种盾构机始发装置及盾构机始发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机始发装置及盾构机始发方法，解决了盾构机导洞始发时采用现有反力架施工效率低下且通用性差的技术问题。本发明包括设置在始发导洞的洞口后方的支架，盾构机从支架所围绕的空间内穿行，支架连接有用于顶推隧道管片环的支撑油缸，支架下方的地面上设置有与盾构机的顶推油缸顶接配合的通用管片。本发明结构简单，始发时可通过盾构拼装机完成基准管片环的拼装后即可正常始发，在导洞始发后直接进行正常环管片的拼装，不需要考虑洞门密封的安装以及常规反力架的负环拼装，可根据隧道曲线自动调节基准管片环的位置，动态监测始发基准管片环的受力分布情况，如有推力异常，可及时进行动态调整。

Description

一种盾构机始发装置及盾构机始发方法

技术领域

本发明涉及盾构机施工的技术领域，特别是指盾构机始发装置及盾构机始发方法。

背景技术

修建城市地铁是解决当今大城市交通拥堵的主要措施之一，已成为城市交通快速发展的主要动力，盾构法因其安全性好、效率高、对周围环境影响小，成为各大城市地铁施工的主流施工方法。

盾构机在初始掘进阶段，需要为盾构机安装一个反力架，用来提供盾构机推进时所需要的反作用力，与反力架配套使用的还有提供底部支撑和导向的始发架。现有的反力架由门型框架、后部支撑组成，门型框架可与管片实现连接固定，给予提供支撑力，通过将门形框架和后部支撑固定在竖井地基上的实现反力架固定，如授权公告日为20181116、公开号为CN208106424U的实用新型专利所公开一种液压顶进式盾构机始发架。当盾构机始发完成后，又需要拆除反力架和始发架，由于反力架和始发架的单个部件体积和重量都比较大，在始发井中安装和装配极其不便，对竖井底部空间要求高，施工时间较长。另外，盾构机的现有始发方式还需要设置洞门密封环。因此，随着城市发展始发场地越来越受限，简单粗暴的反力支撑架已无法充分满足项目需求。

在盾构机采用盾体导洞始发时，特别是长导洞始发时，现有的反力架无法随主机步进，要么需要使用较多的负环管片设置在反力架和主机之间，负环管片作为传力结构，同时供后配套拖车通过；要么需要频繁移动反力架的定位位置，效率极其低下。

其次，现有的反力架只能提供反力支撑功能，无法较为准确的反馈作用在其上面力的情况，因此对推力是否超限、是否达到反力架拆除条件等，无法反馈精准的信息。

另外，现有的反力架设计针对性强，与竖井结构关联度大，通用性差，不能够重复利用。

因此，需要发明一种结构简单、便捷高效、能够多次重复使用的盾构机始发装置，变负环为正常环，免去负环管片的拆装和洞门密封安装的盾构机始发装置。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种盾构机始发装置及盾构机始发方法，解决了盾构机导洞始发时采用现有反力架施工效率低下且通用性差的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种盾构机始发装置，包括设置在始发导洞的洞口后方的支架，盾构机从支架所围绕的空间内穿行，支架连接有用于顶推隧道管片环的支撑油缸，支架下方的地面上设置有与盾构机的顶推油缸顶接配合的通用管片。通过通用管片的铺设，盾构机可以通过自身的顶推油缸实现空推过站；通过将支架所连的支撑油缸收起，可以使空推的盾构机顺利穿过支架；当盾构机的顶推油缸越过支架后，可以通过管片拼装机直接拼装隧道管片环，然后使支撑油缸顶接在隧道管片环的后侧，使推进油缸顶接在隧道管片环的前侧推进盾构机前进。

进一步地，所述支架预埋在始发导洞的洞口后方，在土建施工时预先将支架设置完成，可以大幅提高隧道的整体施工效率。

进一步地，所述支架为环形或门形，形成彼此连接相互加强的结构形式，所述支撑油缸设置有若干个且沿支架的周向间隔设置，充分保证提供的推进反力在周向上均匀稳定。

进一步地，所述支架包括至少两个周向梁，周向梁之间上设置有纵向梁，所述支撑油缸铰接在周向梁上或纵向梁上。

进一步地，所述支撑油缸的一端与支架铰接、另一端铰接有第一基准管片，支撑油缸通过第一基准管片顶推隧道管片环，使得支撑油缸对隧道管片环的支撑更加便捷和稳定。

进一步地，地面上设置有底部支架，底部支架的前方设置有第二基准管片，第二基准管片与第一基准管片拼装后为基准管片环，支撑油缸通过基准管片环顶推隧道管片环。基准管片环不仅在截面上形成了一个完成的支撑基准环，而且在周向上各块基准管片彼此连接、相互约束，使得提供推进反力的支撑基础更加稳定可靠。

进一步地，所述底部支架包括连接在加固地基上的两组竖梁，两组竖梁包括挡在第二基准管片最低处后方的底梁及挡在第二基准管片两侧的侧梁，通过底梁和侧梁完成对第二基准管片的约束和限位；底梁的顶面不超过第二基准管片的顶面，避免影响后配套拖车的通行。

进一步地，所述支撑油缸连接有压力传感器，压力传感器与上位机相连。上位机可通过压力传感器动态监测隧道管片环或基准管片环的受力分布情况，如有推力异常，上位机自动进行动态调整。

一种盾构机始发装置的始发方法，包括以下步骤：

步骤一：盾构机站内空推，盾构机的管片拼装机在始发导洞的洞口后方铺设通用管片，铺设后的通用管片形成弧形底拱，盾构机依靠主机底部的推进油缸顶推弧形底拱前进，盾构机的后配套拖车随主机在弧形底拱上同步前进，前进一个通用管片的环宽后推进油缸收回，管片拼装机继续拼装下一片通用管片，循环往复实现对盾构机的站内空推；

步骤二：盾构机穿支架，当盾构机从站内进入始发导洞前，将支架上的支撑油缸围绕铰接端折叠在洞壁上，通过步骤一中所述的方法继续向前空推盾构机使其前部逐渐穿过支架进入始发导洞，当盾构机前进至推进油缸位于支架的前侧时，管片拼装机在始发导洞内拼装整环的通用管片形成隧道管片环，使支撑油缸顶接在隧道管片环的后侧，使推进油缸顶接在隧道管片环的前侧推进盾构机前进；

步骤三：盾构机尾部密封，盾构机向前推进至尾盾离开支架后，采用湿喷注浆或密封垫密封的方式在始发导洞洞口的隧道管片环周围封堵形成一道密封，然后通过盾构机的正常盾尾注浆功能实现管片拼装后的外部空间注浆封填，开始盾构机的正常掘进施工操作流程。

进一步地，所述步骤二中的管片拼装机在拼装隧道管片环前，先拼装第一基准管片和第二基准管片形成基准管片环，将支撑油缸的自由端铰接在基准管片环的后侧，推进油缸顶接在基准管片环的前侧推进盾构机前进，然后在再拼装隧道管片环。

进一步地，由于通用管片是标准件，当通用管片拼装的弧形底拱的前端口与第二基准管片的拼装位置发生干涉时，选择不拼装第二基准管片而将通用管片拼装在第一基准管片之间。

进一步地，由于通用管片是标准件，当若继续拼装通用管片则弧形底拱的前端口与第二基准管片的拼装位置发生干涉时，选择不继续拼装通用管片来延长弧形底拱，而采用临时支撑件安装在推进油缸和通用管片之间，当盾构机前进至推进油缸与支架之间能够安装第二基准管片且不会与将要延长的弧形底拱干涉后，撤去临时支撑件继续拼装通用管片来延长弧形底拱，然后在弧形底拱的前端拼装第一基准管片和第二基准管片。

进一步地，所述步骤二中的推进油缸在顶推隧道管片环或基准管片环前，上位机根据隧道曲线自动控制各个支撑油缸的伸长量来调整隧道管片环或基准管片环的位置和角度，上位机通过压力传感器动态监测隧道管片环或基准管片环的受力分布情况，如有推力异常，上位机自动控制盾构机或者基准环油缸进行动态调整。

本发明与现有反力架相比：

（1）结构简单，通过预埋在地层内的支架以及安装在上面的支撑油缸就可以固定约束基准管片环的位置，而且能够进行基准管片环角度、位置的调整，对土建结构的精度要求低。

（2）始发时可通过盾构拼装机完成基准管片环的拼装后即可正常始发，省去安装常规反力架的吊装、焊接等大量时间；对于盾构机导洞始发而言，更加便捷高效，而且过站始发时不需要断开盾构主机与后配套拖车的连接，实现整体无障碍过站。

（3）本发明在导洞始发后直接进行正常环管片的拼装，不需要考虑洞门密封的安装以及常规反力架的负环拼装，省去盾构始发后负环的大量拆除工作，仅将基准管片环拆除后即可用于下一个区间内的始发使用。

（4）本始发反力装置还能根据隧道曲线自动调节基准管片环的位置，动态监测始发基准管片环的受力分布情况，如有推力异常，可及时进行动态调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为本发明在始发导洞处的组装状态图；

图2为图1中A-A面的截面图；

图3为图1中B-B面的截面图；

图4为图1中C-C面的截面图；

图5为盾构机采用临时支撑件时的状态图；

图6为图5中D-D面的截面图；

图7为盾构机始发掘进时的状态图；

其中：1-始发开挖面；2-盾构机；3-推进油缸；4-管片拼装机；5-第一基准管片；6-支撑油缸；7-支架；71-周向梁；72-纵向梁；8-后配套拖车；9-支撑油缸铰接座；10-推进油缸安装座；11-底部支架；12-始发导洞；13-通用管片；14-临时支撑件；15-加固地基；16-密封环；17-底梁；18-第二基准管片；19-隧道管片环；20-侧梁。

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付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1，一种盾构机始发装置，如图1-图4所示，包括设置在始发导洞12的洞口后方的支架7，支架7为钢结构支架、合金支架或其他材料的支架，在土建施工时预先将支架7预埋在始发导洞12的洞口后方，可以大幅提高盾构机在隧道的整体施工效率。支架7为环形或门形，形成彼此连接相互加强的结构形式，包括两个周向梁71，周向梁71之间上设置有纵向梁72。如图2所示，纵向梁72上设置有支撑油缸铰接座9，支撑油缸铰接座9连接有用于顶推隧道管片环19，支撑油缸6设置有若干个且沿支架7的周向间隔设置。

所述支架7所围绕的空间大于盾构机的截面尺寸，盾构机2从支架7所围绕的空间内穿行。支架7下方的地面上设置有加固地基15，加固地基上设置有与盾构机2的顶推油缸3顶接配合的通用管片13，通过管片13通过盾构机2上的管片拼装机拼成弧形底拱。

如图3和图7所示，盾构机2可以通过自身的顶推油缸3顶推弧形底拱实现空推过站，后配套拖车8可以随盾构机2在弧形底拱上进行同步向前移动。当盾构机2随着弧形底拱的铺设运动至支架7处时，通过将支架7所连的支撑油缸6收起，可以使空推的盾构机2顺利穿过支架7。当盾构机2的顶推油缸3越过支架7后，可以通过管片拼装机4直接拼装隧道管片环19，然后使支撑油缸6顶接在隧道管片环19的后侧，使推进油缸3顶接在隧道管片环19的前侧推进盾构机2前进，盾构机2得以对始发开挖面1进行开挖。

实施例2，一种盾构机始发装置，所述支撑油缸6的一端与支架7铰接、另一端铰接有第一基准管片5，支撑油缸6通过第一基准管片5顶推隧道管片环19，使得支撑油缸6对隧道管片环19的支撑更加便捷和稳定。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种盾构机始发装置，所述加固地基15上设置有底部支架11，底部支架11的前方设置有第二基准管片18，底部支架11用于对第二基准管片18进行支撑。如图2所示，第二基准管片18与第一基准管片5拼装后为基准管片环，基准管片环的前侧面设置有推进油缸安装座10，支撑油缸6通过基准管片环顶推隧道管片环19。基准管片环不仅在截面上形成了一个完成的支撑基准环，而且在周向上各块基准管片彼此连接、相互约束，使得提供推进反力的支撑基础更加稳定可靠。

进一步地，所述底部支架11包括连接在加固地基15上的两组竖梁，两组竖梁包括挡在第二基准管片18最低处后方的底梁17及挡在第二基准管片18两侧的侧梁20，通过底梁17和侧梁20完成对第二基准管片18的约束和限位；底梁17的顶面不超过第二基准管片18的顶面，避免影响后配套拖车的通行。

本实施例的其他结构与实施例1或2相同。

实施例4，一种盾构机始发装置，所述支撑油缸6连接有压力传感器，压力传感器与上位机相连。上位机可通过压力传感器动态监测隧道管片环19或基准管片环的受力分布情况，如有推力异常，上位机自动进行动态调整。

本实施例的其他结构与实施例1或2或3相同。

实施例5，一种盾构机始发装置的始发方法，包括以下步骤：

步骤一：盾构机站内空推，盾构机2的管片拼装机4在始发导洞12的洞口后方铺设通用管片13，铺设后的通用管片13形成弧形底拱，盾构机2依靠主机底部的推进油缸3顶推弧形底拱前进，盾构机2的后配套拖车8随主机在弧形底拱上同步前进，前进一个通用管片13的环宽后推进油缸3收回，管片拼装机4继续拼装下一片通用管片13，循环往复实现对盾构机的站内空推；

步骤二：盾构机穿支架，当盾构机2从站内进入始发导洞12前，如图6所示，将支架7上的支撑油缸6围绕铰接端折叠在洞壁上，通过步骤一中所述的方法继续向前空推盾构机2使其前部逐渐穿过支架7进入始发导洞12，当盾构机2前进至推进油缸3位于支架7的前侧时，管片拼装机4在始发导洞12内拼装整环的通用管片13形成隧道管片环19，使支撑油缸6顶接在隧道管片环19的后侧，使推进油缸3顶接在隧道管片环19的前侧推进盾构机2前进；

步骤三：盾构机尾部密封，盾构机2向前推进至尾盾离开支架7后，采用湿喷注浆或密封垫密封的方式在始发导洞12洞口的隧道管片环19周围封堵形成一道密封环16，然后通过盾构机2的正常盾尾注浆功能实现管片拼装后的外部空间注浆封填，开始盾构机2的正常掘进施工操作流程。

本实施例的结构与实施例4相同。

实施例6，一种盾构机始发装置的始发方法，所述步骤二中的管片拼装机4在拼装隧道管片环19前，先拼装第一基准管片5和第二基准管片18形成基准管片环，将支撑油缸6的自由端铰接在基准管片环的后侧，推进油缸3顶接在基准管片环的前侧推进盾构机2前进，然后在再拼装隧道管片环19。

本实施例的结构与实施例4相同。

本实施例的其他方法步骤与实施例5相同。

实施例7，一种盾构机始发装置的始发方法，由于通用管片13是标准件，当通用管片13拼装的弧形底拱的前端口与第二基准管片18的拼装位置发生干涉时，选择不拼装第二基准管片18而将通用管片13拼装在第一基准管片5之间。

或者如图5所示，当若继续拼装通用管片13则弧形底拱的前端口与第二基准管片18的拼装位置发生干涉时，选择不继续拼装通用管片13来延长弧形底拱，而采用临时支撑件14安装在推进油缸3和通用管片13之间，当盾构机2前进至推进油缸3与支架7之间能够安装第二基准管片18且不会与将要延长的弧形底拱干涉后，撤去临时支撑件14继续拼装通用管片13来延长弧形底拱，然后在弧形底拱的前端拼装第一基准管片5和第二基准管片18。

本实施例的结构与实施例4相同。

本实施例的其他方法步骤与实施例5或6相同。

实施例8，一种盾构机始发装置的始发方法，所述步骤二中的推进油缸3在顶推隧道管片环19或基准管片环前，上位机根据隧道曲线自动控制各个支撑油缸6的伸长量来调整隧道管片环19或基准管片环的位置和角度，上位机通过压力传感器动态监测隧道管片环19或基准管片环的受力分布情况，如有推力异常，上位机自动进行动态调整。

本实施例的结构与实施例4相同。

本实施例的其他方法步骤与实施例7相同。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种盾构机始发装置，其特征在于：包括设置在始发导洞（12）的洞口后方的支架（7），盾构机（2）从支架（7）所围绕的空间内穿行，支架（7）连接有用于顶推隧道管片环（19）的支撑油缸（6），支架（7）下方的地面上设置有与盾构机（2）的顶推油缸（3）顶接配合的通用管片（13）；

所述支撑油缸（6）的一端与支架（7）铰接、另一端铰接有第一基准管片（5），支撑油缸（6）通过第一基准管片（5）顶推隧道管片环（19）。

2.根据权利要求1所述的盾构机始发装置，其特征在于：所述支架（7）预埋在始发导洞（12）的洞口后方。

3.根据权利要求2所述的盾构机始发装置，其特征在于：所述支架（7）为环形或门形，所述支撑油缸（6）设置有若干个且沿支架（7）的周向间隔设置。

4.根据权利要求3所述的盾构机始发装置，其特征在于：所述支架（7）包括至少两个周向梁（71），周向梁（71）之间上设置有纵向梁（72），所述支撑油缸（6）铰接在周向梁（71）上或纵向梁（72）上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的盾构机始发装置，其特征在于：地面上设置有底部支架（11），底部支架（11）的前方设置有第二基准管片（18），第二基准管片（18）与第一基准管片（5）拼装后为基准管片环，支撑油缸（6）通过基准管片环顶推隧道管片环（19）。

6.根据权利要求5所述的盾构机始发装置，其特征在于：所述底部支架（11）包括连接在加固地基（15）上的两组竖梁，两组竖梁包括挡在第二基准管片（18）最低处后方的底梁（17）及挡在第二基准管片（18）两侧的侧梁（20），底梁（17）的顶面不超过第二基准管片（18）的顶面。

7.根据权利要求1-4、6任一项所述的盾构机始发装置，其特征在于：所述支撑油缸（6）连接有压力传感器，压力传感器与上位机相连。

8.根据权利要求7所述的盾构机始发装置的始发方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：盾构机站内空推，盾构机（2）的管片拼装机（4）在始发导洞（12）的洞口后方铺设通用管片（13），铺设后的通用管片（13）形成弧形底拱，盾构机（2）依靠主机底部的推进油缸（3）顶推弧形底拱前进，盾构机（2）的后配套拖车（8）随主机在弧形底拱上同步前进，前进一个通用管片（13）的环宽后推进油缸（3）收回，管片拼装机（4）继续拼装下一片通用管片（13），循环往复实现对盾构机的站内空推；

步骤二：盾构机穿越支架，当盾构机（2）从站内进入始发导洞（12）前，将支架（7）上的支撑油缸（6）围绕铰接端折叠在洞壁上，通过步骤一中所述的方法继续向前空推盾构机（2）使其前部逐渐穿过支架（7）进入始发导洞（12），当盾构机（2）前进至推进油缸（3）位于支架（7）的前侧时，管片拼装机（4）在始发导洞（12）内拼装整环的通用管片（13）形成隧道管片环（19），使支撑油缸（6）顶接在隧道管片环（19）的后侧，使推进油缸（3）顶接在隧道管片环（19）的前侧推进盾构机（2）前进；

步骤三：盾构机尾部密封，盾构机（2）向前推进至尾盾离开支架（7）后，采用湿喷注浆或密封垫密封的方式在始发导洞（12）洞口的隧道管片环（19）周围封堵形成一道密封环（16），然后通过盾构机（2）的正常盾尾注浆功能实现管片拼装后的外部空间注浆封填，开始盾构机（2）的正常掘进施工操作流程。

9.根据权利要求8所述的盾构机始发装置的始发方法，其特征在于：所述步骤二中的管片拼装机（4）在拼装隧道管片环（19）前，先拼装第一基准管片（5）和第二基准管片（18）形成基准管片环，将支撑油缸（6）的自由端铰接在基准管片环的后侧，推进油缸（3）顶接在基准管片环的前侧推进盾构机（2）前进，然后在再拼装隧道管片环（19）。

10.根据权利要求9所述的盾构机始发装置的始发方法，其特征在于：由于通用管片（13）是标准件，当通用管片（13）拼装的弧形底拱的前端口与第二基准管片（18）的拼装位置发生干涉时，选择不拼装第二基准管片（18）而将通用管片（13）拼装在第一基准管片（5）之间。

11.根据权利要求9所述的盾构机始发装置的始发方法，其特征在于：由于通用管片（13）是标准件，当若继续拼装通用管片（13）则弧形底拱的前端口与第二基准管片（18）的拼装位置发生干涉时，选择不继续拼装通用管片（13）来延长弧形底拱，而采用临时支撑件（14）安装在推进油缸（3）和通用管片（13）之间，当盾构机（2）前进至推进油缸（3）与支架（7）之间能够安装第二基准管片（18）且不会与将要延长的弧形底拱干涉后，撤去临时辅助支撑杆（14）继续拼装通用管片（13）来延长弧形底拱，然后在弧形底拱的前端拼装第一基准管片（5）和第二基准管片（18）。

12.根据权利要求8-11任一项所述的盾构机始发装置的始发方法，其特征在于：所述步骤二中的推进油缸（3）在顶推隧道管片环（19）或基准管片环前，上位机根据隧道曲线控制各个支撑油缸（6）的伸长量来调整隧道管片环（19）或基准管片环的位置和角度，上位机通过压力传感器动态监测隧道管片环（19）或基准管片环的受力分布情况，如有推力异常，上位机自动控制盾构机或者基准环油缸进行动态调整。

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