[發(fā)明專利]一種基于鋼套筒的大直徑土壓平衡盾構(gòu)機的始發(fā)工藝

有效

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• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113006807B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳杰平;莊官勝;王玉亮;盧毅;念冬;鄭伯發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 中交第三航務(wù)工程局有限公司;中交三航局第六工程（廈門）有限公司;中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D9/087;E21D9/14;E21D11/08;E02D5/46
• 代理公司: 上海灣谷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31289
• 代理人: 肖進

1.一種基于鋼套筒的大直徑土壓平衡盾構(gòu)機的始發(fā)工藝，所述盾構(gòu)機的前盾分為上半塊、驅(qū)動部件和下半塊，盾構(gòu)機的中盾和盾尾均沿圓周方向分成一個底部塊、左側(cè)塊和右側(cè)塊；所述中盾的底部塊的弧度為132.632°，中盾的左側(cè)塊的弧度為132.631°，且中盾的左側(cè)塊與右側(cè)塊的分界線位于盾構(gòu)機的垂直中心線的右側(cè)28.421°，中盾的右側(cè)塊的弧度為94.7370°；所述盾尾的底部塊的弧度為134°，盾尾的左側(cè)塊和右側(cè)塊的弧度均為113°，且盾尾的左側(cè)塊右側(cè)塊的分界線與盾構(gòu)機的垂直中心線重合；所述鋼套筒包括自前至后依次拼接的過渡環(huán)、第一至第四標準環(huán)、始發(fā)環(huán)和反力架，還包括安裝在始發(fā)環(huán)內(nèi)的基準環(huán)；所述第一至第四標準環(huán)的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同；所述基準環(huán)的長度比始發(fā)環(huán)的長度長30mm，基準環(huán)的外壁上沿圓周開設(shè)密封槽，密封槽內(nèi)嵌設(shè)置密封條，將基準環(huán)插入始發(fā)環(huán)的內(nèi)腔中，始發(fā)環(huán)的內(nèi)壁與突出密封槽的密封條可移動地密封接觸，使基準環(huán)能相對始發(fā)環(huán)移動；所述過渡環(huán)的前端為圓環(huán)，后端設(shè)有法蘭面板；所述第一至第四標準環(huán)的兩端均設(shè)有法蘭面板；所述始發(fā)環(huán)的前端設(shè)有法蘭面板，后端為圓環(huán)；所述過渡環(huán)、第一至第四標準環(huán)、始發(fā)環(huán)和基準環(huán)均沿圓周方向分成底部塊、左腰塊、右腰塊和頂部塊；所述過渡環(huán)和第一至第四標準環(huán)的底部塊的弧度均為100°，第一至第四標準環(huán)的底部塊的底部均固定有定位基座；所述過渡環(huán)和第一至第四標準環(huán)的左腰塊和右腰塊的弧度均為90°，所述過渡環(huán)和第一至第四標準環(huán)的頂部塊的弧度均為80°；所述始發(fā)環(huán)和基準環(huán)的底部塊的弧度均為120°，所述始發(fā)環(huán)和基準環(huán)的左腰塊、右腰塊和頂部塊的弧度均為80°；所述反力架包括下橫梁、兩根立柱、上橫梁和后支撐；所述下橫梁包括兩根立柱底座、一根跨接在兩根立柱底座之間的下橫梁本體和兩根連接在下橫梁本體的兩頭頂面上的下斜撐梁；兩根立柱一一對應地連接在兩根立柱底座的頂面上，兩根立柱的下部內(nèi)側(cè)面一一對應地與兩根下斜撐梁的頂部外側(cè)面連接；所述上橫梁包括跨接在兩根立柱的上部之間的上橫梁本體和兩根一一對應地連接在上橫梁本體的兩頭底面與兩根立柱的上部內(nèi)側(cè)面之間的上斜撐梁；所述后支撐包括兩個立柱后支撐、下橫梁后支撐和上橫梁后支撐；一個立柱后支撐由自上而下的一根立柱上橫撐鋼管、三根與水平夾角均為36.43°的斜支撐鋼管和一根立柱下橫撐鋼管構(gòu)成；所述立柱上橫撐鋼管的后端固定在始發(fā)井的中板上；三根斜支撐鋼管的底部與始發(fā)平臺的鋼板植筋固定鋼板焊接，所述立柱下橫撐鋼管的后端固定在始發(fā)平臺的站臺板上；另一個立柱后支撐由五根立柱橫撐鋼管構(gòu)成，五根立柱橫撐鋼管的后端均固定在始發(fā)井的主體結(jié)構(gòu)梁上；所述下橫梁后支撐由三根下橫梁橫撐鋼管構(gòu)成，三根下橫梁橫撐鋼管平行地固定在始發(fā)平臺的站臺板上；所述上橫梁后直撐由三道上橫梁支撐構(gòu)成，每道上橫梁支撐由雙拼H型鋼構(gòu)成，三道上橫梁支撐均與水平夾角為14.25°，三道上橫梁支撐的后端均固定在始發(fā)井的中板上；

所述始發(fā)工藝包括以下流程：洞門加固、鋼套筒的底部大塊安裝、盾構(gòu)機下井組裝和調(diào)試、鋼套筒的上部大塊組裝、負環(huán)管片安裝和盾構(gòu)機始發(fā)；其特征在于，

進行洞門加固流程時，洞門加固區(qū)采用素砼墻+三軸攪拌樁+高壓旋噴樁加固；素砼墻的厚度為0.8m，素砼墻的深度為洞圈向下延伸5m；三軸攪拌樁的加固長度為5.2m；三軸攪拌樁包括強加固區(qū)和弱加固區(qū)，強加固區(qū)的加固寬度為洞圈兩側(cè)各延伸4m，加固深度為洞圈向上延伸4m，向下延伸4m；強加固區(qū)的水泥摻量為20％；弱加固區(qū)的范圍為強加固區(qū)的頂端至地面，弱加固區(qū)的水泥摻量為7％；高壓旋噴樁的加固深度為洞圈向下延伸4m；

進行鋼套筒的底部大塊安裝流程時，包括以下步驟：

(1)先在始發(fā)井的底部按設(shè)計標高澆筑混凝土始發(fā)平臺并在始發(fā)平臺上鋪設(shè)鋼板，接著在始發(fā)平臺的鋼板上確定鋼套筒的中心線，再將第一至第四標準環(huán)的底部塊依次吊裝到始發(fā)平臺的鋼板上，并將第二標準環(huán)的底部塊與第三標準環(huán)的底部塊之間以及第三標準環(huán)的底部塊與第四標準環(huán)的底部塊之間均通過法蘭螺栓連接；第一標準環(huán)的底部塊與第二標準環(huán)的底部塊之間先不連接，然后將過渡環(huán)的底部塊與第一標準環(huán)的底部塊的通過法蘭螺栓連接，形成鋼套筒的底部大塊；

(2)在鋼套筒的底部大塊的內(nèi)壁底部30°夾角邊位置和60°夾角邊位置各自鋪設(shè)兩根鋼軌；四根鋼軌均從第四標準環(huán)的后端鋪設(shè)至過渡環(huán)；

(3)依次將始發(fā)環(huán)的底部塊和反力架的下橫梁吊入井內(nèi)，接著將始發(fā)環(huán)的底部塊與第四標準環(huán)的底部塊通過法蘭螺栓連接，再將反力架的下橫梁靠在始發(fā)環(huán)的底部塊的后端，并將反力架的下橫梁固定在始發(fā)平臺的鋼板上；

(4)進行第一次填料，即在鋼套筒的底部大塊內(nèi)的四根鋼軌之間的內(nèi)壁上鋪設(shè)中粗砂并壓實，第一次填料的高度要高出四根鋼軌的頂面15mm；

進行盾構(gòu)機下井組裝和調(diào)試流程時，按以下順序組裝盾構(gòu)機：6號臺車至1號臺車依次下井→設(shè)備橋下井→螺旋輸送機下井→前盾的下半塊下井并吊在第一標準環(huán)的底部塊上→前盾的驅(qū)動部件下井與前盾的下半塊組裝→前盾的上半塊下井與前盾的驅(qū)動部件和前盾的下半塊組裝→中盾的底部塊和左、右側(cè)塊在地面組裝成整體后再翻身下井并吊在第二標準環(huán)的底部塊和第三標準環(huán)的底部塊上與前盾連接→通過千斤頂將第二至第四標準環(huán)的底部塊一起向前推，使第二標準環(huán)的底部塊與第一標準環(huán)的底部塊通過法蘭螺栓連接→盾構(gòu)刀盤下井安裝→盾尾的底部塊下井安裝→拼裝機下井安裝→螺旋輸送機安裝→盾尾的左、右側(cè)塊下井安裝→主機與臺車間連接安裝；

進行鋼套筒的上部大塊組裝流程時，包括以下步驟：

(1)先安裝過渡環(huán)的左腰塊和右腰塊以及第一至第四標準環(huán)的左腰塊和右腰塊，同時在基準環(huán)的底部塊的密封槽內(nèi)安裝好密封條，接著在始發(fā)環(huán)的底部塊上安裝基準環(huán)的底部塊，再安裝基準環(huán)的左腰塊和右腰塊，并將密封條分別嵌在基準環(huán)的左腰塊的密封槽內(nèi)和基準環(huán)的右腰塊的密封槽內(nèi)，然后安裝始發(fā)環(huán)的左腰塊和右腰塊；

(2)先安裝過渡環(huán)的頂部塊、第一至第四標準環(huán)的頂部塊和基準環(huán)的頂部塊，并將密封條嵌入基準環(huán)的頂部塊的密封槽內(nèi)，接著將密封條的接頭通過膠水連接成整圈，再安裝始發(fā)環(huán)的頂部塊；

(3)采用多塊弧形橋接鋼板沿圓周焊接在過渡環(huán)的外表面與洞門預埋鋼環(huán)的外表面之間；

(4)依次安裝反力架的兩根立柱和上橫梁；

(5)先在前盾的切口環(huán)與鋼套筒之間的縫隙用沙袋堆至鋼套筒的腰部，再用中粗砂在盾構(gòu)機的外壁與鋼套筒的內(nèi)壁之間進行第二次填料并加水密實，第二次填料至鋼套筒的腰部；

(6)安裝反力架的后支撐；

進行負環(huán)管片安裝流程時，共安裝八環(huán)負環(huán)管片，即安裝負7環(huán)管片至0環(huán)管片，按以下步驟安裝負環(huán)管片：

(1)安裝導軌：在盾尾的底部塊的內(nèi)壁面上焊接六道導軌，每道導軌由三根圓鋼呈品字形疊加后焊接而成，六道導軌均從距第一道盾尾刷的環(huán)箍100mm處向盾構(gòu)刀盤方向設(shè)置；

(2)拼裝兩塊落底塊B2、B3：兩塊落底塊B2、B3的交界處與隧道d鉛垂中線重合；

(3)拼裝兩塊標準塊B1、B4：標準塊B1安裝在落底塊B2的左側(cè)，標準塊B4安裝在落底塊B3的右側(cè)；管片安裝到位后及時伸出相應位置的推進千斤頂?shù)膿窝ス潭ü芷?/p>

(4)拼裝兩塊鄰接塊L1、L2及封頂塊F：拼裝兩塊鄰接塊L1、L2時，在兩塊鄰接塊L1、L2的上部各自用三塊L型鋼板掛鉤焊接在盾殼上，通過六塊L型鋼板掛鉤將兩塊鄰接塊L1、L2抬升10mm，以便封頂塊F插入，待封頂塊F就位后再割除六塊L型鋼板掛鉤；

(5)盾構(gòu)機不需向前推進，負7環(huán)管片未頂在基準環(huán)上，安裝負6環(huán)管片；

(6)盾構(gòu)機用拼裝模式將負7環(huán)管片和負6環(huán)管片一起向后頂推，直至負7環(huán)管片頂在基準環(huán)上，再安裝負5環(huán)管片；

(7)通過開設(shè)在過渡環(huán)的左腰塊下部和右腰塊下部的人孔進入鋼套筒內(nèi)進行洞門破除，并將破除的渣土和鋼筋從人孔中運出，待洞門破除完畢，將人孔封閉；

(8)盾構(gòu)機向前推進至盾構(gòu)刀盤的面板貼近洞門掌子面但不切削掌子面；

(9)用惰性漿液通過開設(shè)在第一至第四標準環(huán)頂部的注入口對盾構(gòu)機的外壁與鋼套筒的內(nèi)壁之間進行第三次填料；

(10)進行鋼套筒壓力測試；

(11)盾構(gòu)刀盤開始切削洞門掌子面，開始負4環(huán)管片的拼裝，同時對負7環(huán)管片的注漿孔和負6環(huán)管片的注漿孔進行壁后注漿，注漿材料采用惰性漿液，使管片后面形成一道密封防滲環(huán)；

(12)盾構(gòu)機繼續(xù)推進設(shè)定距離至盾構(gòu)刀盤進入洞門加固區(qū)，并在洞門加固區(qū)內(nèi)掘進設(shè)定距離后，開始負3環(huán)管片的拼裝；

(13)盾構(gòu)機在洞門加固區(qū)內(nèi)繼續(xù)推進，依次拼裝負2環(huán)管片和負1環(huán)管片；

(14)盾構(gòu)刀盤穿過洞門加固區(qū)，繼續(xù)推進設(shè)定距離后，拼裝0環(huán)管片；

進行盾構(gòu)機始發(fā)流程時，始發(fā)開始盾構(gòu)機的中心土倉壓力為1.0～1.15bar，盾構(gòu)出洞門加固區(qū)后中心土倉壓力提升至1.0～1.2bar，始發(fā)開始盾構(gòu)的掘進速度為10～30mm/min，盾構(gòu)推力不大于1000t；盾構(gòu)出洞門加固區(qū)后，掘進速度逐步提高到20～45mm/min；在軟土段的掘進速度為30～50mm/min；在上軟下硬地層的掘進速度≤25mm/min；當盾構(gòu)機全部進入隧道內(nèi)，開始拆除鋼套筒、反力架和負環(huán)管片。