盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法与流程

1.本发明涉及隧道建设技术领域，具体涉及一种盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法。


背景技术：

2.随着城市化进程的迅猛推进，城市轨道交通建设如火如荼。盾构工法由于非常适合城市隧道的构筑，在城市地铁隧道施工技术中确立了统治地位。近年来盾构技术得以很好地应用与发展，盾构始发、到达、过站等技术日趋成熟，但是盾构空推通过结构完成施做的空间狭小的暗挖隧道，并在暗挖隧道内实现二次始发的技术还不成熟。
3.受暗挖隧道空间狭小的影响，大型施工设备无法进场，盾构过竖井始发所需的负环管片拼装和拆除的施工风险较大，工序转换较慢，且容易增加成本和延长工期；同时空推过程盾构机受力情况比较复杂，尤其是容易出现偏压情况导致主轴承受损；始发过程反力装置受力变形情况的监测手段单一，现场作业空间受限，容易对个别关键部位监测作业的开展造成困难，信息反馈不及时，给盾构空推前进、反力架搭设、负环管片拆除带来极大风险与挑战。如何在保证安全前提下，高效顺利实现盾构空推步进以及盾构二次始发，是急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，以解决现今很多工程因竖井的狭小空间中无法安排大型设备进场和材料转运，导致二次始发难度大，反力架安装拆除、人工监测数据反馈效率有限及监测作业等施工风险增大的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：设计一种盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，包括以下步骤：（1）混凝土导台施工及暗挖空推全断面复合，依次进行导台施工、校核导台中线、处理初期支护断面侵陷部分、暗挖隧道及竖井导台欠挖位置凿除、铺设轨道；（2） 盾构机吊装及设置管片水平运输装置，依次实施盾构机后配套和主机吊装作业、在始发井右侧铺设门子架及钢板、横向铺设两列轨道并在其上设置管片平移小车；（3）安装反力装置，该步骤依次包括：在反力架两侧斜撑采用h型钢支撑、底部纵向水平支撑之间用型钢支撑在底板上、底部反力架安装、两侧反力架安装、上部两侧反力架及顶部反力架安装；（4）刀盘与土仓间焊接支顶措施：刀盘依靠主轴承与主机连接，在刀盘推进至固定位置后，在刀盘底部与土仓隔板之间焊接型钢支顶；（5）自动化监测：采用自动化监测加人工复核的手段对始发反力架水平支撑与斜撑连接位置，以及斜撑末端的位移情况，对始发过程反力架各个关键部位的变形情况进行实时监测；（6）豆砾石堆放：一部分堆放到刀盘前方的中心刀以上，另一部分洞内的豆砾石向
两边堆放；（7）盾构空推参数控制：前期空推施工推力≤500t；（8）盾构过竖井负环管片定位；（9）负环管片拼装：管片中用型钢支撑代替，采取错缝拼装以防止管片失圆，采用拉结支撑防止管片脱出盾尾向两侧偏移；（10）二次始发推进，该步骤依次包括：清理洞口渣土、临时密封装置的安装、调整掘进姿态、洞门封堵注浆、管片推进。
6.优选的，在步骤（2）中，所述横向铺设的轨道间距为700~800mm。
7.优选的，在步骤（3）中，所述h型钢与反力架成40
°
~55
°
设置。
8.优选的，在步骤（4）中，所述支顶分别在刀盘的4点、6点及8点位置焊接100mm型钢进行支顶。
9.优选的，在步骤（9）中，所述负环管片中l2和k块用型钢支撑代替，所述拉结支撑在分别在管片内的11点、1点、4点及8点方向位置利用40mm方钢进行管片拉结。
10.优选的，在步骤（10）中，所述洞门封堵注浆包括盾尾注浆同步注浆和洞内二次补强注浆模式注双液注浆。
11.与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：1.本发明用水平的管片运输装置，减少了管片吊装所造成的管片破损，同时加快了管片运输，节省了施工时间。
12.2.本发明反力架两侧斜撑选择采用h型钢支撑，与反力架成 40
°
～55
°
设置，底部纵向水平支撑之间用型钢支撑在底板上，底部反力架安装加固完成两侧反力架安装必须与底部焊接牢固，依次安装上部两侧及顶部反力架，形成整体。有效避免了因反力架因底部受力过大引起位移超限，导致反力架变形失稳风险。
13.3.本发明可以对始发反力架水平支撑与斜撑连接位置，以及斜撑末端的位移情况进行实时监测。一方面减少了人工测量的风险，同时也达到了实时监测的目的，确保了施工安全可控。
附图说明
14.图1为本发明实施例中项目施工过程中横向轨道安设示意图。
15.图2为本发明实施例中项目施工过程中型钢支顶示意图。
16.图3为本发明实施例中项目施工过程中负环管片拼装环数示意图。
17.图4为本发明实施例中项目施工过程中管片内部拉结示意图。
18.图5为本发明实施例中项目施工过程中盾构空推剖面示意图。
19.以上各图中，1为边轨线，2为中轨线，3为线路中心线，4为横向轨道，5为管片运送小车，6为刀盘面板，7为暗挖隧道初支护面，8为100mm型钢，9为1#竖井，10为2#竖井，11为豆砾石，12为方钢。
具体实施方式
20.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。
21.在本发明技术方案的描述中，需要理解的是，如涉及术语“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。
22.实施例：广州地铁十三号线二期工程（梅花区间）盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，参见图1-5 ，具体包括以下步骤：（1）混凝土导台施工及暗挖空推全断面复核盾构机下井前完成导台施工，并对隧道及导台进行全断面检查，校核导台中线，处理初期支护断面侵限部分，对暗挖隧道和2#竖井导台欠挖位置进行凿除，然后铺设轨道，确保空推步进顺利。
23.（2）设置管片水平运输装置在井下设置管片水平运输装置，即在始发井右侧铺设门子架及钢板与始发门子架形成一个整体，铺设两列横向轨道4，轨道间距为700~800mm，横向轨道4位于变轨下方，在中轨与变轨需要提前支垫预留足够下部净空，采用横向输入管片。盾构机右侧采用门字架上面铺钢板形式，形成管片安放平台，平台上面铺设等间距钢轨作为管片侧向运输轨道，轨道上面采用管片运送小车5+电葫芦达到运输管片的目的。
24.（3）安装反力装置及采用自动化监测反力架两侧斜撑选择采用h型钢支撑，与反力架成 40
°
~55
°
设置，底部纵向水平支撑之间用型钢支撑在底板上。反力架吊运分为上下两部分，用电葫芦将底部反力架下放至导台预留槽中，将底块调整至设计位置，测量复核位置，然后加焊加固。底部反力架安装加固完成两侧反力架安装必须与底部焊接牢固，依次安装上部两侧及顶部反力架，形成整体。考虑到实际掘进过程中存在不均匀受力的情况，为确保及时掌握始发过程反力架各个关键部位的变形情况，采用自动化监测+人工复核的手段对始发反力架水平支撑与斜撑连接位置，以及斜撑末端的位移情况，及时进行监测数据采集、整理和分析工作，优化监测工作的准确性和高效性；采用电阻应变测量法对盾构始发反力架的各主要构件的应力进行实时监测。反力架的上下横梁和左右立柱为弯曲变形，其表面应力可近似看做单向应力状态，各支撑杆沿轴向也可近似为单向应力状态，按单项应力状态来设计贴片测量。采用电阻值为350ω的温度自补偿电阻应变片，每个测点纵横粘贴4个应变片组成全桥电路进行测量。
25.（4）刀盘与土仓间焊接支顶措施空推施工过程中刀盘依靠主轴承与主机连接，在刀盘推进至固定位置后，在刀盘底部与土仓隔板之间焊接100mm型钢支顶，具体布置在刀盘4点、6点、8点位置。
26.（5）豆砾石的堆放盾构机在隧道空推时，由于前方阻力很小，需对盾体及管片周围喷射豆砾石11，以便增大摩擦阻力，增加推力，挤紧管片止水胶条。豆砾石11二次堆放分为两部分：一部分刀盘前方堆放到中心刀以上（增大摩擦阻力用），另一部分把原来倒运到洞内的豆砾石11向两边堆放。每米所需豆砾约5.2方，考虑到现场实际施工每米按照3.12m
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考虑，60m暗挖隧道共需豆砾石约187.2m
³
。必须保证前方豆砾石堆放至中心刀位置以上以保证足够的反力。
27.（6）盾构空推参数控制根据刀盘与导向平台之间的关系，调整各组推进液压缸的行程，使盾构姿态沿设
计线路方向推进。前期空推施工时推力暂定不大于500t，如要超过500t必须上报技术负责人进行申请，严禁私自增加推力。下部液压缸压力略大于上部液压缸压力。
28.（7）盾构过竖井负环管片定位掘进施工过2#竖井10共需拼装6环负环管片（40~45环），为了节约成本40~45环使用第一次右线始发所用负环管片。负环管片的螺栓与防水材料：管片只粘贴丁腈软木橡胶板（纵缝）和软木衬垫（环缝），不粘贴止水条和自粘性橡胶薄片，管片连接螺栓也不需加遇水膨胀橡胶圈，从0环开始必须正常使用防水材料。
29.（8）负环管片拼装，并采用错缝拼接+拉结支撑所述负环管片由b1、b2、b3、l1、l2、k块组成，管片l2与k块用型钢支撑代替，采取错缝拼装以防止管片失圆。拉结支撑：在11点、1点、4点、8点四个点位利用方钢12进行管片拉结，防止管片脱出盾尾向两侧偏移。顶部支撑：为防止管片上浮，对整环管片用钢丝绳进行捆绑并固定于竖井混凝土底板内（混凝土底板植筋预埋吊环）。
30.（9）二次始发推进盾构正式始发之前，清理完洞口的渣土，完成洞口密封固定板、折叶压板及洞门帘布橡胶板等临时密封装置的安装。盾构机进入土体前根据盾构机在吊装井内的实际姿态，由测量组给出掘进方向，按照给定姿态调整盾构机方向，掘进时尽量保持该姿态平稳。针对洞门封堵注浆采用两种方式：第一种方式为盾尾注浆同步注浆，同步注浆采用双液浆，在盾尾通过帘布橡胶板后，开始同步注浆，拟定洞门延长钢环至钻孔灌注桩段注浆量为8m
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。如果洞门帘布橡胶板密封性能良好，漏浆较少，则直接采用此方法注浆；如洞门密封不佳，可使用棉纱等对缝隙进行填塞，采用洞内二次补强注浆模式注双液注浆。第一环负环管片在向后推进时，注意控制推进油缸行程，尽量使所有推进油缸的行程保持一致。在管片推进完成之后，将管片与反力架之间的空隙用钢板楔实。
31.本发明采用水平运输装置，减少了管片吊装所造成的管片破损，同时加快了管片运输，节省了施工时间。另外通过自动化监测的监测手段对始发反力架水平支撑与斜撑连接位置，以及斜撑末端的位移情况进行实时监测。一方面减少了人工测量的风险，同时也达到了实时监测的目的，确保了施工安全可控。本发明具有较大的推广意义，对于类似盾构连续空推过竖井并二次始发的项目同样可采用此项技术。
32.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。

技术特征：
1.一种盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）混凝土导台施工及暗挖空推全断面复合：依次进行导台施工、校核导台中线、处理初期支护断面侵陷部分、暗挖隧道及竖井导台欠挖位置凿除、铺设轨道；（2） 盾构机吊装及设置管片水平运输装置：依次实施盾构机后配套和主机吊装作业、在始发井右侧铺设门子架及钢板、横向铺设两列轨道并在其上设置管片平移小车；（3）安装反力装置：在反力架两侧斜撑采用型钢支撑、底部纵向水平支撑之间用型钢支撑在底板上、底部反力架安装、两侧反力架安装、上部两侧反力架及顶部反力架安装；（4）刀盘与土仓间焊接支顶：刀盘依靠主轴承与主机连接，在刀盘推进至固定位置后，在刀盘底部与土仓隔板之间焊接型钢支顶；（5）监测：采用传感器在线监测+人工复核的方法对反力架水平支撑与斜撑连接位置的变形情况进行实时监测，防止反力架变形导致始发过程中盾构设备受力不均匀；（6）豆砾石堆放：一部分堆放到刀盘前方的中心刀以上，另一部分洞内的豆砾石向两边堆放；（7）盾构空推参数控制：前期空推施工推力≤500t；（8）盾构过竖井负环管片定位；（9）负环管片拼装：管片中用型钢支撑代替，采取错缝拼装以防止管片失圆，采用拉结支撑防止管片脱出盾尾向两侧偏移；（10）二次始发推进：依次实施清理洞口渣土、临时密封装置的安装、调整掘进姿态、洞门封堵注浆、管片推进。2.根据权利要求1所述的盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述横向铺设的轨道间距为700～800mm。3.根据权利要求1所述的盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述型钢采用h型钢且其与反力架成40
°
～55
°
设置。4.根据权利要求1所述的盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述支顶分别在刀盘的4点、6点及8点位置焊接100mm型钢进行支顶。5.根据权利要求1所述的盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，其特征在于，在步骤（9）中，所述负环管片中l2和k块用型钢支撑代替，所述拉结支撑在分别在管片内的11点、1点、4点及8点方向位置利用40mm方钢进行管片拉结。6.根据权利要求1所述的盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，其特征在于，在步骤（10）中，所述洞门封堵注浆包括盾尾注浆同步注浆和洞内二次补强注浆模式注双液注浆。

技术总结
本发明公开了一种盾构连续空推过竖井并二次始发的施工方法，采用水平运输装置，另外通过自动化监测的监测手段对始发反力架水平支撑与斜撑连接位置，以及斜撑末端的位移情况进行实时监测；减少了人工测量的风险，同时也达到了实时监测的目的，确保了施工安全可控；旨在解决现今很多工程因竖井的狭小空间中无法安排大型设备进场和材料转运，导致二次始发难度大，反力架安装拆除、人工监测数据反馈效率有限及监测作业等施工风险增大的技术问题。率有限及监测作业等施工风险增大的技术问题。率有限及监测作业等施工风险增大的技术问题。


技术研发人员：岑焌壕 何列 何明 王俊辉 杜孟利 梁广胜 李家乐 刘倩倩 杨明 臧守才 唐赫 王鹏 吕鹏洲
受保护的技术使用者：中铁隧道股份有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/3/8