盾构法隧道施工中采用小曲线半径始发的盾构机的制作方法

本实用新型涉及盾构施工技术领域，尤其涉及一种盾构法隧道施工中采用小曲线半径始发的盾构机。

背景技术：

近年来，城市地铁工程快速发展，越来越多的人们选择地铁作为日常出行的交通工具。由于受到城市土地资源的限制，地铁站多建在地下。盾构工法的设想19世纪初产生于英国，至今已有200年的历史。盾构机经过不断改进，迅速发展，20世纪80年代中国引进第一台盾构机后，盾构施工成为我国城市地铁区间施工的主要工法，施工技术日趋成熟，盾构进出洞是盾构隧道施工过程中的关键环节，盾构机始发作为盾构区间施工重难点项目，而始发路径的选择将成为盾构机始发的重中之重。

目前，盾构法隧道施工正在向长距离、大直径、大埋深、复杂断面和高度自动化方向发展。我国自20世纪60年代开始引进、利用盾构法修建城市地铁隧道，虽然起步晚，但发展很快。随着地下空间和城市地下快速交通系统的开发，我国盾构技术与盾构施工方法将得到更大、更快的发展。

目前我国盾构法隧道在复合地层始发中存在小半径圆曲线大半径竖曲线的情况少之又少，而土压平衡盾构机具有适应地层能力强、高度的信息智能化等特点与优势。通常在盾构机始发前，需确认盾构机的轴线与隧道轴线的重合程即盾构机姿态。

通常，盾构机在始发前需确认盾构机的轴线与隧道轴线的重合程度即盾构机姿态。小曲线半径始发在全国尚属少数，这为盾构掘进的始发提出了很高的技术要求，需要解决以下问题：

1、保盾构机的初始位置满足规范足设计要求，盾构机轴线竖向与横向偏离设计轴线≤±50mm。

2、确保盾构机始发掘进时的前10米范围不能主动修正姿态的条件下，盾构机轴线竖向与横向偏离设计轴线≤±50mm。

目前，现有技术的盾构法隧道施工中还没有一种有效地解决上述问题的小曲线半径始发方案。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供了一种盾构法隧道施工中采用小曲线半径始发的盾构机，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

一种盾构法隧道施工中采用小曲线半径始发的盾构机，所述盾构机的始发基座轴线和设计轴线不重合，所述盾构机的始发基座前点向设计轴线内侧预偏第一设定距离，始发基座后点向设计轴线外侧预偏第二设定距离。

进一步地，所述盾构机的反力架基准环的端面与始发托架的中轴线垂直，所述反力架基准环靠近洞门的表面中心定位于所述反力架基准环起点中心坐标处。

进一步地，所述盾构机的反力架分节安装，所述反力架与中板和底板的预埋件焊接固定。

进一步地，由钢立柱支撑、水平钢支撑、斜抛钢支撑组成的支撑体系加固所述盾构机的反力架。

进一步地，所述盾构机的负环管片为多环，所述负环管片拼装安装。

进一步地，所述盾构机的始发托架中线与所述盾构机的始发割线重合，所述始发托架的坡度与隧道设计坡度一致。

进一步地，利用预埋在始发托架梁上的钢板与始发托架进行焊接，并利用H型钢两边支撑始发托架，所述H型钢一端焊接在预埋在盾构井结构侧墙上的钢板，一端与始发托架固定连接。

进一步地，利用钢板调节始发托架的标高，盾构机与始发托架接触处焊接防侧滚块。

进一步地，所述第一设定距离为25mm，所述第二设定距离为25mm。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型的盾构机通过采用割线调线始发的线型，当掘进到多环时，实际测量数据显示管片最大平面偏差，最大竖向偏差都满足《盾构法隧道施工与验收规范》及设计要求。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种盾构机常规始发线型数据模拟图；

图2为本实用新型实施例提供的一种盾构法隧道施工中采用小曲线半径始发的盾构机优化始发线型及参数模拟图；

图3为本实用新型实施例提供的一种盾构法隧道施工中采用小曲线半径始发的盾构机的始发托架的平面结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

本实用新型实施例以复合底层区间为准进行盾构机小半径圆曲线，大坡度纵坡始发进行研究。

比如，成都地铁警官学院站～二江寺站盾构区间(以下简称警二区间)设计里程：YDK40+729.404～YDK 41+88 5.000，右线长1155.596m，ZDK40+729.404～ZDK41+884.119，左线长1154.715m，线间距14.7～15.2m，线路最小曲线半径为800m，最大纵坡为29‰，最小纵坡为2‰的“V”字型纵坡，结构最小覆土埋深约6.163m，最大覆土埋深约18.04m。中间设1处联络通道。由于受既有建筑的制约，线路纵坡与平面曲线半径均达到设计极限，没有调线的余地，左右线始发起始段均为曲线。

工程地质条件为：本段线路场地位于岷江水系江安河一级阶地。根据钻孔揭示，场地范围地层为上覆第四系人工填土层(Q4ml)；其下为第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、卵石层，下伏基岩为白垩系上统灌口组(K2g)泥岩。

水文地质条件为：地下水：本区间位于岷江水系Ⅰ级阶地，沿线上覆第四系全新统人工填土(Q4ml)；粘性土；粉土及砂土；其下含大粒径、高强度漂石卵石土；下伏基岩为白垩系上统灌口组(K2g)泥岩，属膨胀岩。

地下水主要赋存于全新统(Q4)、全新统(Q4)的砂、卵石和上更新统(Q3)的砂、卵石土中，水量极其丰富，含水层有效厚度一般4.5～50m，为孔隙潜水。区间出双华路站后，沿元华路，在路东侧绿化带下方向南铺设，下穿江安河、人行天桥、华板路后进入二江寺站。

区间隧道主要走行于2-5层卵石土与5-2层强风化泥岩，上覆2-3层粉质黏土、3-1层黏土与1-1层填土。盾构分界里程处覆土厚度9.932m、6.469m，泵房兼联络通道处覆土厚度15.869m，联络通道处覆土厚度14.352m。

盾构机参数如下表1：

表1盾构机参数表

盾构始发段，包括盾构始发井处于R＝800m的小半径圆曲线段，而由于始发时条件的制约，盾构始发基座、负环管片、反力架均难以布置成相应的曲线状，使得盾构始发时在盾体出基座前只能沿直线推进，并且在盾体全部进入土层之前盾构机方向只能沿始发方向前进不能调整，轴线偏差控制较为困难，如果按常规方法始发，在盾构机姿态能主动调整之前，盾构机姿态已偏离设计轴线77mm，超过设计要求的竖向与横向偏离设计轴线≤±50mm的要求。按照地铁公司相关管理规定，构成黄色预警，需进行停工分析。因此，始发路径的合理选择是盾构小半径圆曲线始发能否成功的关键所在。

盾构机常规始发线型数据模拟：盾构机常规始发通常是将盾构机始发基座安装在设计轴线位置，让盾体轴线与隧道设计轴线一致进行始发，在直线与大半径线路工况下这种始发条件具有始发基座安装简便，始发掘进姿态可控等优点。图1为本实用新型实施例提供的一种盾构机常规始发线型数据模拟图：本区间按照常规方法始发，在盾构机姿态能主动调整之前，盾构机姿态已偏离设计轴线77mm。

为了解决上面的问题，本实用新型实施例采用盾构机优化始发线型及参数模拟，图2为本实用新型实施例提供的一种盾构机优化始发线型及参数模拟图，盾构机始发采用割线调线始发的线型，考虑到最好的拟合隧道线路及管片排版情况，采用如下参数：

警二区间始发段线型特点(小半径曲线R800圆曲线，R5000竖曲线)，根据线路拟合结果，采取割线调线始发，即始发基座前点向设计轴线内侧预偏第一设定距离(比如25mm)，始发基座后点向设计轴线外侧预偏第二设定距离(比如25mm)，由于盾体在未全部进入土体之前无法转向，只能沿直线形式进洞，按照此方法盾构机进入土体10米时轴线水平偏离设计轴线10mm，满足设计≤±50mm的要求。割线调线始发具有在盾体全部进入土体后盾构姿态偏差最小、管片不侵限、盾构纠偏容易等优点。

始发负环管片拼装

1：反力架定位

(1)利用垂线和经纬仪测量反力架基准环的垂直度，并使反力架基准环的端面与始发托架的中轴线垂直。

(2)根据始发管片排版，反力架基准环靠近洞门的表面中心精确定位于反力架基准环起点中心坐标处。

2：反力架安装

反力架和基准环定位好以后，分节安装反力架部件，利用垂线和经纬仪测量调整基准环的平整度，使基准环与始发托架水平轴垂直。调整好后将反力架与中板和底板的预埋件焊接固定。

3：反力架加固

为使盾构机始发不至于推力过大使反力架破坏和变形，造成始发失败，必须对安装好的反力架由钢立柱支撑、水平钢支撑、斜抛钢支撑组成的支撑体系加固反力架，使其有一定的强度和刚度及稳定性，使其满足工程安全需求又符合盾构机始发所需要的施工空间。防止不至于推力过大使反力架破坏和变形，造成始发失败，主体结构强度能够满足始发掘进所的最大推力，反力架有一定的强度和刚度及稳定性。

综上所述此反力架能够满足工程安全需求又符合盾构机始发所需要的施工空间。

4、负环拼装

盾构始发前需进行管片拼装，负环管片共7环。推进时，始发推力在1000T左右，千斤顶的推力缓慢增加，盾构机共有22个油缸，管片在后移过程中，严格控制每组推进油缸的行程，保证每组油缸的行程差小于10mm。

始发托架安装

图3为本实用新型实施例提供的一种始发托架的平面结构示意图。始发托架中线与始发模拟方案盾构始发割线重合，坡度与隧道设计坡度一致，为防止进洞后栽头整体比设计抬高25mm。

盾构始发前对始发托架两侧进行加固。利用预埋在始发托架梁上的钢板与始发托架进行焊接，并利用H型钢两边支撑保证左右稳定，支撑采用H型钢，H型钢一端焊接在预埋在盾构井结构侧墙上的钢板，一端与始发托架固定连接，保证左右支撑稳定。并用垫薄钢板调节始发托架的标高，达到要求的位置；

盾构机与始发托架接触处焊接防侧滚块(防扭转牛腿)，以防止盾构始发阶段由于盾构机刀盘受到土体的反力而发生盾体的滚动，以及进洞后转弯所造成的横向分力。

通过对警官学院～二江寺盾构区间小半径曲线始发技术的研究，及时总结施工参数，盾构始发掘进的各项指标均处于受控范围内。由于采用割线调线始发的方案，盾构机的始发基座轴线和设计轴线不重合，在始发托架上，盾构机的前点偏离设计线内侧25mm，后点偏离设计线外侧25mm，在进洞10m后(盾体全部进入土体)才能开始调整盾构机姿态，当掘进到30环时，项目部测量队与第三方测量单位均复测了前20环每一环的管片姿态，数据显示管片最大平面偏差为35mm，最大竖向偏差为-22mm，满足《盾构法隧道施工与验收规范》及设计要求的地铁成型隧道轴线平面位置和高程允许偏差均为小于±50mm的要求。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。