专利名称：一种敞开式硬岩掘进机在城市地铁施工中的弧底步进过站方法
技术领域：
本发明属于隧道和地下工程领域，涉及一种敞开式硬岩掘进机在城市地铁施工中的弧底步进过站方法。
背景技术：
随着敞开式硬岩掘进机在山岭隧道中的应用，步进施工技术得到了很好的发展，在山岭隧道施工中，目前普遍采用的是平底步进技术，平底步进技术主要技术要点为1、主机安放在专门设计的步进平底车上；2、后配套安装在专门设计的步进机架上；3、步进平底车和步进机架都放置在预先铺设的水平的混凝土路面上；4、平底步进技术中，主推进油缸推进主机前进时，由步进机架和混凝土路面的摩擦力提供反力。近期，国内采用了一种新的 硬岩掘进机步进技术，其采用的方案是油缸推进、弧形滑道步进方案，其方案要点是TBM步进采用弧形钢板支撑，刀盘放在弧形滑道上，弧形钢板上安装2组步进推力油缸，以弧形钢板和弧形滑道的摩擦力作为反作用力，推动弧形钢板带动刀盘总成前进，以I. 8米为I个步进行程，当刀盘前进I. 8米后，采用前举升油缸撑起刀盘，伸长后支撑油缸，收缩推力油缸带动后配套前行，以此来实现TBM的步进作业。该方法的示意见图I。
发明内容
本发明公开了一种敞开式硬岩掘进机在城市地铁施工中的弧底步进过站方法，用以敞开式硬岩掘进机在城市地铁施工中的步进过站。现在常用的步进施工技术，对底板的附加荷载都比较大，如果通过传统的步进技术步进通过上下重叠隧道或者车站的中板等比较薄弱部位，会对结构产生比较大的压力，施工的安全很难保证，为了应对此问题我们研发了一种新型的敞开式硬岩掘进机在城市地铁施工中的弧底步进过站方法，该方法可以大大减少步进过程中对结构的压力，提高步进的速度，提高步进的安全程度。从上下重叠隧道的上洞或车站中板上部步进通过的敞开式硬岩掘进机，步进通过的主要步骤为I)现场浇筑步进混凝土弧形底板和两侧混凝土步进平台；弧形底板的曲率半径要能够满足敞开式硬岩掘进机主机通过的要求；2)预埋步进导向轨及钢套管；在现场浇筑步进混凝土弧形底板时，在现场浇筑的步进混凝土弧形底板的弧形面上预埋步进导向轨；所述步进导向轨采用工字型钢，弧形面上预埋的所述步进导向轨沿所需通过的车站长度纵向设置；在现场浇筑的步进混凝土弧形底板的两侧浇筑混凝土步进平台；所述混凝土步进平台与步进混凝土弧形底板的高端位于同一平面上；在现场浇筑步进混凝土弧形底板两侧的步进平台时，在混凝土步进平台预埋钢套管；所述钢套管沿所需通过的车站长度纵向间隔设置；所述钢套管的外壁具有金属材质的锚固件，钢套管外壁的所述锚固件位于步进平台内，使所述钢套管与所述步进平台牢固结合；3)步进前的质量检查敞开式硬岩掘进机步进前的质量检查步进弧形底面轮廓进行确认复核，是否有侵入敞开式硬岩掘进机步进断面净空；始发洞断面是否有侵入敞开式硬岩掘进机步进断面净空，步进导轨间距及标高复查；检查步进弧面模拟敞开式硬岩掘进机轮廓用盘条制作弧形模具2个，检查钢轨 两侧及隧道底部混凝土是否进入敞开式硬岩掘进机轮廓净空，发现问题及时凿除整改；检查预埋套管按设计间距检查预埋钢套管的位置是否符合要求，检查预埋套管是否缺失或被堵塞，发现问题及时整改；检查步进机架检查步进机架的零部件是否齐全，提前准备好备用；4)安装步进机架使步进机架位于弧形底板上，步进机架的两端位于弧形底板两侧的混凝土步进平台上，在预埋钢套管中插入插销，使步进机架相对步进平台固定；4)步进准备导轨润滑步进前将敞开式硬岩掘进机导向轨涂抹黄油润滑，减小摩擦力，利于主机前行；撑靴和步进机架连接步进前，把敞开式硬岩掘进机的撑靴通过焊接的方式与已经就位并固定的步进机架进行焊接连接；取下敞开式硬岩掘进机刀盘上的所有刀具，减轻机器自重；5)敞开式硬岩掘进机步进作业①在安装固定好步进机架后，把敞开式硬岩掘进机的后支撑提起，敞开式硬岩掘进机上安装的主推进油缸推动敞开式硬岩掘进机的主机前行，此时，由固定在步进平台上的步进机架通过与步进机架焊接在一起的撑靴的传导为主机向前推进提供反力；主机向前行进一个行程；②当主机先前行进一个行程后，去掉固定步进机架的插销，敞开式硬岩掘进机的后支撑撑紧在底板上，提起步进机架；主推进油缸收回，带动撑靴和步进机架前移一个行程;③主推进油缸完全回位后，放下步进机架并通过插销与步进平台连接固定，由敞开式硬岩掘进机的后配套拖拉油缸开始拖拉后配套，后配套前进一个行程；④完成一个循环的步进，在此循环中，敞开式硬岩掘进机整体前进一个行程；然后准备下一循环。本发明方法可以大大减少步进过程中对结构的压力，提闻步进的速度，提闻步进的安全程度。原有步进方案是以弧形钢板和弧形滑道的摩擦力作为反作用力，推动弧形钢板带动刀盘总成前进；本发明是由固定在弧形步进底板上的步进机架提供反力。原有步进方案是把主机放在弧形钢板上进行步进；本发明是把主机直接放置在预埋在弧形步进底板里的导向轨道上进行步进。原有步进方案对步进底板的附加荷载较大,本发明可以减少附加荷载,通过车站中板或上下重叠隧道时更安全。
图I为常用的油缸推进、弧形滑道步进方案设计图。图2为本发明弧底步进不意3为图2的A-A剖面图。图4为图2的B-B剖面图。图5为图2的C-C剖面图。图6为本发明弧底步进过站工艺流程示意图。
图7为本发明弧形底板及两侧平台的示意图。图8为撑靴与步进机架连接示意图。图中，I、主机，2、主推进油缸，3、撑靴，4、步进机架，5、后支撑，6、预埋钢套管，7、预埋导向轨，8、护盾，9、步进混凝土弧形底板(位于中板上)，10、弧形底面，11、撑靴与步进机架焊接连接，12、步进机架与预埋钢套管连接插销，13、弧形钢板，14、举升油缸，15、步进油缸，16、推力油缸，17、滑行支撑架，18、仰拱吊机，19、后支撑，20、仰拱预制块，21、轨道延伸，22、后配套拖拉油缸。
具体实施例方式结合实施例给出的附图，对本发明加以说明I、敞开式硬岩掘进机弧底步进方案要点I)敞开式硬岩掘进机从车站中板(要步进通过的车站共分上下两层，中板为上下两层间的现浇钢筋混凝土板)步进通过，为了确保施工的安全，需要对中板进行预先加固，加固的方法为在车站的下层净空中，架设临时钢支撑。2)在上洞敞开式硬岩掘进机步进过站时，下洞敞开式硬岩掘进机原地等待，等上洞敞开式硬岩掘进机通过车站并拆除车站下层的临时钢支撑之后，下洞敞开式硬岩掘进机再过站。3)在车站两端，上下洞之间间距太小，上洞敞开式硬岩掘进机步进及在掘进期间的运输荷载对于下洞的结构安全存在较大影响，须对下洞初期支护进行加强并提前进行二次衬砌施工。上述结构和措施在现有敞开式硬岩掘进机弧底步进过站中已经采取。2、敞开式硬岩掘进机弧底步进步骤I)现场浇筑步进混凝土弧形底板9和两侧混凝土步进平台；弧形底板的曲率半径要能够满足敞开式硬岩掘进机主机通过的要求；弧形底板和两侧混凝土步进平台的示意图见图7。2)预埋步进导向轨及钢套管；在现场浇筑步进混凝土弧形底板时，在现场浇筑的步进混凝土弧形底板的弧形面上预埋导向轨7 ;所述预埋导向轨7采用工字型钢，弧形面上预埋的所述步进导向轨沿所需通过的车站长度纵向设置；在现场浇筑的步进混凝土弧形底板的两侧浇筑混凝土步进平台；所述混凝土步进平台与步进混凝土弧形底板的高端位于同一平面上；在现场浇筑步进混凝土弧形底板两侧的步进平台时，在混凝土步进平台预埋钢套管6 ;所述预埋钢套管6沿所需通过的车站长度纵向间隔设置；所述预埋钢套管6的外壁具有金属材质的锚固件，钢套管外壁的所述锚固件位于步进平台内，使所述预埋钢套管6与所述步进平台牢固结合；预埋钢套管的间距为I. 5米，要能够满足步进机架前进一个行程(I. 5米)的要求；预埋步进导向轨采用工字型钢，要能够承受敞开式硬岩掘进机主机的重量，并满足敞开式硬岩掘进机主机在导向轨上平滑移动的条件。3)步进前的质量检查敞开式硬岩掘进机步进前的质量检查(敞开式硬岩掘进机为美国罗宾斯生产；型号为 TB6360)
步进弧形底面轮廓进行确认复核，是否有侵入敞开式硬岩掘进机步进断面净空；始发洞断面是否有侵入敞开式硬岩掘进机步进断面净空，步进导轨间距及标高复查。检查步进弧面模拟敞开式硬岩掘进机轮廓用盘条制作弧形模具2个，检查钢轨两侧及隧道底部混凝土是否进入敞开式硬岩掘进机轮廓净空，发现问题及时凿除整改；检查预埋套管按设计间距检查预埋钢套管的位置是否符合要求，检查预埋套管是否缺失或被堵塞，发现问题及时整改；检查步进架检查步进机架的零部件是否齐全，提前准备好备用。4)安装步进机架使步进机架位于弧形底板上，步进机架4的两端位于弧形底板两侧的混凝土步进平台上，在预埋钢套管6中插入插销，使步进机架相对步进平台固定；4)步进准备导轨润滑步进前将敞开式硬岩掘进机导向轨涂抹黄油润滑，减小摩擦力，利于主机前行；撑靴3和步进机架4连接步进前，把敞开式硬岩掘进机的撑靴3通过焊接的方式与和已经就位并固定的步进机架4进行连接。具体连接见附图8 ；取下敞开式硬岩掘进机刀盘上的所有刀具，减轻机器自重。5)敞开式硬岩掘进机步进作业①在安装固定好步进机架4后，把敞开式硬岩掘进机的后支撑19提起，敞开式硬岩掘进机上安装的主推进油缸2推动敞开式硬岩掘进机的主机I前行，此时，由固定在步进平台上的步进机架4通过与步进机架焊接在一起的撑靴3的传导为主机向前推进提供反力；主机I向前行进一个行程I. 5米(主推进油缸的行程为I. 5米)。②当主机I先前行进一个行程后，去掉固定步进机架4的插销，敞开式硬岩掘进机的后支撑19撑紧在底板上，提起步进机架4 ;主推进油缸2收回，带动撑靴3和步进机架4前移一个行程I. 5米。③主推进油缸2完全回位后，放下步进机架4并通过插销与步进平台进行固定，由敞开式硬岩掘进机的后配套(指的是TBM主机后的其他设备都叫后配套)拖拉油缸22 (我们弧底步进的示意图只保留了 TBM所有设备中比较重要的前半部分，没有显示后配套拖拉油缸，但是所有TBM都有后配套拖拉油缸，都是一样的)开始拖拉后配套，后配套前进一个行程I. 5米。④完成一个循环的步进，在此循环中，敞开式硬岩掘进机整体前进I. 5米，然后准备下一循环。
6)敞开式硬岩掘进机步进过程中的注意事项①按设计图纸计算所需轨线材料的数量，提前做好充分的准备，及时运输，防止因轨线材料不足而影响正常步进。②准备充足的步进插销，为提供充足的反力，插销经常弯曲损坏，需经常更换。
本发明方法中所涉及的主机1，主推进油缸2，撑靴3，步进机架4，后支撑5，护盾8，举升油缸14，步进油缸15，推力油缸16，滑行支撑架17，仰拱吊机18，后支撑19，后配套拖拉油缸22均为现有使用中的敞开式硬岩掘进机已有的部件或附件。(美国罗宾斯公司生产的，型号为TB6360)。
权利要求
1.一种敞开式硬岩掘进机在城市地铁施工中的弧底步进过站方法，所述弧底步进过站方法的具体工艺流程为 1)现场浇筑步进混凝土弧形底板(9)和两侧混凝土步进平台；弧形底板的曲率半径要能够满足敞开式硬岩掘进机主机通过的要求； 2)预埋导向轨及套管；在现场浇筑步进混凝土弧形底板(9)时，在现场浇筑的步进混凝土弧形底板的弧形面上预埋导向轨(7);所述预埋导向轨采用工字型钢，弧形面上预埋的所述导向轨沿所需通过的车站长度纵向设置；在现场浇筑的步进混凝土弧形底板的两侧浇筑混凝土步进平台；所述混凝土步进平台与步进混凝土弧形底板的高端位于同一平面上；在现场浇筑步进混凝土弧形底板两侧的步进平台时，在混凝土步进平台预埋钢套管(6);所述预埋钢套管(6)沿所需通过的车站长度纵向间隔设置；所述预埋钢套管的外壁具有金属材质的锚固件，钢套管外壁的所述锚固件位于步进平台内，使所述钢套管与所述步进平台牢固结合； 3)步进前的质量检查 敞开式硬岩掘进机步进前的质量检查 步进弧形底面轮廓进行确认复核，是否有侵入敞开式硬岩掘进机步进断面净空； 始发洞断面是否有侵入敞开式硬岩掘进机步进断面净空，步进导轨间距及标高复查； 检查步进弧面模拟敞开式硬岩掘进机轮廓用盘条制作弧形模具2个，检查钢轨两侧及隧道底部混凝土是否进入敞开式硬岩掘进机轮廓净空，发现问题及时凿除整改； 检查预埋套管按设计间距检查预埋钢套管的位置是否符合要求，检查预埋套管是否缺失或被堵塞，发现问题及时整改； 检查步进机架检查步进机架的零部件是否齐全，提前准备好备用； 4)安装步进机架 使步进机架(4)位于弧形底板上，步进机架的两端位于弧形底板两侧的混凝土步进平台上，在预埋钢套管￠)中插入插销，使步进机架(4)相对步进平台固定； 4)步进准备 导轨润滑步进前将敞开式硬岩掘进机导向轨涂抹黄油润滑，减小摩擦力，利于主机前行； 撑靴(3)和步进机架(4)连接步进前，把敞开式硬岩掘进机的撑靴(3)通过焊接的方式与已经就位并固定的步进机架(4)进行焊接连接； 取下敞开式硬岩掘进机刀盘上的所有刀具，减轻机器自重； 5)敞开式硬岩掘进机步进作业 ①在安装固定好步进机架(4)后，把敞开式硬岩掘进机的后支撑(19)提起，敞开式硬岩掘进机上安装的主推进油缸(2)推动敞开式硬岩掘进机的主机(I)前行，此时，由固定在步进平台上的步进机架(4)通过与步进机架焊接在一起的撑靴(3)的传导为主机向前推进提供反力；主机向前行进一个行程； ②当主机(I)先前行进一个行程后，去掉固定步进机架(4)的插销，敞开式硬岩掘进机的后支撑(19)撑紧在底板上，提起步进机架(4);主推进油缸(2)收回，带动撑靴(3)和步进机架(4)前移一个行程； ③主推进油缸(2)完全回位后，放下步进机架(4)并通过插销与步进平台进行固定，由敞开式硬岩掘进机的后配套拖拉油缸(22)开始拖拉后配套，后配套前进一个行程； ④完成一个循 环的步进，在此循环中，敞开式硬岩掘进机整体前进一个行程；然后准备下一循环。
全文摘要
本发明属于隧道和地下工程领域，主要提出一种敞开式硬岩掘进机在城市地铁施工中的弧底步进过站方法，所述弧底步进过站其工艺流程为现场浇筑步进混凝土弧形底板和两侧步进平台，预埋步进导向轨及钢管；安装固定步进机架；准备开始步进；后支撑提起，主推进油缸在步进机架提供的反力作用下推动主机前进一个行程，后支撑撑紧地面，提起步进机架，主推进油缸收回，步进机架前移一个行程；主推进油缸回位后，放下步进机架，由拖拉油缸开始拖拉后配套；完成一循环的步进，准备下一循环。采用本发明的弧底过站方法，施工方便、快捷、安全，可以大大降低工程成本和施工的风险。经施工工程实验取得了良好的效果，具有很好的推广应用前景。
文档编号E21D9/06GK102877851SQ201210330100
公开日2013年1月16日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者洪开荣, 田皓文, 王光辉, 李建华, 陈建立, 韩惠军, 王志远, 杨立新, 常翔 申请人:中铁隧道集团有限公司