一种地铁隧道盾构始发施工工艺的制作方法

本发明涉及一种地铁隧道盾构始发施工工艺。

背景技术：

通常地铁站设在地下的隧洞中。隧洞施工具有工作面狭窄、劳动条件差、工序多、干扰大等特点，特别是容易发生安全事故，必须事先做好地质勘探工作，合理选定洞口、支洞位置、出碴运输路线以及隧洞开挖的方法。盾构始发技术在整个施工过程中起到至关重要的作用，始发施工作业是最容易产生事故的工序，直接关系到盾构隧道能否顺利贯通。

常规的盾构始发及到达技术是指在盾构掘进前对洞门端头采取处理，加固软弱地层、洞门凿除、盾构始发及接收基座的设计加工、定位安装、支撑系统、洞门环的安设、盾构机组装与拆卸等措施，从而保证盾构施工能按照隧道设计轴线进行掘进及到达的施工技术。盾构始发前需要对洞门端头进行加固，保证始发井的稳定性。盾构设备安装完成后，需要对洞门进行凿除，此时，容易产生涌水涌砂现象，必须尽快让盾构机顶到开挖面进行施工，保证临空面的土压平衡，防止安全事故的发生。以上的施工方法均需要采取措施保证洞门内挖的水土压力处于平衡状态，容易产生以下缺点：安全性较低，盾构始发前对洞门进行凿出，若不能尽快将盾构机顶到开挖面上，容易产生涌水涌砂事故；工序复杂，盾构始发之前需凿出封门材料，清理维护桩内的钢筋等；施工成本加大，如果洞口封门材料强度低，则不能起到挡土止水的效果，相反，如果加固材料过硬，洞门钢筋清理不干净，则会导致盾构机切削困难，对刀盘消耗损失巨大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种地铁隧道盾构始发施工工艺，它可以更好地保障施工安全与经济效益，有极高的推广价值。

本发明的目的是这样实现的：一种地铁隧道盾构始发施工工艺，包括始发端头地层加固工序、安装始发基座工序、盾构机组装工序、洞门凿除工序、安装反力架工序、安装洞门密封装置工序、安装负环管片工序、盾尾通过洞口密封后进行注浆回填工序、盾构掘进与管片安装工序；

进行所述始发端头地层加固工序的顺序为：外围素砼墙施工，三轴搅拌桩施工、袖阀管加固和高压旋喷桩施工；

进行所述安装始发基座工序时，采用钢构件，在专业钢构加工厂加工，现场组装；安装时，需将始发基座的底部焊接在盾构井下的预埋底板上，前后两端及侧面通过20a工字顶撑在盾构井的侧墙上；

进行所述盾构机组装工序时，先将后配套吊放到盾构井下已经铺设好的轨线上进行组装，再把盾构主机各部分吊放到盾构井下的始发基座上进行组装，组装顺序依次为6号拖车、5号拖车、4号拖车、3号拖车、2号拖车、1号拖车、连接桥、中体、前体、刀盘、管片安装机和盾尾；然后进行盾构机空载调试；

进行所述安装反力架工序时，先根据反力架的前端中心里程对反力架进行精确定位，使之与盾构机的中心轴线保持垂直；安装反力架时，首先用全站仪测定水平偏角和位置，再整体组装反力架，并由组装门吊配合校正反力架的水平偏角和倾角，然后经测量无误后将反力架焊接固定；

进行所述洞门密封装置安装工序时，分两步进行，第一步在始发端墙的施工工程中，埋设始发端洞门的预埋钢环板；第二步在盾构正式始发之前，通过螺栓安装折页压板及帘布橡胶板；

进行所述安装负环管片工序时，负环管片共有9环，即负9环管片至负1环管片，每个负环管片由一个落底块B2、两个标准块B1、B3、两个邻接块L1、L2和一个封顶块F构成，安装步骤为：

1)安装管片定位圆钢：由于盾尾的内径与管片的外径之间有30mm间隙，在盾尾的下部盾壳内焊接六根1.2米长的圆钢，位置为拼装负9环管片时一个落底块B2和两个标准块B1、B3的两端各一根，沿盾构方向放置，圆钢的尾部靠在盾尾刷的附近；每根圆钢在盾壳上并在靠近撑靴处点焊两个点；

2)拼装落底块B2：负9环管片的封顶块F在时钟16点方向，落底块B2的中线与隧道的铅垂中线重合；负9环管片测量定位时，管片的后端面应与线路中线垂直，在管片安装机位置定出隧道中线，落底块B2的中线螺母与之对应，确保后期管片安装角度符合设计要求；

3)拼装两个标准块B1、B3：标准块B1在盾尾的左侧，标准块B3在盾尾的右侧；每安装一块管片，立即将管片的环向连接螺栓插入连接孔，并戴上螺帽用气动扳手紧固；管片安装到位后，应及时伸出相应位置的推进千斤顶撑靴固定管片，防止管片倾覆，然后方可移开管片拼装机；

4)拼装两个邻接块L1、L2及封顶块F：先一一对应地将两个邻接块L1、L2与两个标准块B1、B3的环向螺栓连接；现场拼装时将两个邻接块L1、L2抬升10mm以便封顶块F的插入；两个邻接块L1、L2的上部用单边长为37cm、厚度为20mm的四块L型槽钢焊接在盾壳上；封顶块F就位后，用螺栓连接，再割除四块L型槽钢，两个邻接块L1、L2落下与封顶块F搭接密实；

5)负9环管片后移：负9环管片拼装完成后，盾构机用拼装模式将负9环管片后推，顶靠在反力架上，为下一环拼装做准备；

6)单环加固：在负9环管片出盾尾后及时在三角支撑与管片之间搭设木楔支撑，以保证在传递推力过程中负9环管片不会浮动、下沉变位；

7)拼装负8环管片：根据盾尾的间隙及负9环管片的拼装情况，进行负8环管片拼装；

8)洞门破除完成，盾构始发，拼装负7环管片至负1环管片：先进行盾构机负载调试，再进行洞门破除及防水装置安装，然后在盾体前移时，将负7环管片放置在拼装位置，待达到拼装长度后迅速拼装负7环管片，盾构顶推进洞，正式掘进，一边掘进一边错缝拼装负6环管片至负1环管片；

进行所述洞门凿除工序时，人工用风镐分层从下往上的顺序凿除地下连续墙的混凝土；先将靠近盾构井内侧的钢筋混凝土保护层凿除，割除内侧钢筋；然后凿除中间较厚的混凝土层，只留地下连续墙外层钢筋；最后清理洞门凿除产生的废碴等；待盾构机始发准备工作全部完成后，及时割除最外层钢筋，盾构机及时抵拢掌子面，防止洞门坍塌。

上述的地铁隧道盾构始发施工工艺，其中，在进行安装反力架工序时，利用倒链和型钢配合定位。

上述的地铁隧道盾构始发施工工艺，其中，在进行安装反力架工序时，反力架的左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，上下偏差控制在±10mm之内；始发基座的水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±2‰。

上述的地铁隧道盾构始发施工工艺，其中，进行所述安装负环管片工序的步骤5)时，由于始发基座上的轨道与管片外侧有一定的空隙，为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发基座的轨道上插入木楔，将负9负环管片托起，以保持管片的轴线。

上述的地铁隧道盾构始发施工工艺，其中，进行所述安装负环管片工序时，在负环管片的侧面安装三角支撑，三角支撑坐落在盾构井的底板上并与始发基座用螺栓连接在一起，三角支撑的上部用43kg/m的钢轨连接以支撑负环管片。

上述的地铁隧道盾构始发施工工艺，其中，在进行洞门密封装置安装工序后，还要进行以下工序：

1)盾构机防扭装置安装工序，在始发基座的轨道两侧的盾构机壳体上焊接用I18工字钢加工而成的防扭装置，每隔1.5米在盾构机的两侧各焊接一个；随着盾构机的前行，当防扭装置靠近洞门密封装置时，将之割除；

3)导轨安装工序，在盾构机进洞的过程中，为防止盾构机的刀盘下沉，在洞门密封装置的内侧铺设两根导轨，导轨的高度低于始发基座的轨道，长度不得损坏洞门密封装置，导轨的位置以始发基座的轨道延伸位置为准；

4)盾尾处理工序，负环管片拼装前需在盾尾的密封上涂上油脂，以便盾构机进洞后防止泄漏，在备用注浆管内也需注入油脂，防止备用注浆管堵塞。

本发明的地铁隧道盾构始发施工工艺，施工时间短、效率高，操作方便，资金投入少，又能更好地保障施工安全与经济效益，满足政策施工需求，有极高的推广价值。

附图说明

图1是本发明的地铁隧道盾构始发施工工艺的流程图；

图2是盾构始发反力架及支撑布置示意图；

图3a是盾构始发不同阶段洞门密封装置工作状态示意图(盾构机进洞前)；

图3b是盾构始发不同阶段洞门密封装置工作状态示意图(盾构机进洞时)；

图3c是盾构始发不同阶段洞门密封装置工作状态示意图(管片拼装后)；

图4是负环管片三角支撑安装结构示意图；

图5是盾构始发洞门凿除示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图5，本发明的一种地铁隧道盾构始发施工工艺，包括始发端头地层加固工序、安装始发基座工序、盾构机组装工序、洞门凿除工序、安装反力架工序、安装洞门密封装置工序、安装负环管片工序、盾尾通过洞口密封后进行注浆回填工序、盾构掘进与管片安装工序。

进行始发端头地层加固工序的顺序为：外围素砼墙施工，三轴搅拌桩施工、袖阀管加固和高压旋喷桩施工。

进行安装始发基座工序时，采用钢构件，在专业钢构加工厂加工，现场组装；安装时，需将始发基座的底部焊接在盾构井100下的预埋底板101上，前后两端及侧面通过20a工字顶撑在盾构井100的侧墙上。

进行盾构机组装工序时，先将后配套吊放到盾构井100下已经铺设好的轨线上进行组装，再把主机各部分吊放到盾构井100下的始发基座20上进行组装，组装顺序依次为6号拖车、5号拖车、4号拖车、3号拖车、2号拖车、1号拖车、连接桥、中体、前体、刀盘、管片安装机、盾尾；然后进行空载调试，空载调试的内容包括配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、控制系统、注浆系统运行是否正常以及校正各种仪表。

进行安装反力架工序时，反力架10由后座支撑11、12、13安装在盾构机的始发基座20上，先根据反力架的前端中心里程对反力架进行精确定位，使之与盾构机40的中心轴线保持垂直；安装反力架10时，首先用全站仪测定水平偏角和位置，再整体组装反力架，并由组装门吊配合校正反力架的水平偏角和倾角，在定位过程中利用倒链和型钢配合定位，然后经测量无误后将反力架10焊接固定(见图2)。在进行安装反力架时，反力架的左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，上下偏差控制在±10mm之内；始发基座的水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±2‰。

进行洞门密封装置安装工序时，为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水等从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液50的流失，在盾构始发时需要安装洞门临时密封装置，分两步进行，第一步在始发端墙的施工工程中，埋设始发端洞门的预埋钢环板21；第二步在盾构正式始发之前，通过螺栓22安装折页压板23及帘布橡胶板24，盾构机40进入预留洞门前，在外围的刀盘上和帘布橡胶板24的外侧面均涂润滑油，以免刀盘刮破帘布橡胶板24，影响密封效果(见图3a、图3b和图3c)；

在进行洞门密封装置安装工序后，还要进行以下工序：

1)盾构机防扭装置安装工序，由于盾构机的刀盘进洞切削掌子面时会产生巨大的扭矩，为了防止此时盾构机壳体在始发基座的轨道上发生偏转，在始发基座的轨道两侧的盾构机壳体上焊接用I18工字钢加工而成的防扭装置，每隔1.5米在盾构机两侧各焊接一个；随着盾构机的前行，当防扭装置靠近洞门密封装置时，将防扭装置割除；

3)导轨安装工序，在盾构机进洞的过程中，为防止盾构机的刀盘下沉，在洞门密封装置的内侧铺设两根导轨，导轨的高度低于始发基座的轨道，长度不得损坏洞门密封装置，导轨的位置以始发基座的轨道延伸位置为准，并要焊接牢固，防止盾构机掘进时将其破坏，而影响盾构的正常掘进。

4)盾尾处理工序，负环管片30拼装前需在盾构机40的盾尾的密封上涂上油脂(见图3c)，以便盾构机40进洞后防止泄漏，在备用注浆管内也需注入油脂，防止备用注浆管堵塞。

进行安装负环管片工序时，负环管片共有9环(见图2)，即负9环管片至负1环管片，每个负环管片由一个落底块B2、两个标准块B1、B3、两个邻接块L1、L2和一个封顶块F构成，安装步骤为：

1)安装管片定位圆钢：由于盾尾的内径与负环管片30的外径之间有30mm间隙，在盾尾的下部盾壳内焊接六根1.2米长的圆钢，位置为拼装负9环管片时底部一个落底块B2、两个标准块B1、B3的两端各一根，沿盾构方向放置，圆钢尾部靠在盾尾刷的附近；每根圆钢在盾壳上并在靠近撑靴处点焊两个点，以方便在负环管片安装完成后将其割除；

2)拼装落底块B2：负9环管片的封顶块F在时钟16点方向，落底块B2的中线与隧道的铅垂中线重合；负9环管片测量定位时，管片的后端面应与线路中线垂直，在管片安装机位置定出隧道中线，落底块B2的中线螺母与之对应，确保后期管片安装角度符合设计要求；

3)拼装两个标准块B1、B3：标准块B1在盾尾的左侧，标准块B3在盾尾的右侧；每安装一块管片，立即将管片的环向连接螺栓插入连接孔，并戴上螺帽用气动扳手紧固；管片安装到位后，应及时伸出相应位置的推进千斤顶撑靴固定管片，防止管片倾覆，然后方可移开管片拼装机；

4)拼装两个邻接块L1、L2及封顶块F：先一一对应地将两个邻接块L1、L2与两个标准块B1、B3的环向螺栓连接；现场拼装时将两个邻接块L1、L2抬升10mm以便封顶块F的插入；两个邻接块L1、L2的上部用单边长为37cm、厚度为20mm的四块L型槽钢焊接在盾壳上；封顶块F就位后，用螺栓连接，再割除四块L型槽钢，两个邻接块L1、L2落下与封顶块F搭接密实；

在拼装负环管片时，为防止负环管片失圆，在负环管片30的侧面安装三角支撑50，三角支撑50坐落在盾构井100的预埋底板101上并与始发基座20用螺栓连接在一起，三角支撑50的上部用43kg/m的钢轨51连接以支撑负环管片30；

5)负9环管片后移：负9环管片拼装完成后，盾构机用拼装模式将负9环管片后推，顶靠在反力架上，为下一环拼装做准备；由于始发基座20的轨道与负环管片外侧有一定的空隙，为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发基座20的轨道上插入木楔60，将负9负环管片托起，以保持管片轴线；

6)单环加固：在负9环管片出盾尾后及时在三角支撑50与管片30之间搭设木楔支撑，以保证在传递推力过程中负9环管片不会浮动、下沉变位(见图4)；

7)拼装负8环管片：根据盾尾间隙及负9环管片的拼装情况，进行负8环管片拼装；

8)洞门破除完成，盾构始发，拼装负7环管片至负1环管片：先进行盾构机负载调试，再进行洞门破除及防水装置安装，然后盾体前移时，将负7环管片放置在拼装位置，待达到拼装长度后迅速拼装负7环管片，盾构顶推进洞，正式掘进，边掘进边错缝拼装负6环管片至负1环管片；

进行洞门凿除工序时，人工用风镐分层从下往上的顺序凿除地下连续墙的混凝土；先将靠近盾构井的内侧的钢筋混凝土保护层凿除，割除内侧钢筋；然后凿除中间较厚的混凝土层，只留地下连续墙外层钢筋；最后清理洞门凿除产生的废碴等；待盾构机始发准备工作全部完成后，及时割除最外层钢筋，盾构机及时抵拢掌子面，防止洞门坍塌(见图5)。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。