一种管环对接辅助装置和更换盾尾刷的方法与流程

本发明涉及一种对接辅助装置，尤其是一种管环对接辅助装置，还涉及利用该装置更换盾尾刷的方法，属于盾构隧道工程领域。

背景技术：

随着我国城市化建设的发展，盾构工法在地铁、越江跨海隧道中的广泛应用，因此盾构施工中遇到的问题也越来越突出，其中盾尾刷的更换和管环的二次拼装对接是盾构施工中的难点。

盾构机经过长距离连续推进或由于手涂油脂涂抹质量、首次油脂填充量、同步注浆压力控制、同步油脂注入控制即盾尾间隙等质量控制不到位或操作不当因素，可能导致两道盾尾刷之间的腔体内进入壁后注浆浆液，固化后引起尾刷的异常磨损，从而导致盾尾刷失效。

为了保证盾构推进工作的顺利进行与安全，就必须对受损的盾尾刷进行更换。现有的尾刷更换方法是将尾刷后部管片固定，前部管环拆除后更换尾刷，换好后再将前部管环重新拼装。此方法只能更换盾壳内的前面2道或3道盾尾刷，无法更换所有的盾尾刷，且更换过程复杂，施工时间长，还需要设置特定的前部管环。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种管环对接辅助装置，第二目的是利用该装置更换盾尾刷的方法，将盾壳内的第一管环全部推出，然后更换盾尾刷，待盾尾刷更换完成后，在盾壳内拼装第二管环并将第二管环推出，与第一管环对接，保证盾构推进工作的顺利进行与安全。本发明采用如下技术方案：

一种管环对接辅助装置，包括设于两个管环对接端面之间的若干引导单元和设于其中一侧管环端面上的若干定位单元，设置定位单元的管环外侧设有盾尾刷，所述引导单元包括引导本体，引导本体一端设有引导斜面；所述定位单元包括依次连接的第一面、第二面和第三面，且第一面和第三面垂直于第二面，其中，第一面一端设有定位螺栓连接部，第二面上设有定位螺栓连接孔，第三面上设有与引导单元形状配合的定位槽。

进一步地，若干引导单元和定位单元分布于管环两端的中部和底部，中部和底部的相邻引导单元和定位单元之间与管环圆心的夹角为22.5°。

进一步地，引导单元的引导本体一端横截面大于另一端横截面，且从一端到第一长度距离，引导本体横截面不变，从第一长度距离到另一端，横截面从顶部和两侧方向逐渐收敛。

进一步地，引导本体另一端设有引导平面，引导平面与引导斜面连接。

进一步地，引导斜面上还设有盾尾刷接纳部。

进一步地，定位螺栓连接部与第一面呈一定夹角，第三面长度小于第一面。

进一步地，引导单元一端高度约等于管环外弧面至开挖面的距离，另一端高度约等于盾壳厚度，且另一端面对盾尾刷设置。

利用上述的管环对接辅助装置的更换盾尾刷的方法，包括如下步骤：

步骤（1）、盾构掘进过程中调整盾构机姿态及盾尾间隙，并在盾壳内拼装第一管环；

步骤（2）、通过盾尾后部管片上的注浆孔和盾体周边的注浆孔注入隔水性浆液；

步骤（3）、利用推进油缸和辅助推杆将盾壳内的第一管环全部推出盾壳，直至第一管环端部距离盾尾的800～1000mm时停止推进；

步骤（4）、检查及更换位于第一管环外侧的全部盾尾刷，同时，根据第一管环的连接螺栓孔的位置安装引导装置，其中，引导装置沿开挖面设置，一端抵接第一管环，另一端面对盾尾刷；

步骤（5）、盾尾刷更换安装完成后，先进行盾尾刷手涂油脂的涂抹工作，待手涂油脂验收合格后，在盾壳内管片拼装区域利用盾构机管片拼装机重新拼装第二管环；第二管环拼装成环后，利用盾构机推进油缸拼装模式将第二管环慢慢向后推出约500～700mm后停止推进，然后再拼装第三管环；

步骤（6）、待第三管环拼装完成后，利用盾构机推进油缸拼装模式将第二管环和第三管环慢慢向后推出，直至第二管环端面推出最后一道盾尾刷80～120mm时停止推出；

步骤（7）、根据第二管环的端面形状和螺栓孔的位置，在第二管环端面上安装定位装置；

步骤（8）、待定位装置全部安装完成且验收合格后，启动推进油缸继续推出第二管环，待第二管环端面与第一管环端面的距离达到60～80mm时，停止推进，拆除导向装置；

步骤（9）、导向装置拆除后，继续推出第二管环，直至第二管环端面与第一管环端面对接，且第一管环与第二管环的螺栓孔对应，然后安装纵向连接螺栓；

步骤（10）、完成盾尾刷的更换和管环对接的全部工作，盾构机恢复正常施工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在管环端面设置引导装置和定位装置，实现了管环的精准对接，解决了将盾壳内的管环全部推出更换全部盾尾刷后二次拼装管环的对接问题，可对盾尾刷进行全部更换。

本发明还可广泛应用于多种情况下盾构掘进过中由于盾尾刷密封失效后需更换盾尾刷的盾构施工中。尤其适用于盾构在长距离硬岩段矿山法隧洞中空推施工，盾尾刷损伤严重，在盾构即将进入掘进作业前将盾壳内的管环全部推出更换盾尾刷的情况；另外还适用于低水压环境下的盾尾刷更换。

附图说明

图1为本发明的管环对接辅助装置的结构示意图；

图2为图1中c向的结构示意图；

图3为本发明的引导装置的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为图3中a向的结构示意图；

图6为图3中b向的结构示意图；

图7为本发明的管环对接辅助装置设置于管环上的结构示意图；

图8中，（a）为盾壳内管环拼装和盾尾注入隔水型浆液示意图；（b）为盾壳内的管环推出盾尾，盾尾刷更换及引导装置安装；（c）为盾壳内拼装管环后推出及导向装置安装；（d）为管环推出对接。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示，本实施例的管环对接辅助装置，包括设于第一管环1和第二管环6对接端面之间的若干引导单元5和设于第二管环6端面上的若干定位单元8，第二管环6外侧设有盾尾刷3，引导单元5包括引导本体，引导本体一端设有引导斜面；定位单元8包括依次连接的第一面14、第二面和第三面15，且第一面14和第三面15垂直于第二面，其中，第一面14一端设有定位螺栓11的连接部13，第二面上设有定位螺栓连接孔r16，第三面15上设有与引导单元5形状配合的定位槽。定位单元高425cm，第一面14长度为230cm，第二面中部两端向内收敛，使得第一面宽度小于第三面，第三面的定位槽呈梯形，顶边长200cm，底边长250cm，引导单元5与顶边接触。定位螺栓的连接部13与第一面14呈一定夹角，定位螺栓的连接部13可以是钢板吊耳，采用管片纵向螺栓加工的连接螺栓12和安装在纵向连接螺栓手孔位置的钢板吊耳13固定，第一面14和钢板耳朵13的一端焊接。

如图7所示，若干引导单元和定位单元分布于管环两端的中部和底部，中部两侧各设置2个，底部设置3个，中部和底部的相邻引导单元和定位单元之间与管环圆心的夹角为22.5°。

如图3-5所示，引导单元的引导本体一端横截面大于另一端横截面，且从一端到第一长度距离，引导本体横截面不变，上部为引导平面5.1，引导平面与引导斜面5.2连接，从第一长度距离到另一端，横截面从顶部和两侧方向逐渐收敛。引导斜面5.2上还设有盾尾刷接纳部5.3，盾尾刷接纳部5.3与水平面的夹角和引导斜面5.2与水平面的夹角相同，且盾尾刷接纳部5.3呈平面，高度低于引导斜面5.2。

引导单元长度l1=800mm，一端高度h2约等于管环外弧面至开挖面的距离，另一端高度h1约等于盾壳厚度，且另一端面对盾尾刷设置，盾尾刷接纳部5.3的水平长度为l2，l2与盾尾刷的长度相近。引导装置5和定位装置8均采用钢板焊接而成。

如图1和8（a）-（d）所示，本实施例的利用上述管环对接辅助装置的更换盾尾刷的方法，通过在管环端部安装引导装置5和导向装置8来实现管环的对接。盾尾刷更换过程中先在管环端部安装引导装置，待盾壳内重新拼装的管环端面推出最后一道盾尾刷后再安装导向装置，通过引导装置5和定位装置8的共同作用，实现管环的对接。具体包括如下步骤：

步骤（1）、盾构掘进过程中调整盾构机姿态及盾尾间隙，并在盾壳内拼装第一管环1，第一管环1上留有螺栓连接孔17；

步骤（2）、通过盾尾后部管片上的注浆孔和盾体周边的注浆孔注入隔水性浆液4；

步骤（3）、利用推进油缸2和辅助推杆9将盾壳内的第一管环1全部推出盾壳，直至第一管环1端部距离盾尾的距离约800mm时停止推进；

步骤（4）、检查及更换位于第一管环1外侧的全部盾尾刷3，同时，根据第一管环1的连接螺栓孔17的位置安装引导装置5，其中，引导装置5沿开挖面设置，一端抵接第一管环1，另一端面对盾尾刷3；

步骤（5）、盾尾刷3更换安装完成后，先进行盾尾刷手涂油脂的涂抹工作，待手涂油脂验收合格后，在盾壳内管片拼装区域利用盾构机管片拼装机重新拼装第二管环6；第二管环6拼装成环后，利用盾构机推进油缸拼装模式将第二管环6慢慢向后推出约600mm后停止推进，然后再拼装第三管环7；

步骤（6）、待第三管环7拼装完成后，利用盾构机推进油缸拼装模式将第二管环6和第三管环7慢慢向后推出，直至第二管环6端面推出最后一道盾尾刷约100mm时停止推出；

步骤（7）、根据第二管环6的端面形状和螺栓孔11的位置，在第二管环6端面上安装定位装置8，共安装7个导向装置，导向装置的设计和安装位置见图7；

步骤（8）、待定位装置8全部安装完成且验收合格后，启动推进油缸继续推出第二管环6，待第二管环6端面与第一管环1端面的距离达到6～8cm时，停止推进，拆除导向装置8；

步骤（9）、导向装置8拆除后，继续推出第二管环6，直至第二管环6端面与第一管环1端面对接，且第一管环1与第二管环6的螺栓孔11对应，然后安装纵向连接螺栓；

步骤（10）、完成盾尾刷的更换和管环对接的全部工作，盾构机恢复正常施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。