一种隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构及其施工方法与流程

本发明属于地下工程施工技术领域；具体的说是涉及一种隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构及其施工方法。

背景技术：

地下隧道盾构施工因其常规的明挖和暗挖施工方法而具有无可比拟的地下施工优点，其在地下工程中得到广泛的应用；然而在隧道掘进机盾构施工的过程中，控制地面沉降是盾构施工过程中的一项极其关键的技术，在具体的施工过程中，盾构管片通常需要在盾构壳体的保护下拼装成环，但是在盾构管片与盾构壳体之间往往存在着盾尾间隙，该盾尾间隙同时再附加上盾构壳体自身的厚度，这样在施工的过程中就会导致盾构管片和开挖之后的土体之间存在着一个较大的实际间隙；而要想有效控制地层沉降，则必须在管片脱出盾尾时，将管片与土体之间的实际间隙进行及时填充，但是在具体的施工过程中，常规填充所采用的注浆方式不易精确控制，从而导致盾构地面的沉降控制难度较大；因此管片与开挖后土体间隙是盾构产生地面沉降的重要因素，但隧道盾构施工特别是对于穿越机场、高铁等重要区域的隧道工程施工，由于盾构环境的特别要求，其均要求盾构施工过程“零沉降”；而常规的盾构结构及其产生的沉降问题一直制约着盾构施工技术的发展；因此，如何在盾构施工安全可靠的前提下，从盾构设备和管片结构设计上，尽量减小盾构拼装管片与开挖后土体之间的实际间隙，从而在根本上降低管片脱出盾尾后沉降控制的难题，提供一种隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构及其施工方法就显得非常的必要。

技术实现要素：

本发明的发明目的：

主要是为了提供一种全新结构设计的隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构及其施工方法，有效的避免在盾构施工过程中盾构管片与开挖土体之间存在较大实际间隙的技术问题；有效的保证拼装管片在脱出盾尾时管片与土体之间的实际间隙进行填充的填充效率和填充精度，有效的保证盾构施工隧道的地层沉降控制问题和沉降控制精度，有效的满足重要施工隧道盾构施工过程的零沉降要求，有效的提高盾构防沉降施工过程中的施工效率和施工进度，有效的降低盾构防沉降施工过程中的施工成本，有效的提高施工企业的经济效益。

本发明的技术方案为：

提供了一种隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构，包括隧道掘进机盾尾和配套的衬砌管片，在隧道掘进机盾尾的盾壳结构面上均布设置有梳齿状结构的承载密封肋，配套的衬砌管片与隧道掘进机盾尾结构匹配拼装且在配套的衬砌管片上设置有与承载密封肋相匹配过渡的咬合拼装槽；在承载密封肋上设置有与其内部相连通的注射密封孔道，在承载密封肋的内侧端部还设置有组合式密封构件。

所述的承载密封肋与咬合拼装槽之间采用间隙配合或过渡配合相匹配。

所述的隧道掘进机的盾尾结构面为圆形盾构断面或矩形盾构断面或异形盾构断面中的一种。

所述的配套的衬砌管片采用预制式管片结构且根据盾尾结构面的不同分块连接拼装。

在注射密封孔道内填充注射有油脂或水泥砂浆。

所述的组合式密封构件包括在承载密封肋内侧端部设置的密封圈和组合密封板。

所述的组合密封板包括组合设置的刚性密封板和柔性密封板。

所述的密封圈采用三元乙丙橡胶或密封橡胶或钢丝刷；所述的刚性密封板采用合金结构钢，所述的柔性密封板采用密封橡胶板或三元乙丙橡胶板。

所述的组合式密封构件沿盾尾结构断面至少设置为一层。

根据以上所述的一种隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）、根据隧道盾构断面在隧道掘进机的盾尾壳体上均布设置梳齿状结构的承载密封肋；

（2）、在承载密封肋的内侧端部设置组合式密封构件，依次设置密封圈、柔性密封板和刚性密封板结构；

（3）、在承载密封肋上预留注射密封孔道，注射密封孔道的前端部穿过组合式密封构件设置；

（4）、隧道掘进机沿始发井盾构断面持续盾构掘进，在盾尾设置的管片拼装机根据盾尾结构依次匹配拼装带咬合拼装槽的拼装管片，咬合拼装槽与其断面设置的承载密封肋匹配咬合设置；

（5）、在注射密封孔道内持续注入油脂或水泥砂浆，及时填充盾尾间隙；

（6）、重复以上步骤至隧道掘进机盾构掘进至接收井。

本发明的有益效果是：

该全新结构设计的隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构及其施工方法，有效的避免了在盾构施工过程中盾构管片与开挖土体之间存在较大实际间隙的技术问题；有效的保证了拼装管片在脱出盾尾时管片与土体之间的实际间隙进行填充的填充效率和填充精度，有效的保证了盾构施工隧道的地层沉降控制问题和沉降控制精度，有效的满足了重要施工隧道盾构施工过程的零沉降要求，同时还有效的提高了盾构防沉降施工过程中的施工效率和施工进度，有效的降低了盾构防沉降施工过程中的施工成本，有效的提高了施工企业的经济效益。

附图说明

图1为本发明的隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾设置的结构示意图；

图2为本发明的盾尾为圆形盾构断面的整体布置结构示意图；

图3为本发明的盾尾为圆形盾构断面的盾尾结构示意图；

图4为本发明的盾尾为圆形盾构断面的管片结构示意图；

图5为本发明的盾尾为矩形盾构断面的整体布置结构示意图；

图6为本发明的盾尾为矩形盾构断面的盾尾结构示意图；

图7为本发明的盾尾为矩形盾构断面的管片结构示意图；

图8为本发明组合式密封构件的结构示意图。

图中；1为隧道掘进机盾尾；2为配套的衬砌管片；3为盾壳结构面；4为承载密封肋；5为咬合拼装槽；6为注射密封孔道；7为组合式密封构件；8为密封圈；9为组合密封板；10为刚性密封板；11为柔性密封板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细的描述。

如图1～8所示，提供了一种隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构，包括隧道掘进机盾尾1和配套的衬砌管片2，在隧道掘进机盾尾的盾壳结构面3上均布设置有梳齿状结构的承载密封肋4，配套的衬砌管片与隧道掘进机盾尾结构匹配拼装且在配套的衬砌管片上设置有与承载密封肋相匹配过渡的咬合拼装槽5；在承载密封肋上设置有与其内部相连通的注射密封孔道6，在承载密封肋的内侧端部还设置有组合式密封构件7。

所述的承载密封肋与咬合拼装槽之间采用间隙配合或过渡配合相匹配。

所述的隧道掘进机的盾尾结构面为圆形盾构断面或矩形盾构断面或异形盾构断面中的一种。

所述的配套的衬砌管片采用预制式管片结构且根据盾尾结构面的不同分块连接拼装。

在注射密封孔道内填充注射有油脂或水泥砂浆。

所述的组合式密封构件包括在承载密封肋内侧端部设置的密封圈8和组合密封板9。

所述的组合密封板包括组合设置的刚性密封板10和柔性密封板11。

所述的密封圈采用三元乙丙橡胶或密封橡胶或钢丝刷；所述的刚性密封板采用合金结构钢，所述的柔性密封板采用密封橡胶板或三元乙丙橡胶板。

所述的组合式密封构件沿盾尾结构断面至少设置为一层。

该发明结构设计的隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构在满足盾构隧道零沉降的施工过程中有着积极的结构效果，在具体的设计过程中，根据盾构隧道为圆形盾构断面或矩形盾构断面或异形盾构断面的不同，在隧道掘进机的盾尾结构的盾壳结构面上均布设置有与盾构截面相匹配的梳齿状结构的承载密封肋，该承载密封肋主要为承担掘进外周的水土载荷而设置，设置为梳齿状结构且均匀分布可有效的分散承载土体的载荷强度；与隧道掘进机盾尾壳体结构相匹配的拼装管片采用分块结构的预制构件，其根据盾构断面尺寸的大小分为不同的块数进行拼装，在具体的拼装过程中，通过管片拼装机使得管片结构的咬合拼装槽与盾尾结构的承载密封肋相互咬合、密贴；在拼装过程中为了保证两者外形尺寸尽量接近，以减少盾构管片脱出盾尾之后与土体之间的间隙，承载密封肋与咬合拼装槽之间采用间隙配合或过渡配合相匹配；为了有效的隔绝外围水土与盾构内部空间的联系，在承载密封肋上设置有与其内部相连通的注射密封孔道，在注射密封孔道内可有效的填充注射油脂或水泥砂浆及时高效的填充盾尾间隙；由于隧道掘进机在施工过程中通常设置的盾尾结构在掘进过程中的盾尾间隙通常为200mm左右，该实际间隙普遍的存在于盾构管片和开挖之后的土体之间，直接导致盾构施工隧道的地层沉降不能得到有效的控制，而采用该发明机构设置的隧道掘进机盾尾结构，可有效的将盾构管片和开挖之后的土体之间实际间隙减少为20mm；这样一来使得隧道盾构的盾壳和管片形成了有机高效的结合，对于施工隧道的地层沉降控制产生极大的效果，有效的满足重要施工隧道盾构施工过程的零沉降要求，从而根本上减少盾构管片脱出盾尾后引起的地面沉降问题；同时在隧道掘进机的结构设置中盾构的壳体需要承担外部的水、土等外部压力荷载，为了满足其承载力要求，盾构壳体的钢板厚度需要达到100mm以上，而在管片拼装时需要拼装的管片结构均在盾构壳体的保护下进行拼装作业，因此盾构的直径要大于管片直径200mm以上；而采用该发明结构设计的梳齿状承载密封肋结构，承载密封肋主要承担了水土等外部压力荷载，在承载密封肋之间设置的钢板不再承受外部压力载荷，所以可有效的降低隧道管壳的设置重量，将管壳结构设置的更薄，通常为10mm左右；承载密封肋可以匹配咬合与之配套的管片结构，可有效的将盾尾间隙减少至20mm左右，极大的降低了开挖后的盾尾结构间隙，同时有效的降低了企业的施工成本；在该发明设置的隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构中，为了有效的隔绝水泥砂浆等填充料进入设备内部，在承载密封肋的内侧端部还设置有组合式密封构件，该组合式密封构件包括在承载密封肋内侧端部设置的密封圈和组合密封板；该组合式密封构件沿盾尾结构断面至少设置为一层，有效的提高了该结构设置下的设备密封性能。

根据以上所述的一种隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）、根据隧道盾构断面在隧道掘进机的盾尾壳体上均布设置梳齿状结构的承载密封肋。

（2）、在承载密封肋的内侧端部设置组合式密封构件，依次设置密封圈、柔性密封板和刚性密封板结构。

（3）、在承载密封肋上预留注射密封孔道，注射密封孔道的前端部穿过组合式密封构件设置。

（4）、隧道掘进机沿始发井盾构断面持续盾构掘进，在盾尾设置的管片拼装机根据盾尾结构依次匹配拼装带咬合拼装槽的拼装管片，咬合拼装槽与其断面设置的承载密封肋匹配咬合设置。

（5）、在注射密封孔道内持续注入油脂或水泥砂浆，及时填充盾尾间隙。

（6）、重复以上步骤至隧道掘进机盾构掘进至接收井。

该全新结构设计的隧道掘进机梳齿状防沉降盾尾结构及其施工方法，有效的避免了在盾构施工过程中盾构管片与开挖土体之间存在较大盾尾间隙的技术问题；有效的保证了衬砌管片在脱出盾尾时管片与土体之间的实际间隙进行填充的填充效率和填充精度，有效的保证了盾构施工隧道的地层沉降控制问题和沉降控制精度，有效的满足了重要施工隧道盾构施工过程的零沉降要求，同时还有效的提高了盾构防沉降施工过程中的施工效率和施工进度，有效的降低了盾构防沉降施工过程中的施工成本，有效的提高了施工企业的经济效益。