一种低瓦斯隧道大直径盾构分体下井施工方法与流程

本发明涉及地铁隧道施工技术，具体涉及一种低瓦斯隧道大直径盾构分体下井施工方法。

背景技术：

盾构技术是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法。它使用地铁盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将地铁盾构机吊入安装，地铁盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。

随着我国各大城市地铁建设的投入力度加大，地铁建设得到了快速发展，保证施工安全，避免造成安全施工，成为了施工中重要的关键环节。大直径盾构机因自重大，吊装安装过程中存在较大的安全隐患。

在现有的低瓦斯大直径盾构隧道的施工中，盾构下井始发一般会成为重大难题，在普通的下井始发过程中，渣土可能会在吊装井下堆积，造成瓦斯散溢，而吊装井下空间相对狭小使得瓦斯无法及时排出，严重威胁施工安全，所以迫切的需要一种快速、安全并且渣土不会大量堆积的盾构隧道始发方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中迫切的需要一种快速、安全并且渣土不会大量堆积的盾构隧道始发方法，目的在于提供一种低瓦斯隧道大直径盾构分体下井施工方法，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种低瓦斯隧道大直径盾构分体下井施工方法，包括以下步骤：s1：在吊装井顶部设置两个吊装孔：吊装孔a和吊装孔b；所述吊装孔a、吊装孔b和盾构始发端头沿盾构掘进方向依次设置；所述吊装井底部轨道上设置有管片小车；s2：将1号台车从吊装孔b下井，同时将2号台车从吊装孔a下井；s3：将1号台车和2号台车连接，并通过轨道运动至吊装孔a下方；s4：将连接桥从吊装孔b下井，并将连接桥的一端连接于1号台车，将连接桥的另一端固定安装于井下预设的管片小车上；将螺旋机从吊装孔b下井，并在吊装井内预存；将盾体从吊装孔b分体下井并完成安装；将刀盘从吊装孔b下井完成安装，并将螺旋机和连接桥安装于盾体，同时将3号台车从吊装孔a下井并连接于2号台车；s5：盾构机始发掘进，并通过吊装孔a进行出渣，同时在吊装孔b处也设置出渣设备；s6：当盾构机掘进使得3号台车到达吊装孔b下方时，通过吊装孔b进行出渣，并通过吊装孔a将4号台车、5号台车、6号台车和7号台车依次下井安装，且4号台车、5号台车、6号台车和7号台车下井安装时，盾构机持续掘进。

本发明应用时，本发明主要应用于低瓦斯隧道大直径盾构始发，一般的盾构直径在6m以下，而当地铁车速设计较高时，采用使用大直径盾构，一般直径的8米以上，在直径增大的情况下，施工一环的出渣量也会大幅增大，出渣量增大时，如果不对渣土进行及时处理，则会造成瓦斯从渣土中逸散出来并在吊装井下堆积，形成施工风险源；而现有技术中在始发时，为了不让渣土在井下堆积，需要让盾构机停机再进行出渣，在出渣完成后再将始发的后续台车下井，这样的施工方法会极大的增加施工周期，从而增加施工成本。

本发明首先创造性的采用了两个吊装孔，这两个吊装孔可以用于吊装设备，也可以用于出渣；在吊装井底部轨道上设置管片小车用于对下井设备的固定和运输；在开始吊装时，将将1号台车从吊装孔b下井，同时将2号台车从吊装孔a下井，从而达到缩短施工工期的目的，在井下将1号台车和2号台车连接，并通过轨道运动至吊装孔a下方，这样可以使得吊装孔b下方可以空出空间井下后续吊装；将连接桥从吊装孔b下井并安装，并将螺旋机从吊装孔b下井预存，并将其他的盾体刀盘等设备进行下井安装后就可以开始进行掘进了。

在掘进过程中，刚开始始发时，由于井下没有设置任何直接储存渣土的设备，所以盾构机可以直接进行正常出渣，即从1号台车、2号台车和3号台车进行出渣，出渣由井下的电瓶车和吊装孔a上的出渣设备完成，而当3号台车到达吊装孔b下方时，为了保障盾构的持续掘进、渣土持续出土和后续吊装的同时实施，本发明创造性的采用了这种工序：即通过吊装孔b进行出渣，并通过吊装孔a将4号台车、5号台车、6号台车和7号台车依次下井安装，在这些台车下井的过程中，盾构机是可以继续掘进的，并且渣土也不会在井下堆积。本发明设置上述施工工序，使得在低瓦斯隧道大直径盾构始发时，盾构可以持续掘进，并且可以通过两个吊装井之间吊装和出渣的转换，使得在保证盾构掘进的前提下，后续台车下井和出渣可以同时进行，保证了施工安全并缩短了施工工期。

进一步的，将盾体从吊装孔b分体下井并完成安装包括以下子步骤：s41：将盾体分为底部盾体、左盾体、右盾体、上部盾体、主驱动、h架、行走梁和盾尾；s42：将底部盾体通过吊装孔b下井并放置于始发托架上；s43：将主驱动通过吊装孔b下井并安装于底部盾体上方；s44：将左盾体和右盾体下井，并安装于底部盾体上；s45：将h架和行走梁下井安装；s46：将上部盾体下井并安装于左盾体和右盾体；s47：将盾尾下井并安装于底部盾体、左盾体、右盾体和上部盾体。

本发明应用时，不同于现有技术中的盾体下井技术，本发明采用在底部盾体下井后就将主驱动进行下井安装，这是发明人针对大直径盾构隧道下井作出的创造性设计，在大直径盾构机下井时，发明人发现如果将左右盾体提前下井，会造成主驱动下井后无法调整方位，而井下对主驱动方位的调整需要依赖于吊装井上方的吊车进行调整，所以发明人创造性的将主驱动先下井，并在下井后通过管片小车对调整位置后的主驱动进行，再将左右驱动下井，保证了主驱动的顺利安装。

进一步的，所述底部盾体的尺寸小于左盾体、右盾体和上部盾体，且左盾体和右盾体的尺寸相同；所述左盾体和右盾体接触于底部盾体的面均穿过盾体轴线；所述左盾体和右盾体接触于上部盾体的面均穿过盾体轴线。

本发明应用时，为了将底部盾体顺利下井，发明人发现底部盾体下井安装时缺少足够的调整方位手段，如果将底部盾体设置的尺寸过大，则调整起来会非常困难，所以将底部盾体的尺寸设置小于左盾体、右盾体和上部盾体，减轻底部盾体重量方便后续调整，在安装时，底部盾体安装的精度要求是非常高的，因为其他设备都是通过底部盾体进行限位安装的，所以发明人采用减轻底部盾体重量的方法，可以有效的提高底部盾体的安装精度。

进一步的，将连接桥从吊装孔b下井包括以下步骤：采用吊车将连接桥吊起至连接桥与竖直方向夹角为预设角度；将连接桥从吊装孔b下井，并在井下将连接桥恢复为水平后完成安装。

进一步的，所述预设角度为15～30°。

进一步的，所述吊装井沿盾构掘进方向的长度设置为大于4号台车、5号台车、6号台车和7号台车长度之和。

进一步的，步骤s6包括以下子步骤：s61：当盾构机掘进使得3号台车到达吊装孔b下方时，将盾构机新出的渣土通过吊装孔b出渣，并将吊装井下尚未运输出吊装井的渣土继续通过吊装孔a出渣直至吊装井下的渣土出渣完毕；s62：通过吊装孔a将4号台车、5号台车、6号台车和7号台车依次下井安装，并将附属设备安装在4号台车、5号台车、6号台车和7号台车上；当4号台车、5号台车、6号台车和7号台车下井安装并安装附属设备时，盾构机持续掘进。

本发明应用时，通过这种方式，可以避免在更换出渣的吊装孔时渣土在井下的堆积，保证了施工的连贯性和持续性，避免了渣土堆积造成的瓦斯堆积，提高了施工安全性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种低瓦斯隧道大直径盾构分体下井施工方法，使得在低瓦斯隧道大直径盾构始发时，盾构可以持续掘进，并且可以通过两个吊装井之间吊装和出渣的转换，使得在保证盾构掘进的前提下，后续台车下井和出渣可以同时进行，保证了施工安全并缩短了施工工期。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明双吊装孔示意图；

图2为本发明1号台车和2号台车下井示意图；

图3为本发明连接桥下井示意图；

图4为本发明螺旋机下井示意图；

图5为本发明盾体下井示意图；

图6为本发明刀盘下井示意图；

图7为本发明底部盾体下井示意图；

图8为本发明主驱动下井示意图；

图9为本发明左盾体下井示意图；

图10为本发明右盾体下井示意图；

图11为本发明h架和行走梁下井示意图；

图12为本发明上部盾体下井示意图；

图13为本发明3号台车下井示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1～图13所示，本发明一种低瓦斯隧道大直径盾构分体下井施工方法，包括以下步骤：s1：在吊装井顶部设置两个吊装孔：吊装孔a和吊装孔b；所述吊装孔a、吊装孔b和盾构始发端头沿盾构掘进方向依次设置；所述吊装井底部轨道上设置有管片小车；s2：将1号台车从吊装孔b下井，同时将2号台车从吊装孔a下井；s3：将1号台车和2号台车连接，并通过轨道运动至吊装孔a下方；s4：将连接桥从吊装孔b下井，并将连接桥的一端连接于1号台车，将连接桥的另一端固定安装于井下预设的管片小车上；将螺旋机从吊装孔b下井，并在吊装井内预存；将盾体从吊装孔b分体下井并完成安装；将刀盘从吊装孔b下井完成安装，并将螺旋机和连接桥安装于盾体，同时将3号台车从吊装孔a下井并连接于2号台车；s5：盾构机始发掘进，并通过吊装孔a进行出渣，同时在吊装孔b处也设置出渣设备；s6：当盾构机掘进使得3号台车到达吊装孔b下方时，通过吊装孔b进行出渣，并通过吊装孔a将4号台车、5号台车、6号台车和7号台车依次下井安装，且4号台车、5号台车、6号台车和7号台车下井安装时，盾构机持续掘进。

本实施例实施时，本发明主要应用于低瓦斯隧道大直径盾构始发，一般的盾构直径在6m以下，而当地铁车速设计较高时，采用使用大直径盾构，一般直径的8米以上，在直径增大的情况下，施工一环的出渣量也会大幅增大，出渣量增大时，如果不对渣土进行及时处理，则会造成瓦斯从渣土中逸散出来并在吊装井下堆积，形成施工风险源；而现有技术中在始发时，为了不让渣土在井下堆积，需要让盾构机停机再进行出渣，在出渣完成后再将始发的后续台车下井，这样的施工方法会极大的增加施工周期，从而增加施工成本。

本实施例首先创造性的采用了两个吊装孔，这两个吊装孔可以用于吊装设备，也可以用于出渣；在吊装井底部轨道上设置管片小车用于对下井设备的固定和运输；在开始吊装时，将将1号台车从吊装孔b下井，同时将2号台车从吊装孔a下井，从而达到缩短施工工期的目的，在井下将1号台车和2号台车连接，并通过轨道运动至吊装孔a下方，这样可以使得吊装孔b下方可以空出空间井下后续吊装；将连接桥从吊装孔b下井并安装，并将螺旋机从吊装孔b下井预存，并将其他的盾体刀盘等设备进行下井安装后就可以开始进行掘进了。

在掘进过程中，刚开始始发时，由于井下没有设置任何直接储存渣土的设备，所以盾构机可以直接进行正常出渣，即从1号台车、2号台车和3号台车进行出渣，出渣由井下的电瓶车和吊装孔a上的出渣设备完成，而当3号台车到达吊装孔b下方时，为了保障盾构的持续掘进、渣土持续出土和后续吊装的同时实施，本发明创造性的采用了这种工序：即通过吊装孔b进行出渣，并通过吊装孔a将4号台车、5号台车、6号台车和7号台车依次下井安装，在这些台车下井的过程中，盾构机是可以继续掘进的，并且渣土也不会在井下堆积。本发明设置上述施工工序，使得在低瓦斯隧道大直径盾构始发时，盾构可以持续掘进，并且可以通过两个吊装井之间吊装和出渣的转换，使得在保证盾构掘进的前提下，后续台车下井和出渣可以同时进行，保证了施工安全并缩短了施工工期。

为了进一步说明盾体下井的过程，本实施例中，将盾体从吊装孔b分体下井并完成安装包括以下子步骤：s41：将盾体分为底部盾体、左盾体、右盾体、上部盾体、主驱动、h架、行走梁和盾尾；s42：将底部盾体通过吊装孔b下井并放置于始发托架上；s43：将主驱动通过吊装孔b下井并安装于底部盾体上方；s44：将左盾体和右盾体下井，并安装于底部盾体上；s45：将h架和行走梁下井安装；s46：将上部盾体下井并安装于左盾体和右盾体；s47：将盾尾下井并安装于底部盾体、左盾体、右盾体和上部盾体。

本实施例实施时，不同于现有技术中的盾体下井技术，本发明采用在底部盾体下井后就将主驱动进行下井安装，这是发明人针对大直径盾构隧道下井作出的创造性设计，在大直径盾构机下井时，发明人发现如果将左右盾体提前下井，会造成主驱动下井后无法调整方位，而井下对主驱动方位的调整需要依赖于吊装井上方的吊车进行调整，所以发明人创造性的将主驱动先下井，并在下井后通过管片小车对调整位置后的主驱动进行，再将左右驱动下井，保证了主驱动的顺利安装。

为了进一步的说明盾体下井过程，本实施例中，所述底部盾体的尺寸小于左盾体、右盾体和上部盾体，且左盾体和右盾体的尺寸相同；所述左盾体和右盾体接触于底部盾体的面均穿过盾体轴线；所述左盾体和右盾体接触于上部盾体的面均穿过盾体轴线。

本实施例实施时，为了将底部盾体顺利下井，发明人发现底部盾体下井安装时缺少足够的调整方位手段，如果将底部盾体设置的尺寸过大，则调整起来会非常困难，所以将底部盾体的尺寸设置小于左盾体、右盾体和上部盾体，减轻底部盾体重量方便后续调整，在安装时，底部盾体安装的精度要求是非常高的，因为其他设备都是通过底部盾体进行限位安装的，所以发明人采用减轻底部盾体重量的方法，可以有效的提高底部盾体的安装精度。

将连接桥从吊装孔b下井包括以下步骤：采用吊车将连接桥吊起至连接桥与竖直方向夹角为预设角度；将连接桥从吊装孔b下井，并在井下将连接桥恢复为水平后完成安装。所述预设角度为15～30°。所述吊装井沿盾构掘进方向的长度设置为大于4号台车、5号台车、6号台车和7号台车长度之和。步骤s6包括以下子步骤：s61：当盾构机掘进使得3号台车到达吊装孔b下方时，将盾构机新出的渣土通过吊装孔b出渣，并将吊装井下尚未运输出吊装井的渣土继续通过吊装孔a出渣直至吊装井下的渣土出渣完毕；s62：通过吊装孔a将4号台车、5号台车、6号台车和7号台车依次下井安装，并将附属设备安装在4号台车、5号台车、6号台车和7号台车上；当4号台车、5号台车、6号台车和7号台车下井安装并安装附属设备时，盾构机持续掘进。

本实施例实施时，通过这种方式，可以避免在更换出渣的吊装孔时渣土在井下的堆积，保证了施工的连贯性和持续性，避免了渣土堆积造成的瓦斯堆积，提高了施工安全性。

为了进一步的说明本实施例的实施过程，本实施例以成都地铁18号线为了进行说明：

如图1所示，本实施例盾构吊装井尺寸均为15m*9.5m，履带吊站于盾构吊装井端头，吊装范围无地下管线，场地满足quy450履带吊展开工作面的条件。

如图2所示，分别将1、2号台车在地面组装完成后，四个吊耳穿挂好钢丝绳，用吊机提起台车在地面上组装两对行走轮，用风动扳手按要求拧紧螺栓。然后再吊到井下铺在始发托架上的轨道上，固定好后松开钢丝绳。

如图3所示，连接桥吊装方式与1、2号台车吊装方式相同，由于井口长度不足，连接桥下井前利用quy450履带吊的大小钩配合斜吊下井，连接桥吊装下井后先与1#台车连接固定。然后把连接桥前端用做好的支撑固定在管片小车上。用电瓶车把1#台车、连接桥移动到中间风井内。

如图4所示，螺旋机重47t，尺寸为16200mm×2700mm×1700mm，通过450t履带吊主副钩变幅将螺旋机调整至合适的角度,将螺旋机放于井下管片小车上，推入中间风井风井结构内预存。待刀盘下井安装完成后，开始组装盾体时，推出并安装螺旋机。

如图5所示，盾尾在地面组装好后下井就位。总重量为80t。下井前先将中前盾向洞门方向顶推，空出盾尾下井空间后，通过450t履带吊吊装下井并按照要求配合安装。

如图6所示，刀盘拼装后重总重量约139t。在地面上将刀盘组装完成后用一对的钢丝绳一头挂在450t履带式起重机的大钩上，另一头用两个85t卡环分别连接到已焊接好的两个组装吊耳上。用一对钢丝绳一头挂在副钩上，另一头用两个55t卡环分别连接到两个翻身吊耳上。刀盘下方垫好枕木。

吊机缓慢起钩，将刀盘吊离地面200mm停留检查吊具及吊点无异常情况后，履带吊继续缓慢起钩，副钩配合起钩变幅等动作直至将整个刀盘竖立起来，解除副钩上的钢丝绳卡环，刀盘翻身完毕。下井前先将中前盾及盾尾向中间风井方向顶推空出刀盘下井空间后，通过450t履带吊吊装下井并按要求配合安装。

如图13所示，3号台车总重约46t，采用臂长30m的260t汽车吊从后部吊装井吊装下井作业半径为18m，吊装前将盾体及台车前移空出3号台车下井空间后将3号台车吊装下井。

如图7所示，盾体底部重67t，将quy450吨履带吊移至盾体入井位置，对盾体分块进行翻身作业。翻身前，先对内部进行检查，确保其内部无零散件，然后由专业起重指挥使用对讲机对吊机进行指挥，其余人员负责监护各关键点(吊机旋转半径范围内的有无障碍物，地面有无沉降和断裂情况，如有及时叫停)。

翻身完成后，盾体由450t履带吊受力后，人员在地面上解除翻身吊耳的连接，溜好麻绳，由起重指挥人员指挥吊机慢慢将其入井放在始发托架上，在下井过程中各点由专人监护。

如图8所示，主驱动重110t，尺寸6000mm×6000mm×3200mm。

450t履带吊通过钢丝绳与主驱动吊耳连接好缓慢起钩，将主驱动吊离地面200mm停留检查吊具及吊点无异常情况后，450t履带吊继续缓慢起钩，配合副钩变幅等动作直至将整个主驱动竖立起来，解除副钩上的钢丝绳卡环，主驱动翻身完毕。

回转450t履带吊通过起钩、回转、松钩、变幅等动作将主驱动就位，并按照要求配合安装。

如图9和图10所示，盾体左、右部重量为85t，使用450t履带吊机翻身完成后，盾体由450t履带吊受力，人员在地面上解除翻身吊耳的连接，溜好麻绳，由起重指挥人员指挥吊机慢慢将其吊入入盾构井，在下井过程中各点由专人监护。下到指定位置后，按要求进行盾体各分块连接。

如图11所示，h架尺寸4850×4060×1070mm，重25t，可以使用450t履带吊机直接进行组装。

行走梁尺寸8685×3360×3150mm，重45t，使用450t履带吊翻身完成后，由450t履带吊受力，人员在地面上解除翻身吊耳的连接，溜好麻绳，由起重指挥人员指挥吊机慢慢将其吊入入盾构井，在下井过程中各点由专人监护。下到指定位置后，按要求进行组装。

如图12所示，盾体上部重95t，使用450t履带吊翻身完成后，由450t履带吊受力，起重指挥人员指挥吊机慢慢将其吊入入盾构井，在下井过程中各点由专人监护。下到指定位置后，按要求进行组装。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。