盾构反力装置及盾构始发操作方法与流程

本发明属于地下工程技术领域，尤其涉及一种盾构反力装置及盾构始发操作方法。

背景技术：

盾构施工因技术成熟、安全、快速、无需降水、施工对周边环境影响小、成型隧道质量优良等优点，被广泛应用于城市轨道交通地下区间隧道建设。随着城市轨道交通建设向深层发展，近年来新建城市轨道交通中深埋暗挖车站不断涌现，由此衍生了采用暗挖车站作为盾构始发或接收场地，然后利用盾构进行区间隧道掘进的“暗挖+盾构”组合施工方法。

该施工方法一般将暗挖车站通风井作为盾构始发接收的出入地通道，施工时，先施作暗挖车站与通风井主体结构，暂不施作车站内部结构，然后盾构机通过车站风井调入地下组装，再平移到暗挖隧道内进行盾构始发。实际工程中，因车站主体结构已经施作，在暗挖车站内进行盾构始发，存在反力架架设时将车站衬砌结构破坏，造成防水结构质量隐患，增加车站结构安全风险的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种盾构反力装置及盾构始发操作方法，以解决在反力架架设时将车站衬砌结构破坏而造成防水结构质量隐患、增加车站结构安全风险的问题。

为解决上述问题，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种盾构反力装置，设置在暗挖车站内的暗挖区间隧道中，包括：支撑架；钢环，固定安装在所述支撑架上；反力件，所述反力件的一端倾斜插入到所述暗挖区间隧道的围岩中，所述反力件的另一端与所述钢环固定连接，所述反力件用于向在所述暗挖车站中进行盾构始发的盾构机提供反推力；基准环，与所述钢环同轴设置，并与所述钢环固定连接，所述基准环用于通过负环管片向所述盾构机传递反推力；其中，沿所述暗挖区间隧道的掘进方向，所述反力件插入在所述围岩中的位置处于所述钢环的前方，所述钢环上连接有多个所述反力件，各所述反力件沿所述钢环的周向均匀分布。

优选地，所述支撑架包括：两个立柱，两个所述立柱相对且竖直间隔设置；第一横梁，两端分别与两个所述立柱固定连接，并位于两个所述立柱的上端；第二横梁，两端分别与两个所述立柱固定连接，并位于两个所述立柱的下端；其中，所述钢环通过第一紧固件至少与两个所述立柱固定连接。

优选地，两个所述立柱上分别设置有多个用于供所述第一紧固件穿设的连接孔，各所述连接孔沿所述立柱的高度方向间隔设置。

优选地，所述支撑架还包括：斜撑，分别连接在两个所述立柱上，并位于与盾构方向相反的一侧；其中，所述斜撑的一端与所述立柱固定连接，所述斜撑的另一端朝下倾斜延伸，并与所述立柱的底端平齐。

优选地，所述钢环包括：本体；异形板，固定连接在所述本体相对的两面上，两个所述异形板分别用于与所述支撑架以及所述基准环固定连接；其中，所述反力件的一端与两个所述异形板中的任意一个相连。

优选地，所述本体包括多个拼接块，各所述拼接块相互拼接形成所述本体，各所述拼接块之间通过第二紧固件固定连接。

优选地，所述异形板包括多个拼接板，各所述拼接板相互拼接形成所述异形板，各所述拼接板连接在对应的所述拼接块上。

优选地，所述基准环包括相对设置的第一面和第二面，所述第一面上设置有用于与所述负环管片连接的第一外沿，所述第二面上设置有用于与所述支撑架连接的第二外沿，所述第一外沿的直径小于所述第二外沿的直径。

本发明是实施例还提供了一种盾构始发操作方法，用于操作上述的盾构反力装置进行盾构始发，所述盾构始发操作方法包括：在位于所述暗挖区间隧道内，将所述反力件的一端打入到所述暗挖区间隧道的围岩中，并将安装好的所述反力件的另一端悬挂于所述暗挖区间隧道的侧壁上；将所述支撑架设置在所述盾构机的尾部，并依次安装所述钢环和所述基准环，再将所述反力件的另一端与所述钢环相连，并调整所述反力件至张紧状态；在所述盾构机与所述基准环之间设置所述负环管片，并使所述负环管片的两端分别保持与所述基准环和与所述盾构机紧贴，所述盾构始发操作完成。优选地，所述盾构始发操作方法还包括：在将所述支撑架设置在所述盾构机的尾部之后，采用在所述支撑件和所述围岩之间设置千斤顶，控制所述千斤顶将所述支撑件的位置稳固。

本发明实施例所提供的一种盾构反力装置，包括支撑架、钢环、反力件和基准环，钢环固定在支撑架上，基准环与钢环固定连接。通过采用将反力件的一端沿暗挖区间隧道的掘进方向倾斜插入到围岩中并固定，而反力件的另一端与钢环固定连接。这样，将反力件倾斜设置并固定连接在围岩中，不仅能够提供可靠的拉力，实现将支撑架的位置稳固，为掘进机提供稳定地反推力。而且倾斜设置的反力件不会将暗挖车站内的衬砌结构破坏，便能够使车站的防水结构质量保持可靠，实现稳定防水，提升了暗挖车站结构的安全，社会及经济效益显著，发展前景广阔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的盾构反力装置在暗挖车站内部的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的盾构反力装置设置在暗挖车站内局部剖视图；

图3是本发明实施例提供的盾构反力装置的主视图；

图4是本发明实施例提供的盾构反力装置的侧面视图；

图5是图4中a处的局部放大示意图；

图6是本发明实施例提供的始发托架的平面示意图；

图7是本发明实施例提供的始发托架的侧视图。

附图标记说明：

1、盾构反力装置；11、支撑架；111、立柱；112、第一横梁；113、第二横梁；114、第一紧固件；115、斜撑；116、加强板；12、钢环；121、本体；1211、拼接块；122、异形板；1221、拼接板；13、反力件；14、基准环；141、第一面；142、第二面；143、第一外沿；144、第二外沿；21、暗挖车站；22、暗挖区间隧道；23、围岩；24、盾构机；25、负环管片；26、始发托架；261、道床轨枕；262、牛腿；263、工字钢梁；27、碎石层；28、钢板；29、千斤顶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施例和技术方案。为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种盾构反力装置1，设置在暗挖车站21内的暗挖区间隧道22中，用于向在暗挖区间隧道22中进行盾构始发的盾构机24提供反推力，以实现始盾构机24在发过程中的盾构推进。该盾构反力装置1包括支撑架11、钢环12、反力件13和基准环14。支撑架11优选采用由材料为q235b(表示质量等级为b级，屈服强度的数值为235mpa的碳素结构钢，)的“h”型钢材焊接而成为门式框架结构，大致呈“四边形”，具有较强的结构强度，用于为钢环12和基准环14提供安装支撑的作用。钢环12固定安装在支撑架11上，而基准环14与钢环12同轴设置，并与钢环12固定连接。安装后的钢环12位于支撑架11和基准环14之间，基准环14则靠近于盾构机24，该基准环14用于通过负环管片25向盾构机24传递反推力。具体地，钢环12和基准环14的形状均为圆环形，而且两者的形状与盾构机24的形状能够大致保持匹配，而负环管片25的形状也至少能够与基准环14的形状保持匹配，从而能够在基准环14与负环管片25紧贴后，使基准环14与负环管片25之间具有较好的接触面来传递反推力。反力件13用于向在暗挖车站21中进行盾构始发的盾构机24提供反推力，将反力件13的一端以相对于暗挖区间隧道22的中心线成夹角倾斜的方式插入到暗挖区间隧道22的围岩23中，并将反力件13的另一端与钢环12固定连接。并且，沿暗挖区间隧道22的掘进方向，反力件13插入在围岩23中的位置处于钢环12的前方，同时，为了提供可靠的反推力，在钢环12上连接有多个反力件13，各反力件13沿钢环12的周向均匀分布。这样，各反力件13插入到围岩23中的一端固定在围岩23中，而各反力件13的另一端对应与钢环12固定连接。从而，当在钢环12上产生有与掘进方向相反的作用力时，便在各反力件13所提供的拉力作用下而能够防止支撑架11的位置发生移动。如此，在实际使用当中，盾构机24产生的推力通过传递而作用在钢环12上后，通过各反力件13的牵拉而能够将盾构机24产生的推力转换为盾构机24向前掘进的推动力。并实现了向在暗挖区间隧道22中进行盾构始发的盾构机24提供反推力达到作用。而且，此种采用将反力件13倾斜设置并固定连接在围岩23中，不仅能够提供可靠的拉力，而且设置的反力件13不会将暗挖车站21内的衬砌结构破坏，便能够使车站的防水结构质量保持可靠，实现稳定防水，提升了暗挖车站21结构的安全性。同时，也不会对盾构机24的工作产生干扰，设计巧妙性好，很好的解决了在深埋暗挖车站21内进行盾构始发所存在的问题。

具体地，反力件13通常优选设置成为锚索，锚索的一端打入到围岩23内后，能够可靠连接在围岩23中而不脱落，进而稳定提供牵拉钢环12的作用力。而且，锚索还可以对自身的长度进行调节，以能够在工作过程中始终保持张紧状态。在实际设置中，需要根据具体的工况要求来计算确定反力件13倾斜设置的角度值和数量，以及锚固段打入到围岩23中的长度，以确保牢固连接。而反力件13与钢环12相连的一端优选通过夹具设备进行连接，以能够实现可靠相连。

如图2和图3所示，在一种可能的实施方案中，支撑架11包括立柱111、第一横梁112和第二横梁113。具体地，立柱111设置有两个，而且将两个立柱111相对且竖直间隔设置。第一横梁112的两端分别与两个立柱111固定连接，并位于两个立柱111的上端；而第二横梁113的两端分别与两个立柱111固定连接，并位于两个立柱111的下端。这样设置，所形成的支撑架11便为一个类似四边形的框架结构，钢环12通过第一紧固件至少与两个立柱111固定连接，从而实现钢环12的固定安装。当然，可以理解地，由于钢环12为圆形状，在满足连接的条件下，也可将钢环12通过第一紧固件115与第一横梁112和/或第二横梁113相连接，以能够进一步提高钢环12与安装架之间连接的稳定性。第一紧固件115优选为高强度螺栓，连接可靠性佳。

在一种可能的实施方案中，两个立柱111上分别设置有多个用于供第一紧固件115穿设的连接孔，各连接孔沿立柱111的高度方向间隔设置。这样，在将钢环12与立柱111固定连接时，可通过将钢环12按需安装在不同高度的连接孔内，实现对钢环12安装位置的调整。

如图3和图4所示，在一种可能的实施方案中，支撑架11还包括斜撑115。斜撑115分别连接在两个立柱111上，并位于与盾构方向相反的一侧。即在两个立柱111朝向与盾构方向相反的一侧上分别连接有斜撑115。斜撑115用于为支撑架11提供后座反力，从而在盾构机24向后推顶支撑架11时，位于后方的斜撑115能够提供支撑而使支撑架11保持稳定。具体地，斜撑115的一端与立柱111固定连接，连接的方式可以是焊接或通过螺栓连接，斜撑115的另一端朝下倾斜延伸，并与立柱111的底端平齐。使两个斜撑115延伸的一端所在的平面与两个立柱111底端所在的平面能够保持一致，以便支撑架11放置时能够保持稳定。实际设置中，斜撑115与立柱111之间的夹角需根据设计要求来确定。同时，可以在斜撑115的延伸端与立柱111的底端之间连接有加强板116，以增加整体结构的稳定性，同时也能够增加与地面的接触面积，受力面积大，增强设置的稳定性。

如图3和图4所示，在一种可能的实施方案中，钢环12包括本体121和异形板122。本体121的形状为圆环形，而且尺寸大小与基准环14基本保持匹配。异形板122固定连接在本体121相对的两面上，即在朝向支撑架11的一面上和朝向基准环14的一面上都固定连接有异形板122。该两个异形板122分别用于与支撑架11以及基准环14固定连接。具体地，由于本体121为圆环形，而支撑架11为四边形，为了实现将本体121固定连接在支撑架11上，便采用设置有异形板122。异形板122为钢板材料，异形板122通过焊接或螺栓连接的方式与本体121固定连接后，具有向外延伸的部分，而该延伸的部分则至少能够增加与立柱111之间的接触面积。实际设置中，优选将异形板122上延伸的部分所构成的形状设置为大致呈“八边形”，而异形板122的内部具有内径不小于本体121内径的通孔。这样，在保证本体121的形状不被破坏的前提下，通过异形板122来固定连接，提高了本体121安装的可靠性。而且，此种形状下的异形板122，各个面的形状基本相同，在安装时，可以灵活调整安装位置，克服只能通过特定位置才能进行安装所存在的缺陷，安装方便性好。而由于设置有异形板122，反力件13的一端便与两个异形板122中的任意一个相连。在本发明实施例中，优选将各反力件13连接在与基准环14相连的异形板122上，并分别位于异形板122的边角处。

如图3和图4所示，在一种可能的实施方案中，本体121包括多个拼接块1211，各拼接块1211相互拼接而形成本体121。即采用将本体121设置成由多个拼接块1211相互拼接而形成，各拼接块1211之间通过第二紧固件固定连接，各拼接块1211相拼接后形成为圆环。这样设置，将本体121设置成由多个拼接块1211构成，生产制造方便，也便于拆卸和运输。用于将各拼接块1211相连的第二紧固件优选为螺栓。而本体121采用此种设置方式下，连接在本体121相对两面上的异形板122可以采用在各拼接块1211相拼接后再进行固定连接，而此时的异形板122为一个整体的板状结构。

如图3和图4所示，在一种可能的实施方案中，也可采用将异形板122设置成分散拼接的结构，即将该异形板122设置成包括多个拼接板1221，各拼接板1221相互拼接而形成为一个完整的异形板122。具体地，各拼接板1221连接在对应的拼接块1211上，在各拼接块1211完成拼接而形成本体121后，各拼接板1221也相应完成拼接而组合形成异形板122。而此种设置方式下，每个拼接块1211相对的两面上分别固定连接有拼接板1221。从而，所构成的整体形状互换性好，在安装时可以灵活安装而无需选择特定部分的部件，安装方便、灵活。

如图4和图5所示，在一种可能的实施方案中，基准环14包括相对设置的第一面141和第二面142，第一面141上设置有用于与负环管片25连接的第一外沿143，第二面142上设置有用于与支撑架11连接的第二外沿144，并且，第一外沿143的外径小于第二外沿144的外径。具体地，第一外沿143和第二外沿144均为圆环形，第一外沿143与盾构机24的尾部相对，用于与施工过程中的第一个负环管片25相连。第二外沿144用于与钢环12紧贴相连，以便通过螺栓与钢环12固定连接。将第二外沿144的外径设置成大于第一外沿143的外径，从而使第二外沿144与钢环12具有较大的接触面积，提升受力时的稳定性。

在实际盾构施工中，盾构机24尾部的千斤顶作用在负环管片25上，负环管片25传递作用力而实现盾构机24获得向前掘进的反推力，并在盾构机24向前掘进一定距离后，通过添加负环管片25来使盾构机24持续获得反推力，直至完成盾构机24的顺利始发。

本发明实施例中所提供的一种盾构反力装置1，通过采用将反力件13的一端沿暗挖区间隧道22的掘进方向倾斜插入到围岩23中并固定，而反力件13的另一端与异形板122固定连接。这样，将反力件13倾斜设置并固定连接在围岩23中，不仅能够提供可靠的拉力，实现将支撑架11的位置稳固，进而为掘进机提供稳定地反推力。而且倾斜设置的反力件13不会将暗挖车站21内的衬砌结构破坏，便能够使车站的防水结构质量保持可靠，实现稳定防水，提升了暗挖车站21结构的安全。在围岩23质量好，左右线夹岩厚度满足一定要求的地下区间工程施工中有较为可观的应用前景，社会及经济效益显著。

本发明实施例中还提供了一种盾构始发操作方法，用于操作上述的盾构反力装置1进行盾构始发，该盾构始发操作方法包括：

在位于暗挖区间隧道22内，将反力件13的一端打入到暗挖区间隧道22的围岩23中，然后进行固定，并确保插入到围岩23中的牢固性。反力件13设置在暗挖区间隧道22中的位置根据施工前期的各项要求计算后获得，并允许在规定的误差范围内。反力件13的一端固定后，另一端暂时先悬挂于暗挖区间隧道22的侧壁上，等待与钢环12连接。如此，根据施工要求，在暗挖区间隧道22按需设置多个反力件13。

在反力件13安装完成后，将支撑架11设置在盾构机24的尾部，并依次安装钢环12和基准环14。即先将钢环12固定安装在支撑架11上，再将基准环14固定安装在钢环12上。然后将各反力件13的另一端依次与钢环12相连，并调整各反力件13至张紧状态，使各反力件13处于受力状态。

在盾构反力装置1安装完成后，再在盾构机24与基准环14之间设置负环管片25，并使负环管片25的两端分别保持与基准环14和与盾构机24紧贴，处于受力状态，此时盾构始发操作完成。

在本发明实施例中，采用在暗挖车站21内进行盾构始发操作，便需要先在地层的围岩23中开挖施工形成暗挖车站21以及通过矿山法施工形成暗挖区间隧道22。为保证暗挖车站21的安全，暗挖车站21在盾构始发前完成二次衬砌浇筑，并对暗挖区间隧道22开挖后仅施作初期支护。

在本发明实施例中，在将支撑架11设置在盾构机24尾部的操作之前，先在暗挖区间隧道22的底部填筑碎石层27(参照图2)至标高，再在碎石层27上铺设钢板28(参照图2)，然后将盾构机24通过车站的风井调入地下组装，再通过始发托架26(参照图2)托运至暗挖区间隧道22中的始发段位置处，并调整盾构机24的姿态至设计始发位置。同时，将盾构反力装置1的其它零部件调入到暗挖车站21内部进行组装使用。

具体地，如图6和图7所示，在本发明实施例中，该始发托架26托优选为钢道床结构，道床轨枕261采用h型钢制成，并沿盾构掘进的方向按一定间距(0.5m～1m)平铺在钢板28上，每根道床轨枕261上面安装有两只牛腿262，在牛腿262上沿掘进的方向架设两根工字钢梁263，通过扣件卡扣成为一个整体，用于对盾构机24进行支撑限位。始发托架26上有两组配套千斤顶，可以提供盾构机24竖向顶升和始发托架26前后平移相关操作。

在一种可能的实施方案中，盾构始发操作方法还包括：在将支撑架11设置在盾构机24的尾部之后，采用在支撑件和围岩23之间设置千斤顶29(参照图2)，控制千斤顶29将支撑件的位置稳固。具体地，优选在支撑架11与围岩23相对的两侧分别设置有千斤顶29，然后通过控制两侧的千斤顶29而实现将支撑件的位置稳固，防止盾构始发前位置发生变动。

通过本发明实施例所提供的盾构始发操作，可靠实现了盾构机24在暗挖车站21内进行始发，为在暗挖车站21内进行盾构始而对支撑反力装置的设置提供了一种解决思路和方法，有较为可观的应用前景。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。