一种防止盾构机栽头的百珠托板装置及其施工方法与流程

[0001]
本发明涉及地下隧道开挖施工技术领域，尤其涉及一种防止盾构机栽头的百珠托板装置及其施工方法。


背景技术：

[0002]
因为地铁盾构施工是逐个区间进行的，区间隧道施工完成后盾构机需要穿过接收井的井壁，然后出井到地面上，由此产生的一个盾构机接收问题。当前钢套筒接收盾构机时，需要在钢套筒内部注入有一定强度的质量稳定均匀的双浆泥浆或密实砂土，以对盾构机起到一定支撑作用，防止由于盾构机重力不平衡作用而栽头，产生接收施工困难，甚至接收施工失败，引起工程事故。但由于钢套筒内部注浆或砂土仅仅靠经验控制施工质量很难，容易存在强度不足、不均匀、加固不良或不密实等现象，很难避免栽头发生。另外，如果泥浆强度偏大，盾构掘进会产生比较大的扭矩，这个扭矩会传递到钢套筒上，最终由钢套筒外的地面、支撑反力平衡，又增加施工难度和成本。
[0003]
在此背景下，本发明的百珠托板装置，完全改变了支撑盾构机的方式，不受到钢套筒内部双浆注浆强度不足、不均匀、加固不良或不密实等影响，并且大幅度降低钢套筒内注浆施工要求，由此克服了前述存在的重大不足，取得了技术上的重点突破，构思独特，变被动为主动，有利于降低施工风险，降低施工难度，节省施工成本，加快施工进度。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种防止盾构机栽头的百珠托板装置及其施工方法，改变支撑盾构机的方式，克服前述存在的重大不足，变被动为主动，有利于降低施工风险，降低施工难度，节省施工成本，加快施工进度。
[0005]
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：本发明公开了一种防止盾构机栽头的百珠托板装置，包括百珠托板单元、千斤顶、底座和钢套筒，所述钢套筒的底部设有用于所述千斤顶穿过的孔口，所述千斤顶的输出端与所述百珠托板单元的底部固定连接，其外壁与所述孔口周壁焊接，其底部与固定于接收井地面上的所述底座的顶部连接；所述百珠托板单元包括圆弧形托板、滚珠、限位条和弧形盖板，所述圆弧形托板为呈圆弧形结构的钢板，其曲率与盾构机的外表面曲率相同，其上表面均匀分布有用于放置所述滚珠的呈半球形的凹槽；所述弧形盖板盖设于所述圆弧形托板的上方，其上设有若干用于限制滚珠的圆孔，孔径略小于所述滚珠的外径；所述限位条呈井形结构，布置于圆弧形托板上，通过焊接连接。
[0006]
所述滚珠为外径略小于所述凹槽内径的钢球。
[0007]
所述千斤顶的输出端顶部与所述圆弧形托板的底部通过螺栓连接。
[0008]
所述钢套筒的孔口底部设有呈圆环形的加强套环，所述加强套环的横截面为与所述钢套筒外表面曲率相同的圆弧形结构，所述加强套环的中部形成用于所述千斤顶穿过的
圆孔，圆孔内侧形成倒角，此处与钢套筒的孔口处外表面焊接牢固，所述加强套环的周边与所述钢套筒的外侧面牢固焊接。
[0009]
所述钢套筒的底部设有两个用于千斤顶、穿过的孔口，两个所述千斤顶的轴线延长线与所述钢套筒的轴线垂直相交，两个所述千斤顶顶端均连接有长条形百珠托板单元，最终沿钢套筒轴线形成两列百珠托板装置。
[0010]
本发明公开了一种防止盾构机栽头的百珠托板装置的施工方法，包括如下步骤：步骤1，在加强套环的圆孔内侧倒角处与钢套筒的孔口处外表面焊接牢固，其周边与所述钢套筒的外侧面牢固焊接；步骤2，将千斤顶穿过加强套环的圆孔和钢套筒底部的孔口，将其外壁上方与钢套筒的孔口周壁焊接密闭，外壁下方与加强套环的圆孔周壁焊接牢固；步骤3，将呈井形结构的限位条与圆弧形托板焊接牢固；将百珠托板单元的底部与千斤顶的输出端顶部通过螺栓连接；将钢珠置入弧形钢板的半球形凹坑内，然后将弧形盖板掩盖住部分滚珠边缘，再在四周和中央部位采用螺丝与限位条紧固后，注入适量润滑油，形成百珠托板单元；步骤4，接收钢套筒安装就位后，千斤顶底部采用底座与地面垫实；步骤5，在钢套筒内部注入清水或泥浆，通过试压后准备接收盾构机；步骤6，当盾构机刀盘穿过接收井壁进入钢套筒500mm～1000mm，千斤顶顶升首套百珠托板单元至一定高度，接触盾构机底部，开始承担一定压力即可；步骤7，盾构机刀盘继续前进了一定推进距离时，千斤顶（顶升被跨过的第二套百珠托板单元至一定高度，接触托住盾构机底部，开始承担一定压力即可；依次循环，直到盾构机全部进入钢套筒。
[0011]
本发明的突出有益效果在于：1、本发明中通过沿钢套筒内间隔分布设置相对比较简单的千斤顶托板机构，随着盾构机穿过接收井门洞进入接收钢套筒内依次滑过千斤顶液压顶升的托板，依次直接将盾构机前部重力、中部重力和全部重力传递至接收井地面，大大减轻钢套筒受力作用，解决了目前存在的钢套筒接收受力体系上的重大缺陷问题。这个问题不解决，极有可能导致造成施工不能完成、严重的可能导致施工失败，甚至引起涌水涌砂、地面塌陷事故。
[0012]
2、本发明利用托板上众多滚珠形成可滑动板，一方面分散作用在钢套筒表面上的支撑压力，避免造成不利影响，如果仅仅是依靠钢套筒上两侧滚轴支撑，则引起的局部压力很大，对于钢套筒强度要求很大。另一方面通过托板滚珠，使得盾构机容易滑动前行，减少轴向摩擦力，即减少作用在钢套筒上的轴力，使得对于钢套筒施加的反力装置要求降低。否则，如果不解决这个问题，严重情况会导致钢套筒之间、或钢套筒与接收井壁之间部位变形、破坏，引发工程事故。
[0013]
3、本发明对于钢套筒内部注入泥浆强度要求降低，不需要填砂密实，盾构机进入钢套筒内后不需要掘进砂土，不产生大的推力和扭矩，简化了施工工序，降低施工难度，节省施工时间、成本，绿色环保，进一步降低安全风险，具有广阔的市场应用价值。
[0014]
4、本发明百珠托板单元具有严格的尺寸要求，均由工厂预制，千斤顶可以通过市场购买或定制，可重复使用。
附图说明
[0015]
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中百珠托板单元结构示意图；图3是本发明中限位条布置示意图；图4是本发明中加强套环的结构示意图；图5是本发明中双百珠托板单元实施例的结构示意图；图6是本发明中接收装置安装布设与接收状态示意图。
[0016]
图中：圆弧形托板1、滚珠2、弧形盖板3、千斤顶4、加强套环5、底座6、钢套筒7、螺丝8、接收井地面9、盾构机10、凹槽11、限位条12、圆孔13、倒角14、接收井壁15。
具体实施方式
[0017]
下面对本发明进一步说明：请参阅图1-6，本发明公开了一种防止盾构机栽头的百珠托板装置，包括百珠托板单元、千斤顶4、底座6和钢套筒7，所述钢套筒7的底部设有用于所述千斤顶4穿过的孔口，所述千斤顶4的输出端与所述百珠托板单元的底部固定连接，其外壁与所述孔口焊接，其底部与固定于接收井地面9上的所述底座6的顶部连接；钢套筒7为底部设置若干个孔口的盾构机10接收钢套筒，为现有设备，其接收盾构机10的原理如图6所示，不再赘述。
[0018]
所述百珠托板单元包括圆弧形托板1、滚珠2、限位条12和弧形盖板3，所述圆弧形托板1为呈圆弧形结构的钢板，其曲率与盾构机10的外表面曲率相同，其上表面均匀分布有用于放置所述滚珠2的呈半球形的凹槽11；所述弧形盖板3盖设于所述圆弧形托板1的上方，其上设有若干用于限制滚珠2的圆孔13，本发明中通过沿钢套筒7内间隔分布设置相对比较简单的千斤顶托板机构，随着盾构机10穿过接收井壁15门洞进入接收钢套筒7内依次滑过千斤顶4液压顶升的百珠托板单元，依次直接将盾构机10前部重力、中部重力和全部重力传递至接收井地面9，所以不再需要钢套筒内部注入高强度泥浆、不需要填砂密实，同时大大减轻钢套筒7受力作用，解决了目前存在的钢套筒7接收受力体系上的重大缺陷问题。这个问题不解决，极有可能导致造成施工不能完成、严重的可能导致施工失败，甚至引起涌水涌砂、地面塌陷事故。
[0019]
所述弧形盖板3上的圆孔13的内径略小于所述滚珠2的外径，确保滚珠2能够在接收盾构机10时，能够使其稳定的在滚珠2上滑动的同时，确保滚珠2不会脱离百珠托板单元。所述呈环形结构的限位环12以确保弧形盖板3与圆弧形托板1之间保持一定间距，防止弧形盖板3压迫滚珠2，使得所述滚珠2自由滚动。
[0020]
所述滚珠2为外径略小于所述凹槽11内径的钢球，通过润滑油使得滚珠2更好的在接收盾构机10时在凹槽11内滚动。
[0021]
所述千斤顶4的输出端顶部与所述圆弧形托板1的底部通过螺栓8连接牢固。
[0022]
所述钢套筒7的孔口底部设有呈圆环形的加强套环5，所述加强套环5的横截面为与所述钢套筒7外表面曲率相同的圆弧形结构，所述加强套环5的中部形成用于所述千斤顶4穿过的圆孔，圆孔内侧倒角14有利于与钢套筒的孔口处外表面焊接牢固，保持孔口通畅。
[0023]
所述千斤顶4的侧壁与所述圆孔的内壁焊接，所述加强套环5的周边与所述钢套筒
7的外壁焊接，加强千斤顶4与钢套筒7之间的连接稳定性，确保设备的正常运行。
[0024]
实施例：如图5所示，为双百珠托板单元结构，所述钢套筒7的底部设有两个用于千斤顶4穿过的孔口，两个所述千斤顶4的轴线延长线与所述钢套筒7的轴线垂直相交，两个所述千斤顶4顶端均连接有呈长条形的百珠托板单元，本实施例设置两套千斤顶4，且不限于两套千斤顶4，每套千斤顶4顶部均连接有百珠托板单元，能够更为稳定的接收盾构机10。
[0025]
施工方法：步骤1，在加强套环5的圆孔内侧倒角14处与钢套筒7的孔口处外表面焊接牢固，其周边与所述钢套筒7的外侧面牢固焊接；步骤2，将千斤顶4穿过加强套环5的圆孔和钢套筒7底部的孔口，将其外壁上方与钢套筒7的孔口内壁焊接密闭，外壁下方与加强套环5的圆孔周壁焊接牢固；步骤3，将限位条12与圆弧形托板1焊接牢固；将百珠托板单元的底部与千斤顶4的输出端顶部通过螺栓8连接；将钢珠2置入弧形钢板的半球形凹坑11内，然后将弧形盖板3掩盖住部分滚珠2边缘；再在四周和中央部位采用螺丝与限位条12紧固后，注入适量润滑油，形成百珠托板单元；步骤4，接收钢套筒7安装就位后，千斤顶4底部采用底座6与地面9垫实；步骤5，在钢套筒7内部注入清水或泥浆，通过试压后准备接收盾构机10；步骤6，当盾构机10刀盘穿过接收井壁15进入钢套筒7内部500mm～1000mm，千斤顶4顶升首套百珠托板单元至一定高度，接触盾构机10底部，开始承担一定压力即可；步骤7，盾构机10刀盘继续前进了一定推进距离时，千斤顶4顶升被跨过的第二套百珠托板单元至一定高度，接触托住盾构机10底部，开始承担一定压力即可；依次循环，直到盾构机10全部进入钢套筒7。
[0026]
具体使用方式将千斤顶4穿过加强套环5的圆孔和钢套筒7底部的孔口，将其外壁上方与钢套筒7的孔口周壁焊接密闭，与加强套环5的圆孔周边焊接牢固；将百珠托板单元与千斤顶4的顶部通过螺栓8连接；接收钢套筒7安装就位后，千斤顶4底部采用底座6与地面9垫实；钢套筒7内部注入水或泥浆，通过试压后准备接收盾构机10；盾构机10刀盘进入钢套筒7内部500mm～1000mm，千斤顶4顶升首套百珠托板单元至一定高度，接触盾构机10底部，开始承担一定压力即可；盾构机10刀盘继续前进了一定推进距离时，千斤顶4顶升被跨过的第二套百珠托板单元至一定高度，接触托住盾构机10底部，开始承担一定压力即可；依次循环，直到盾构机10全部进入钢套筒7，完成接收。
[0027]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。