一种盾构机原地调头的施工方法.pdf

本发明公开了一种盾构机原地调头转场的施工方法，用于将进洞工作井中的盾构机调头并移至相邻的侧井中，其步骤如下：首先将进洞的盾构机安置于基座搁架上并将之分割成前、后两段，然后将前段平移至相邻的侧井中，随后将前、后两段分别在侧井和进洞工作井内进行180°旋转和平移，最后将后段也平移至侧井中并拼接该前、后两段以复原该盾构机。本发明具有施工简单、节约工期的优点，适合大型盾构机，尤其是直径大于11m的超大直径盾构的施工。

1、  一种盾构机原地调头的施工方法，用于将进洞工作井中的盾构机调头并移至相邻的侧井中，其特征在于：首先将进洞的盾构机安置于基座搁架上并将之分割成前、后两段，然后将前段平移至相邻的侧井中，随后将前、后两段分别在侧井和进洞工作井内进行180°旋转和平移，最后将后段也平移至侧井中并拼接该前、后两段以复原该盾构机。

2、  根据权利要求1所述的盾构机原地调头的施工方法，其特征在于：所述施工方法的施工步骤如下：
(1)在进洞工作井中安装基座搁架，盾构机进洞并座置于该基座搁架上；
(2)分割盾构机成前、后两段并用位移千斤顶顶推使该前、后两段脱离；
(3)用位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架一起顶推横向平移至相邻的侧井中；
(4)通过转向千斤顶的顶推，所述盾构机的前、后段连同下方的基座搁架一起分别在侧井和进洞工作井内进行180°旋转；
(5)用位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架一起顶推在侧井内向前平移，用位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架一起顶推在进洞工作井内向前平移；
(6)用位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架一起顶推，使之横向平移至所述侧井中；
(7)对拼并焊接所述前、后两段以复原该盾构机。

3、  根据权利要求2所述的盾构机原地调头的施工方法，其特征在于：所述施工方法各施工步骤的具体内容如下：
步骤(1)—
在进洞工作井和相邻的侧井的井内砼底板上铺满钢板，在进洞工作井中的钢板上安装钢结构基座搁架，该基座搁架包括有结构相同的前座架和后座架，该两座架能够调整坡度且绕各自中心的垂直中轴旋转，将基座搁架的纵向坡度调整为4.5％，并通过支承垫块和井壁支撑将整个基座搁架稳固住，然后盾构机进洞并座置于该基座搁架的前、后座架上，拆除井壁支撑和支承垫块并将基座搁架连同盾构机整体调坡成水平状态，对盾构机壳及其内部装置进行焊接定位和加固；
步骤(2)—
在位于机内千斤顶尾端处将盾构机及其内部部件分割成前、后两段，其前段座置于所述前座架上，后段座置于所述后座架上，然后用安装于前、后座架之间的位移千斤顶顶推使该前、后两段脱离；
步骤(3)—
用安装于前座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架的前座架一起顶推，使之横向平移至相邻的侧井中，并且再纵向平移使前座架的中心座合于侧井井内砼底板的中心上，用安装于后座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架的后座架一起顶推，使之纵向平移至后座架的中心座合于进洞工作井井内砼底板的中心上；
步骤(4)—
在前、后座架的四角处分别安装转向千斤顶和反力座，通过转向千斤顶对反力座的顶推，所述盾构机的前、后段连同下方的基座搁架的前、后座架一起，分别在侧井和进洞工作井内绕前、后座架中心的垂直中轴各自进行180°旋转；
步骤(5)—
用安装于前座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架的前座架一起顶推，使之在侧井内沿出洞方向向前平移，用安装于后座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架的后座架一起顶推，使之在进洞工作井内沿进洞方向向前平移；
步骤(6)—
用安装于后座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架的后座架一起顶推，使之横向平移至所述侧井内盾构的前段的正后方；
步骤(7)—
用安装于前座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架的前座架一起顶推并向盾构机的后段靠拢对拼，然后将盾构机前、后两段及其内部部件焊接起来以复原该盾构机。

4、  根据权利要求1、2或3所述的盾构机原地调头的施工方法，其特征在于：所述基座搁架包括有结构相同的前座架和后座架，该前、后座架各自包括若干榀桁架、滑动支座、连接杆、导轨和旋转轴装置，所述若干榀桁架横向平行地排列，每榀桁架由水平的横梁与两端垂直的立柱构成，其上部为凹形的承载部，该立柱内设置有顶升千斤顶，所述滑动支座均匀地设置于各榀桁架的横梁下方，其底端为具有减磨性能的滑块，所述连接杆包括纵向连接杆和斜向连接杆，其分别沿纵向和斜向将该若干榀桁架连接固定起来，所述导轨沿纵向固定铺设于该若干榀桁架的承载部上，所述旋转轴装置分别位于前座架和后座架中心的下部，其能够支撑整个座架绕该旋转轴装置水平旋转。

一种盾构机原地调头的施工方法
技术领域：
本发明涉及隧道的盾构施工方法，特别涉及一种在工作井内实现盾构机原地调头的施工方法，属于建筑工程技术领域。
背景技术：
在隧道盾构法施工过程中，当盾构机完成一条隧道的掘进施工后，有时需要调头以便开始第二条临近隧道的掘进，通常的做法是将盾构机先解体、吊装，然后再拼装的方法，但这种施工方法需要大型起吊设备，并且花费时间较长，具有工艺复杂、施工周期长的缺点。
经对现有技术文献的检索，未发现相关已申请或已公开的专利。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的问题，提供一种盾构机原地调头的施工方法，其不需借助大型起吊设备，不必拆卸盾构设备，通过对盾构机分割、横移、旋转、拼接的步骤实现盾构机在工作井内的调头移位，从而达到简化施工、缩短工期的目的。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种盾构机原地调头的施工方法，用于将进洞工作井中的盾构机调头并移至相邻的侧井中，其特征在于：首先将进洞的盾构机安置于基座搁架上并将之分割成前、后两段，然后将前段平移至相邻的侧井中，随后将前、后两段分别在侧井和进洞工作井内进行180°旋转和平移，最后将后段也平移至侧井中并拼接该前、后两段以复原该盾构机。
本发明所述盾构机原地调头的施工方法，其施工步骤的具体内容如下：
(1)在进洞工作井中安装基座搁架，盾构机进洞并座置于该基座搁架上在进洞工作井和相邻的侧井的井内砼底板上铺满钢板，在进洞工作井中的钢板上安装钢结构基座搁架，该基座搁架包括有结构相同的前座架和后座架，该两座架能够调整坡度且绕各自中心的垂直中轴旋转，将基座搁架的纵向坡度调整为4.5％，并通过支承垫块和井壁支撑将整个基座搁架稳固住，然后盾构机进洞并座置于该基座搁架的前、后座架上，拆除井壁支撑和支承垫块并将基座搁架连同盾构机整体调整下降成水平状态，对盾构机壳及其内部装置进行焊接定位和加固；
(2)分割盾构机成前、后两段并用位移千斤顶顶推使该前、后两段脱离
在位于机内千斤顶尾端处将盾构机及其内部部件分割成前、后两段，其前段座置于所述前座架上，后段座置于所述后座架上，然后用安装于前、后座架之间的位移千斤顶顶推使该前、后两段脱离；
(3)用位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架一起顶推横向平移至相邻的侧井中
用安装于前座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架的前座架一起顶推，使之横向平移至相邻的侧井中，并且再纵向平移使前座架的中心座合于侧井井内砼底板的中心上，用安装于后座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架的后座架一起顶推，使之纵向平移至后座架的中心座合于进洞工作井井内砼底板的中心上；
(4)通过转向千斤顶的顶推，所述盾构机的前、后段连同下方的基座搁架一起分别在侧井和进洞工作井内进行180°旋转
在前、后座架的四角处分别安装转向千斤顶和反力座，通过转向千斤顶对反力座的顶推，所述盾构机的前、后段连同下方的基座搁架的前、后座架一起，分别在侧井和进洞工作井内绕前、后座架中心的垂直中轴各自进行180°旋转；
(5)用位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架一起顶推在侧井内向前平移，用位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架一起顶推在进洞工作井内向前平移
用安装于前座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架的前座架一起顶推，使之在侧井内沿出洞方向向前平移，用安装于后座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架的后座架一起顶推，使之在进洞工作井内沿进洞方向向前平移；
(6)用位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架一起顶推，使之横向平移至所述侧井中
用安装于后座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架的后座架一起顶推，使之横向平移至所述侧井内盾构的前段的正后方；
(7)对拼并焊接所述前、后两段以复原该盾构机
用安装于前座架与井壁之间的位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架的前座架一起顶推并向盾构机的后段靠拢对拼，然后将盾构机前、后两段及其内部部件焊接起来以复原该盾构机。
本发明所述盾构机原地调头的施工方法的基座搁架包括有结构相同的前座架和后座架，该前、后座架各自包括若干榀桁架、滑动支座、连接杆、导轨和旋转轴装置，所述若干榀桁架横向平行地排列，每榀桁架由水平的横梁与两端垂直的立柱构成，其上部为凹形的承载部，该立柱内设置有顶升千斤顶，所述滑动支座均匀地设置于各榀桁架的横梁下方，其底端为具有减磨性能的滑块，所述连接杆包括纵向连接杆和斜向连接杆，其分别沿纵向和斜向将该若干榀桁架连接固定起来，所述导轨沿纵向固定铺设于该若干榀桁架的承载部上，所述旋转轴装置分别位于前座架和后座架中心的下部，其能够支撑整个座架绕该旋转轴装置水平旋转。
与现有技术相比，本发明所述的盾构机原地调头的施工方法采用了直接分割盾构机，并借助基座搁架和千斤顶将之平移旋转、平移，然后再拼接复原盾构机的方法，实现了盾构机在工作井内的原地调头移位。该施工方法不需借助大型起吊设备，不必拆卸盾构设备，因而具有施工简单、节约工期的优点。
附图说明：
图1为本发明施工流程图。
图2为本发明的基座搁架的结构立面示意图。
图3为本发明的基座搁架的结构平面示意图。
图4为本发明的基座搁架的局部结构示意图。
图5为本发明的基坑施工状态图之一。
图6为本发明的基坑施工状态图之二。
图7为本发明的基坑施工状态图之三。
图8为本发明的基坑施工状态图之四。
图9为本发明的基坑施工状态图之五。
图10为本发明的基坑施工状态图之六。
图11为本发明的基坑施工状态图之七。
图中，
1 表示进洞工作井            1′表示侧井
2 表示进洞洞圈              2′表示出洞洞圈
3 表示盾构机                4 表示盾构机后段
5 表示机内千斤顶        6 表示盾构机前段       7 表示基座搁架
8 表示桁架           81 表示横梁           82 表示立柱
9 表示纵向连接杆     10 表示斜向连接杆     11 表示转向千斤顶
12 表示反力座        13 表示顶升千斤顶     14 表示旋转轴装置
15 表示导轨          16 表示滑动支座
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
本实施例采用了本发明的技术方案进行施工，其给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不局限于下述的实施例。
以某盾构隧道施工工程为例，该工程采用直径φ14.87m泥水气平衡盾构施工，属超大型盾构。盾构主机总重达1900吨，长为12.65米，其重心在距刀盘切口4.3米处。请参阅图5，盾构机3已完成一条隧道的掘进，将通过进洞洞圈2进入进洞工作井1，并准备调头转场至相邻的侧井1′以便穿出出洞洞圈2′进行另一条隧道的掘进。若按传统施工方式采用对盾构机先解体、吊装，然后再拼装的方法，则工期长、成本高，且工艺复杂。
该工程采用了本发明所述的盾构机原地调头的施工方法，首先将进洞的盾构机3安置于基座搁架上并将之分割成前、后两段，然后将前段平移至相邻的侧井1′中，随后将前、后两段分别在侧井1′和进洞工作井1内进行180°旋转和平移，最后将后段也平移至侧井1′中并拼接该前、后两段以复原该盾构机3。
现结合附图1本发明的施工流程图对该工程施工全过程的各施工步骤的具体内容说明如下：
(1)在进洞工作井中安装基座搁架，盾构机进洞并座置于该基座搁架上。
此步骤是全部施工之前所作的准备工作，其按下列步骤进行：
①在进洞工作井1和相邻的侧井1′的井内砼底板上铺满16mm厚的钢板作为滑移面以减少滑动摩擦，钢板之间通过焊接连接并将焊缝打磨平滑；铺设时钢板应与砼底板接触可靠，为防止钢板位移或拱起，根据计划的滑移轨迹线，在不影响盾构机3移动的前提下，通过膨胀螺栓将钢板与砼面连接固定。
②在进洞工作井1中的钢板上安装用于安置盾构机3的钢结构基座搁架。请结合参阅图2和图3，该基座搁架7是按照设计预先加工好的，安装时要使基座搁架7的轴线与进洞工作井1内盾构机3进洞的轴线一致，即与进洞洞圈2的轴线一致。
该基座搁架7包括有结构相同的前座架和后座架，该前、后座架能够调整坡度且绕各自中心的垂直中轴旋转，其各自包括若干榀桁架8、滑动支座16、连接杆、导轨15和旋转轴装置14。所述若干榀桁架8横向相互平行地排列，每榀桁架8由水平的横梁81与两端垂直的立柱82构成，其上部为凹形的承载部用以支承盾构机3；再请参阅图4，该立柱82内设置有顶升千斤顶13用以调整基座搁架7的坡度，该顶升千斤顶13的布置根据需要进行，其规格为100吨—200吨。所述滑动支座16是一种内置油缸、能够自动调节高度的现有成熟装置，用以支撑基座搁架7及其上面的盾构机3在井底钢板上滑移，其底端为减磨高分子材料做成的具有减磨性能的滑块，该基座搁架7上设有多个滑动支座16并均匀地分布于各榀桁架8的横梁81下方。所述连接杆包括纵向连接杆9和斜向连接杆10，其分别沿纵向和斜向将该若干榀桁架8连接固定起来。所述导轨15的数量为2—4根，由方钢制成，其沿纵向固定铺设于该若干榀桁架8的承载部上，以便盾构机3座入滑移时直接与之下表面接触。所述旋转轴装置14分别位于前座架和后座架中心的下部，形成盾构机3及座架旋转时的轴心，其支撑整个座架绕该旋转轴装置14水平旋转，并且能够防止偏转和减小转动扭矩。
③用顶升千斤顶13将基座搁架7的纵向坡度调整为4.5％，随后在基座搁架7下垫入支承垫块，并通过井壁支撑将整个基座搁架7与四周井壁支撑稳固住，使盾构机3座入基座搁架7的导轨15上产生400吨滑移推力时，整个支撑体系能够满足稳固的要求。
再请参阅图5，盾构机3完成土体掘进进入进洞洞圈2后，靠自身机内千斤顶5的顶力缓慢移动，逐渐座入基座搁架7的导轨15上并到达设计位置就位，盾构机3的前后段分别座置于该基座搁架7的前、后座架上。
拆除井壁支撑和支承垫块，并通过顶升千斤顶13将盾构机3连同其上的盾构机3整体调整下降成水平状态，在顶升和调降过程中始终应控制好盾构机3与基座搁架7的平稳。
④为了防止移动对于盾构机3造成损坏或变形，对盾构机3机壳及其内部的装置进行焊接定位和加固。对盾构机3内的拼装机在盾壳体内进行定位焊装支承和稳固支撑，在平移梁之间进行连接支撑，以确保平移梁不变形，平移梁间距相对不变动；同时对盾构机3盾尾壳体进行二道环箍和多个支承架焊装，以达到刚度加固、防止其圆度变形的目的。
(2)分割盾构机成前、后两段并用位移千斤顶顶推使该前、后两段脱离。
准备工作完成后，在位于盾构机3机内千斤顶5的尾端处(图5中A-A)用气刨加气割将盾构机3及其内部部件(包括拼装机平移梁)分割成前、后两段6和4，请参阅图6，其前段6座置于所述前座架上，后段4座置于所述后座架上。然后将位移千斤顶安装于前座架与后座架之间并且缓慢顶推约1.4m行程，使该前、后两段6与4脱离，盾构机3壳尾分割端环面与机内千斤顶5周圈的靴板面脱离约0.15m的间距。
(3)用位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架一起顶推横向平移至相邻的侧井中。
将4个100吨油压位移千斤顶(实际每个油缸顶推力为43吨，设计摩擦系数按0.1计算)安装于前座架与进洞工作井1的井壁之间，利用井壁侧墙或焊装在底面钢板上的顶推支架为反力后背，将盾构机3的前段6连同下方的基座搁架7的前座架一起顶推，请参阅图7，按照预定的滑移轨迹线路(图中箭头所示)，使之由进洞工作井1横向平移至相邻的侧井1′中，并且再纵向朝出洞洞圈2′的洞门方向平移，使前座架的中心座合于侧井1′井内砼底板的中心上。
然后用安装于后座架与进洞工作井1井壁之间的4个50吨位移千斤顶(实际推力为10吨)，将盾构机3的后段4连同下方的基座搁架7的后座架一起顶推，使之纵向平移，直至后座架的中心座置重合于进洞工作井1井内砼底板的中心上。
(4)通过转向千斤顶的顶推，所述盾构机的前、后段连同下方的基座搁架一起分别在侧井和进洞工作井内进行180°旋转。
请结合参阅图3和图8，分别在前座架和后座架的四角处各安装一转向千斤顶11，在其旋转轨迹相对位置的砼底板的钢板上固定安装一反力座12，每只转向千斤顶11的两端分别与基座搁架7、反力座12联接，联接部位均带有双型U型活络铰，每台转向千斤顶11的顶推力为50吨。
通过转向千斤顶11对反力座12的顶推，所述盾构机3的前、后段6和4连同下方的基座搁架7的前、后座架一起，分别在侧井1′和进洞工作井1内绕前、后座架中心的垂直中轴各自进行180°旋转(见图8中箭头所示)。旋转时4台转向千斤顶11同时动作，旋转力臂为5.725m，经计算，4台转向千斤顶11完全能够满足旋转动力需要。旋转时整个基座搁架7的座架在旋转轴装置14上转动，以保证整个旋转过程座架及其上面的前、后段6和4不偏移中心位置。
整个旋转过程分若干次逐阶段进行，每次转向千斤顶11顶程仅能使整个座架转动5～10°，每转动一次后，即需要重新焊装反力座12，再进行下一阶段的顶推，周而复始以完成盾构机3前段6和后段4的180°转向调头。
(5)用位移千斤顶将盾构机的前段连同下方的基座搁架一起顶推在侧井内向前平移，用位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架一起顶推在进洞工作井内向前平移。
再请参阅图9，盾构机3的前段6和后段4完成转向调头后，用安装于前座架与侧井1′井壁之间的位移千斤顶将盾构机3的前段6连同下方的基座搁架7的前座架一起顶推，使之在侧井1′内沿出洞方向向前平移，即向出洞洞圈2′的方向平移，并使前段6的中轴线与该出洞洞圈2′的轴线重合。
同样地，用安装于后座架与进洞工作井1井壁之间的位移千斤顶将盾构机3的后段4连同下方的基座搁架7的后座架一起顶推，使之在进洞工作井1内沿进洞方向向前平移，即向进洞洞圈2的方向平移。
(6)用位移千斤顶将盾构机的后段连同下方的基座搁架一起顶推，使之横向平移至所述侧井中。
然后用安装于后座架4与进洞工作井1井壁之间的位移千斤顶将盾构机3的后段4连同下方的基座搁架7的后座架一起顶推，使之横向平移至所述侧井1′中，并位于盾构机3的前段6的正后方，同样使后段4的中轴线与前段6的轴线重合，也即与侧井1′出洞洞圈2′的轴线重合，状态可参阅图10。
(7)对拼并焊接所述前、后两段以复原该盾构机。
先固定后段4的最终安装位置，然后用安装于前座架与侧井1′井壁之间的位移千斤顶将盾构机3的前段6连同下方的基座搁架7的前座架一起顶推并向盾构机3的后段4靠拢，使两段的盾构机3机壳之间环缝间隙均等，壳体和拼装机平移梁上若干个定位装置通过微量调移后都对准孔眼、穿上销轴，达到合拢对接要求，从而盾构机3在原分割面A-A上实现对拼；随后对前、后段6和4的壳体、平移梁及前、后座架进行焊接，焊前应对焊接坡口刨割、打磨，达到焊缝强度要求，从而复原该盾构机3。
盾构机3复原后，即用顶升千斤顶13对整体基座搁架7和盾构机3进行顶升，将之从水平状态调坡为-4.5％，然后在基座搁架7下部垫入支承垫块，并通过井壁支撑将整个基座搁架7与侧井1′四周井壁支撑稳固住，从而使盾构机3完成平移、转向并就位于下一步出洞掘进的起始位置。