盾构机始发的施工装置及施工方法技术领域
本发明属于地铁隧道工程技术领域，具体涉及一种盾构机始发的施工装置及施工
方法。
背景技术
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，
通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生隧道内的坍塌，同时在开挖前方用切削装置进
行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，
形成隧道结构的一种机械化施工方法。随着国家经济的飞速发展和城市化进程的不断加
快，城市轨道交通也得到了空前发展，盾构法施工以其安全性和高效性成为了城市地铁施
工的首选工法。但由于工程地质的千变万化，盾构法施工所绵连的工程风险也大小不一，尤
其在盾构始发时，所面对的工程风险已经成为整个施工过程的重要风险源之一。在已经发
生的众多盾构始发工程事故中，在洞门地质条件为稳定性差、渗透系数大、含水量丰富的粉
细砂层最为常见。近年来新应用了一种钢套筒平衡始发的技术，使盾构机在始发过程中相
当于在一个没有水土压力突变的环境中完成，从而保证了安全。但是该方法所采用的是圆
柱形状的钢套筒，在其底部安装固定支架，这样存在这以下的问题，圆柱状的钢套筒在基坑
中安装时不容易与隧道中心线对齐，难以保证其误差，使盾构机始发时容易发生偏离；其次
钢套筒的底部为圆弧状，盾构机托架在钢套筒底部安装困难，影响施工人员的工作效率。
发明内容
本发明针对上述背景技术中存在的技术问题，提供一种盾构机始发的施工装置。
一种盾构机始发的施工装置，包括洞门钢环板、洞门密封装置、钢套筒、盾构机和
负环管片，所述洞门钢环板预埋在洞门上，所述盾构机安装在钢套筒内部，所述洞门密封装
置包括延伸环、第一密封件和第二密封件，所述延伸环与洞门钢环板固定连接，所述第一密
封件和第二密封件均为橡胶帘布及折页压板构成的组合件，所述第一密封件通过锚固连接
在延伸环与洞门钢环板的连接处，所述第二密封件安装在延伸环的末端；所述钢套筒的前
端面与延伸环通过法兰固定连接；
所述钢套筒为U形结构，钢套筒分为多段，每段由上、下两半部拼装而成，上半部为两块
弧形板，下半部为两块直板，上、下两半部之间以及弧形板之间均设有密封橡胶垫，并通过
法兰固定连接；
所述钢套筒的直板底部设置有向两侧延伸的脚板，所述脚板上设有植筋孔，钢套筒通
过脚板锚固固定在基坑底板；
所述负环管片设置钢套筒内，所述盾构机的千斤顶顶住负环管片，末节负环管片的外
侧覆盖有钢板管片，所述钢套筒的末端与负环管片通过弧形钢板焊接封闭；
所述钢套筒上设有用于注入填料的入料口。
进一步的，所述钢套筒外周设有形成网格状的纵向和环向的加强筋，所述钢套筒
的外侧设有支撑件，所述支撑件一端固定于钢套筒，另一端与基坑的侧墙顶紧。网状的加强
筋可以保证钢套筒的强度。
进一步的，所述延伸环内部设有2-8根导轨，所述导轨呈圆周均匀分布。设置导轨
可以保证盾构机在始发期间不会出现“叩头”现象，保证始发工作顺利开展。
进一步的，所述导轨的横截面呈直角梯形，其斜面朝向钢套筒方向，且与水平方向
的夹角为30°-60°。
进一步的，所述第一密封件与延伸环的连接处设有加劲板。使第一密封件牢固的
安装在延伸环内。
进一步的，所述钢套筒的末端外侧还设有为盾构机千斤顶提供反力的反力架。
本发明还提出了该施工装置的一种施工方法，步骤如下：
1）将洞门钢环板预埋在基坑的洞门内；
2）在延伸环前端安装第一密封件，连接延伸环与洞门钢环板，在延伸环末端安装第二
密封件；
3）在基坑底板上标记钢套筒的中心线和隧道中心线，钢套筒分为3段，将第一段钢套筒
的两侧直板下井定位，并用型钢支撑临时固定，将钢套筒上部的两块弧形板的对接法兰用
螺栓连接组成半圆，吊装下井，将钢套筒的上部与下部对接，通过螺栓连接；
4）第一段钢套筒组装完成后用液压千斤顶推进至延伸环末端部，通过钢套筒端面法兰
将钢套筒和延伸环连接；
5）按照步骤3）和4）依次将第二段和第三段钢套筒固定连接；
6）钢套筒拼接完成后，在脚板的植筋孔内植筋，加固钢套筒与基坑底板的连接；
7）安装盾构机托架，将盾构机托架与基坑底板锚固，并通过横向筋板与钢套筒底部焊
接；
8）在盾构机末端拼装负环管片，钢套筒末端与末节负环管片通过弧形钢板焊接封闭，
将整个钢套筒形成密闭体；
9）延伸环与钢套筒底部之间的间隙使用C30混凝土浇筑密实；
10）钢套筒安装完成后，在其外侧浇筑反压混凝土，对钢套筒补充封闭；
11）钢套筒外侧通过支撑件进行加固，支撑件另一端顶住基坑的侧墙，钢套筒末端的弧
形钢板顶到反力架；
12）向钢套筒的入料口注入惰性料液。
进一步的，步骤3）中钢套筒中心线和隧道中心线重合，且误差不大于1cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将钢套筒设计成U形结构，其底部为直板，利于在基坑中对中安装；盾构机托架
可以直接安装在基坑上，根据预先标记的钢套筒的中心线和隧道中心线安装可控制其在极
小的误差范围内而且安装方便，提高工作效率；在洞门采用1节延伸环、2道橡胶帘布与折页
压板组合件组成了洞门密封装置，而且在各个连接处均加以了密封措施，确保钢套筒形成
一个密闭空间，保证了盾构机始发的安全。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的钢套筒中间断面的结构示意图；
图3是本发明的钢套筒与延伸环连接断面的结构示意图；
图4是本发明的导轨横截面的结构示意图；
图中零部件名称及序号：
洞门钢环板1，钢套筒2，盾构机3，负环管片4，延伸环5，第一密封件6，第二密封件7，千
斤顶8，基坑底板9，弧形钢板10，加强筋11，支撑件12，导轨13，反力架14，盾构机托架15，横
向筋板16，C30混凝土17，导轨18；
弧形板201，直板202，脚板203，加强筋204，入料口205。
具体实施方式
以下结合附图和实施例描述本发明，以下实施例以发明最优效果进行解释说明，
但是这些实施例并非本发明的限制。
如图1-3所示，一种盾构机始发的施工装置，包括洞门钢环板1、洞门密封装置、钢
套筒2、盾构机3和负环管片4，洞门钢环板1预埋在洞门上，盾构机3安装在钢套筒2内部；洞
门密封装置包括延伸环5，第一密封件6和第二密封件7，保证盾构机始发的安全性，延伸环5
与洞门钢环板固定连接，第一密封件6和第二密封件7均是采用由橡胶帘布和折页压板构成
的组合件，第一密封件6通过锚固连接安装在延伸环5和洞门钢环板1的连接处，并在第一密
封件6与延伸环5的连接处安装加劲板，第二密封件通过锚固连接安装在延伸环5的末端。
钢套筒2的前端面设计有法兰，钢套筒2法兰通过螺旋与延伸环5连接；钢套筒2的
结构设计成U形，钢套筒2可以分为多段，本实施例的钢套筒2分为3段，每段分别由上、下两
半部拼装而成，上半部为两块弧形板201组成半圆形，下半部为两块直板202，上、下两半部
之间以及弧形板201之间均设有密封橡胶垫，并通过法兰固定连接；钢套筒2的直板202底部
设置有向两侧延伸的脚板203，脚板203上设有植筋孔，通过插入植筋，钢套筒2锚固固定在
基坑底板9；钢套筒2外周设有形成网格状的纵向和环向的加强筋204，保证钢套筒2的刚度，
钢套筒2的外侧设有多根支撑件12，支撑件12一端固定于钢套筒2，另一端与基坑的侧墙顶
紧；钢套筒2上还设有用于注入填料的入料口205。
负环管片4设置钢套筒2内，盾构机的千斤顶8顶住负环管片，末节的负环管片的外
侧覆盖有钢板管片，钢套筒2的末端与末节的负环管片通过弧形钢板10焊接封闭，将整体钢
套筒2形成密闭体。
为了防止盾构机3始发的时候发生“叩头”现象，在延伸环5的内部设置4根圆周均
匀分布的导轨18，导轨18的横截面呈直角梯形，其斜面朝向钢套筒方向，且与水平方向的夹
角为30°，引导盾构机按照正确的轴向行进。
钢套筒2的末端外侧还设有为盾构机千斤顶8提供反力的反力架14。
本发明的盾构机始发的施工方法，包括以下步骤：
1）将洞门钢环板1预埋在基坑的洞门内；
2）在延伸环5前端安装第一密封件7，连接延伸环5与洞门钢环板1，在延伸环5末端安装
第二密封件7；
3）在基坑底板9上标记钢套筒2的中心线和隧道中心线，钢套筒中心线和隧道中心线重
合，且误差不大于1cm，钢套筒2分为3段，将第一段钢套筒2的两侧直板202下井定位，并用型
钢支撑临时固定，将钢套筒2上部的两块弧形板201的对接法兰用螺栓连接组成半圆，吊装
下井，将钢套筒2的上部与下部对接，通过螺栓连接；
4）第一段钢套筒2组装完成后用液压千斤顶推进至延伸环5末端部，通过钢套筒2端面
法兰将钢套筒和延伸环5连接；
5）按照步骤3）和4）依次将第二段和第三段钢套筒2固定连接；
6）钢套筒2拼接完成后，在脚板203的植筋孔内植筋，加固钢套筒2与基坑底板9的连接；
7）安装盾构机托架15，将盾构机托架15与基坑底板9锚固，并通过横向筋板16与钢套筒
2底部焊接；
8）在盾构机3末端拼装负环管片4，钢套筒2末端与末节负环管片4通过弧形钢板10焊接
封闭，将整个钢套筒2形成密闭体；
9）延伸环5与钢套筒3底部之间的间隙使用C30混凝土浇筑密实；
10）钢套筒2安装完成后，在其外侧浇筑反压混凝土，对钢套筒2补充封闭；
11）钢套筒2外侧通过支撑件12进行加固，支撑件12另一端顶住基坑的侧墙，钢套筒2末
端的弧形钢板10顶到反力架；
12）向钢套筒2的入料口205注入惰性料液。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限
定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的
变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的
变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。