尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装，包括输水单元、多个高压水囊和多根导向条，高压水囊分别固定在尾盾壳体内壁上，且位于尾盾壳体内壁和管片环外周面之间。输水单元包括工业水箱、输入水管、高压水泵、输出水管和末端软管，一组数个高压水囊输入水管并联成一路总输入水管，输水单元的末端软管一端通过快速接头、总输入水管与一组数个高压水囊相连。本发明专利技术的施工方法包括1）分别安装高压水囊并连接输水单元，2）拼装一圈管片环，3）依次完成一圈管片环内高压水囊单元的注水加压。4）盾构掘进与监测。本发明专利技术可防止已变形的尾盾壳体内壁挤压管片块，降低了成型隧道内管片的破损，提高了施工效率，降低了施工成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装及施工方法


[0001]本专利技术涉及一种水下隧道的施工工装及方法，特别涉及一种水下大直径盾构的尾盾已产生塑性变形后仍能继续掘进的施工工装及方法，属于隧道工程


技术介绍

[0002]盾构是用于建造穿越江河、海底水下隧道的主要设备之一，近年来正在向着大深度、大断面、长距离的方向发展并在国内外逐渐建成了一批大直径（隧道断面直径在8～14m之间）甚至超大直径（隧道断面直径大于14m）的海底或江底隧道和城市道路隧道。
[0003]随着盾构穿越地层种类不断增加，施工难度逐渐加大，对盾构的制造技术及掘进控制也提出了更高的要求。大直径盾构是指直径在8～14m之间的盾构，大直径盾构在密实地层中掘进过程中，在各种阻力的综合作用下盾构挖掘路径容易发生偏移，需要及时进行纠偏，在盾构纠偏过程中会产生较大的地基反力和被动土压力。盾构的尾盾作为管片运输和拼装的工作空间，采用薄壁圆筒结构造成尾盾是盾构强度和刚度的最薄弱的部分，由于盾体安全储备不足加之不良的操作、长期蛇形前进等原因可能会引起尾盾壳体产生不同程度的塑性变形，影响盾构掘进，严重的甚至会导致油缸撑靴与尾盾产生摩擦、管片与尾盾贴紧等导致盾构被困无法继续前进。
[0004]现有的尾盾壳体变形矫正方式如下：先将变形区域的尾盾壳体割除开窗，然后清理外部固结物或障碍物，再对尾盾壳体进行整圆矫正并补焊割除的窗口。申请号202010575523 .4的专利技术专利申请公开了“用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装及方法”，该申请采用圆环形工装配合开孔放砂等辅助性措施，实现尾盾变形矫正及整圆，可以保证尾盾钢板与油缸撑靴及成型管片拉开间隙，使盾构实现脱困。申请号202010711631.X的专利技术专利申请公开了“一种处置富水砂层中盾尾变形的矫正工装及其施工工艺”可快速实现拼装、拆除作业，满足重复使用的要求，对盾构后续正常掘进提供保障。可作为常规的盾构矫正手段，适用范围广。然而，上述的尾盾变形矫正施工方法存在结构加工复杂、施工周期长、安全风险高等缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装及施工方法，不需对变形尾盾进行矫正，就能保证盾构正常掘进。
[0006]本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装，包括输水单元、多个高压水囊和多根导向条，所述多根导向条沿尾盾壳体内壁径向均匀分布，分别固定在尾盾壳体内壁上；高压水囊位于两根导向条之间，分别固定在尾盾壳体内壁上，且位于尾盾壳体内壁和管片环外周面之间；所述输水单元包括顺次连接的工业水箱、输入水管、高压水泵、输出水管和末端软管，压力表旁接在输出水管上，工业水箱位于盾构内，高压水囊输入水管分别接有截止阀，数个高压水囊输入水管并联成一路总输入水管，所述总输入水管一端与快速
接头固定连接，输水单元的末端软管一端依次通过快速接头、总输入水管、高压水囊输入水管与数个高压水囊相连。
[0007]本专利技术的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
[0008]进一步的，所述高压水囊包括囊体、数根横向束带和一根纵向束带，间隔设置的数根横向束带分别绕囊体横向一周，一根纵向束带绕囊体纵向中心一周，所述横向束带和纵向束带分别粘接固定在囊体上，高压水囊一端和两侧分别间隔设有连接板，高压水囊通过穿过连接板的紧固螺钉固定在尾盾壳体内壁上。
[0009]进一步的，高压水囊的充水水压为1.0～1.5Mpa，高压水囊充水加压后厚度≥40mm。
[0010]进一步的，所述囊体的材质采用耐磨橡胶。所述横向束带和纵向束带的材质均采用三元乙丙橡胶。
[0011]一种使用尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装的施工方法，包括以下步骤：1）分别安装高压水囊：根据管片拼装工序进展和高压水囊安装在尾盾壳体内壁的位置要求，确定高压水囊的连接板定位孔中心的位置；先用磁力钻机在尾盾露出区域内分别进行钻孔，然后进行机攻或人工攻丝，逐一完成尾盾壳体内壁的螺纹孔加工；接着将紧固螺钉分别横穿过高压水囊的连接板定位孔后拧入对应螺纹孔中，从而将高压水囊分别固定在尾盾壳体内壁各自对应位置的2根导向条之间；从尾盾壳体内壁的底部开始，多个高压水囊纵向相邻地排列成绕尾盾壳体内壁一周的环形，高压水囊的长度与将要铺设的一圈管片环的宽度匹配；2）高压水囊单元连接输水单元：根据盾构竖直径向高程将尾盾壳体内壁一周的多个高压水囊分为若干个高压水囊单元，每一高压水囊单元分别包括数个高压水囊，所述数个高压水囊的输入水管并联成一路总输入管后与快速接头固定连接，输水单元的末端软管一端分别与高压水囊单元的总输入管端头的快速接头相连，完成高压水囊单元与输水单元的连接；3）拼装一圈管片环：综合评估盾构油缸的伸出行程、盾构姿态和盾尾间隙，确定尾盾内封顶F管片块的拼装点位；采用相邻的标准管片块和邻接管片块错缝拼装的安装方式，首先拼装一圈管片环底部的B3标准块管片，随后左右交叉拼装标准块管片及邻接块管片，并及时依次拧紧相邻管片块的数个环纵缝连接螺栓螺母组件，最后沿隧道轴向插入封顶的F管片块，并依次最终拧紧所有环纵缝连接螺栓螺母组件，完成一圈管片环的拼装；4）注水加压高压水囊单元：一圈管片环拼装完成后，先分别开启一组高压水囊单元各高压水囊的截止阀，然后启动输水单元的高压水泵对各高压水囊注水加压，以压力表读数为准进行控制；各组水压以高压水囊所处高程位置盾体外侧水土压力为准，加压过程中，观察环纵缝连接螺栓螺母组件及管片环纵缝束紧情况，及时对高压水囊的水压进行相应调整；在注水加压结束后，先关闭高压水泵，然后分别关闭各高压水囊的截止阀，最后及时进行环纵缝连接螺栓螺母组件的复紧；5）依次完成一圈管片环内其余高压水囊单元的注水加压：重复步骤4）的过程，逐步完成一圈管片环内其余高压水囊单元的注水加压；6）盾构掘进与监测：盾构采用分段式掘进方式，按管片环宽度分成两阶段掘进，第
一阶段掘进深度为管片环宽度的3/4，第二阶段掘进深度为管片环宽度的1/4；第一阶段以控制盾构掘进速度为主，盾构姿态为辅，第二阶段以控制盾构姿态为主；尾盾壳体内壁至油缸撑靴端面的距离C即盾尾间隙≥40mm；盾构掘进距离至175～185cm时，按照盾构油缸的点位进行全环测量各点位的盾尾间隙，同时测量尾盾壳体已发生塑性变形区域的导向条间距；在盾构每掘进完成20～30管片环时，采用全站仪进行盾尾圆度测量，基于最小二乘法的曲线拟合原理进行盾尾圆度绘图，从而掌握尾盾壳体的变形情况；根据盾尾间隙及尾盾壳体圆度变化情况，合理选择管片环的管片块的拼装顺序，并针对尾盾壳体环面不同位置的变形量，合理调整对应区域的高压水囊水压，使得该区域的管片块不会受到已变形的尾盾壳体的挤压，确保盾构能正常掘进。盾构掘进速度为25～35mm/min。
[0012]本专利技术在尾盾壳体内壁和管片外周面之间，增设环绕尾盾壳体内壁一圈的若干组高压水囊，利用高压水囊隔开尾盾壳体和管片，从而无需使用大型结构构件进行尾盾变形矫正及对盾体结构进行加固，有效降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装，其特征在于，包括输水单元、多个高压水囊和多根导向条，所述多根导向条沿尾盾壳体内壁径向均匀分布，分别固定在尾盾壳体内壁上；高压水囊位于两根导向条之间，分别固定在尾盾壳体内壁上，且位于尾盾壳体内壁和管片环外周面之间；所述输水单元包括顺次连接的工业水箱、输入水管、高压水泵、输出水管和末端软管，压力表旁接在输出水管上，工业水箱位于盾构内，高压水囊输入水管中分别设有截止阀，数根高压水囊输入水管并联成一路总输入水管，所述总输入水管一端与快速接头固定连接，输水单元的末端软管一端依次通过快速接头、总输入水管、高压水囊输入水管与数个高压水囊相连。2.如权利要求1所述的尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装，其特征在于，所述高压水囊包括囊体、数根横向束带和一根纵向束带，间隔设置的数根横向束带分别绕囊体横向一周，一根纵向束带绕囊体纵向中心一周，所述横向束带和纵向束带分别粘接固定在囊体上，高压水囊一端和两侧分别间隔设有连接板，高压水囊通过穿过连接板的紧固螺钉固定在尾盾壳体内壁上。3.如权利要求1所述的尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装，其特征在于，高压水囊的充水水压为1.0～1.5Mpa，高压水囊充水加压后厚度≥40mm。4.如权利要求2所述的尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装，其特征在于，所述囊体的材质采用耐磨橡胶；所述横向束带和纵向束带的材质均采用三元乙丙橡胶。5.一种使用如权利要求1所述的尾盾已变形的水下大直径盾构持续掘进施工工装的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：1）分别安装高压水囊：根据管片拼装工序进展和高压水囊安装在尾盾壳体内壁的位置要求，确定高压水囊的连接板定位孔中心的位置；先用磁力钻机在尾盾露出区域内分别进行钻孔，然后进行机攻或人工攻丝，逐一完成尾盾壳体内壁的螺纹孔加工；接着将紧固螺钉分别横穿过高压水囊的连接板定位孔后拧入对应螺纹孔中，从而将高压水囊分别固定在尾盾壳体内壁各自对应位置的2根导向条之间；从尾盾壳体内壁的底部开始，多个高压水囊纵向相邻地排列成绕尾盾壳体内壁一周的环形，高压水囊的长度与将要铺设的一圈管片环的宽度匹配；2）高压水囊单元连接输水单元：根据盾构竖直径向高程将尾盾壳体内壁一周的多个高压水囊分为若干个高压水囊单元，每一高压水囊单元分别包括数个高压水囊，所述数个高压水囊的输入水管并...

【专利技术属性】
技术研发人员：何源，张飞雷，朱金彭，钟涵，许超，朱宏欣，嵇建雷，梁学虎，何柯毅，徐新，徐精，朱家榆，李聪，吕挚励，周博，高如超，熊栋栋，贺创波，蔡超君，
申请(专利权)人：中交二航局第三工程有限公司，
类型：发明
国别省市：