[发明专利]一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺

权利要求书

1.一种基于钢套筒的大直径土压平衡盾构机的始发工艺，所述盾构机的前盾分为上半块、驱动部件和下半块，盾构机的中盾和盾尾均沿圆周方向分成一个底部块、左侧块和右侧块；所述中盾的底部块的弧度为132.632°，中盾的左侧块的弧度为132.631°，且中盾的左侧块与右侧块的分界线位于盾构机的垂直中心线的右侧28.421°，中盾的右侧块的弧度为94.7370°；所述盾尾的底部块的弧度为134°，盾尾的左侧块和右侧块的弧度均为113°，且盾尾的左侧块右侧块的分界线与盾构机的垂直中心线重合；所述钢套筒包括自前至后依次拼接的过渡环、第一至第四标准环、始发环和反力架，还包括安装在始发环内的基准环；所述第一至第四标准环的结构和尺寸均相同；所述基准环的长度比始发环的长度长30mm，基准环的外壁上沿圆周开设密封槽，密封槽内嵌设置密封条，将基准环插入始发环的内腔中，始发环的内壁与突出密封槽的密封条可移动地密封接触，使基准环能相对始发环移动；所述过渡环的前端为圆环，后端设有法兰面板；所述第一至第四标准环的两端均设有法兰面板；所述始发环的前端设有法兰面板，后端为圆环；所述过渡环、第一至第四标准环、始发环和基准环均沿圆周方向分成底部块、左腰块、右腰块和顶部块；所述过渡环和第一至第四标准环的底部块的弧度均为100°，第一至第四标准环的底部块的底部均固定有定位基座；所述过渡环和第一至第四标准环的左腰块和右腰块的弧度均为90°，所述过渡环和第一至第四标准环的顶部块的弧度均为80°；所述始发环和基准环的底部块的弧度均为120°，所述始发环和基准环的左腰块、右腰块和顶部块的弧度均为80°；所述反力架包括下横梁、两根立柱、上横梁和后支撑；所述下横梁包括两根立柱底座、一根跨接在两根立柱底座之间的下横梁本体和两根连接在下横梁本体的两头顶面上的下斜撑梁；两根立柱一一对应地连接在两根立柱底座的顶面上，两根立柱的下部内侧面一一对应地与两根下斜撑梁的顶部外侧面连接；所述上横梁包括跨接在两根立柱的上部之间的上横梁本体和两根一一对应地连接在上横梁本体的两头底面与两根立柱的上部内侧面之间的上斜撑梁；所述后支撑包括两个立柱后支撑、下横梁后支撑和上横梁后支撑；一个立柱后支撑由自上而下的一根立柱上横撑钢管、三根与水平夹角均为36.43°的斜支撑钢管和一根立柱下横撑钢管构成；所述立柱上横撑钢管的后端固定在始发井的中板上；三根斜支撑钢管的底部与始发平台的钢板植筋固定钢板焊接，所述立柱下横撑钢管的后端固定在始发平台的站台板上；另一个立柱后支撑由五根立柱横撑钢管构成，五根立柱横撑钢管的后端均固定在始发井的主体结构梁上；所述下横梁后支撑由三根下横梁横撑钢管构成，三根下横梁横撑钢管平行地固定在始发平台的站台板上；所述上横梁后直撑由三道上横梁支撑构成，每道上横梁支撑由双拼H型钢构成，三道上横梁支撑均与水平夹角为14.25°，三道上横梁支撑的后端均固定在始发井的中板上；

所述始发工艺包括以下流程：洞门加固、钢套筒的底部大块安装、盾构机下井组装和调试、钢套筒的上部大块组装、负环管片安装和盾构机始发；其特征在于，

进行洞门加固流程时，洞门加固区采用素砼墙+三轴搅拌桩+高压旋喷桩加固；素砼墙的厚度为0.8m，素砼墙的深度为洞圈向下延伸5m；三轴搅拌桩的加固长度为5.2m；三轴搅拌桩包括强加固区和弱加固区，强加固区的加固宽度为洞圈两侧各延伸4m，加固深度为洞圈向上延伸4m，向下延伸4m；强加固区的水泥掺量为20％；弱加固区的范围为强加固区的顶端至地面，弱加固区的水泥掺量为7％；高压旋喷桩的加固深度为洞圈向下延伸4m；

进行钢套筒的底部大块安装流程时，包括以下步骤：

(1)先在始发井的底部按设计标高浇筑混凝土始发平台并在始发平台上铺设钢板，接着在始发平台的钢板上确定钢套筒的中心线，再将第一至第四标准环的底部块依次吊装到始发平台的钢板上，并将第二标准环的底部块与第三标准环的底部块之间以及第三标准环的底部块与第四标准环的底部块之间均通过法兰螺栓连接；第一标准环的底部块与第二标准环的底部块之间先不连接，然后将过渡环的底部块与第一标准环的底部块的通过法兰螺栓连接，形成钢套筒的底部大块；

(2)在钢套筒的底部大块的内壁底部30°夹角边位置和60°夹角边位置各自铺设两根钢轨；四根钢轨均从第四标准环的后端铺设至过渡环；

(3)依次将始发环的底部块和反力架的下横梁吊入井内，接着将始发环的底部块与第四标准环的底部块通过法兰螺栓连接，再将反力架的下横梁靠在始发环的底部块的后端，并将反力架的下横梁固定在始发平台的钢板上；

(4)进行第一次填料，即在钢套筒的底部大块内的四根钢轨之间的内壁上铺设中粗砂并压实，第一次填料的高度要高出四根钢轨的顶面15mm；

进行盾构机下井组装和调试流程时，按以下顺序组装盾构机：6号台车至1号台车依次下井→设备桥下井→螺旋输送机下井→前盾的下半块下井并吊在第一标准环的底部块上→前盾的驱动部件下井与前盾的下半块组装→前盾的上半块下井与前盾的驱动部件和前盾的下半块组装→中盾的底部块和左、右侧块在地面组装成整体后再翻身下井并吊在第二标准环的底部块和第三标准环的底部块上与前盾连接→通过千斤顶将第二至第四标准环的底部块一起向前推，使第二标准环的底部块与第一标准环的底部块通过法兰螺栓连接→盾构刀盘下井安装→盾尾的底部块下井安装→拼装机下井安装→螺旋输送机安装→盾尾的左、右侧块下井安装→主机与台车间连接安装；

进行钢套筒的上部大块组装流程时，包括以下步骤：

(1)先安装过渡环的左腰块和右腰块以及第一至第四标准环的左腰块和右腰块，同时在基准环的底部块的密封槽内安装好密封条，接着在始发环的底部块上安装基准环的底部块，再安装基准环的左腰块和右腰块，并将密封条分别嵌在基准环的左腰块的密封槽内和基准环的右腰块的密封槽内，然后安装始发环的左腰块和右腰块；

(2)先安装过渡环的顶部块、第一至第四标准环的顶部块和基准环的顶部块，并将密封条嵌入基准环的顶部块的密封槽内，接着将密封条的接头通过胶水连接成整圈，再安装始发环的顶部块；

(3)采用多块弧形桥接钢板沿圆周焊接在过渡环的外表面与洞门预埋钢环的外表面之间；

(4)依次安装反力架的两根立柱和上横梁；

(5)先在前盾的切口环与钢套筒之间的缝隙用沙袋堆至钢套筒的腰部，再用中粗砂在盾构机的外壁与钢套筒的内壁之间进行第二次填料并加水密实，第二次填料至钢套筒的腰部；

(6)安装反力架的后支撑；

进行负环管片安装流程时，共安装八环负环管片，即安装负7环管片至0环管片，按以下步骤安装负环管片：

(1)安装导轨：在盾尾的底部块的内壁面上焊接六道导轨，每道导轨由三根圆钢呈品字形叠加后焊接而成，六道导轨均从距第一道盾尾刷的环箍100mm处向盾构刀盘方向设置；

(2)拼装两块落底块B2、B3：两块落底块B2、B3的交界处与隧道d铅垂中线重合；

(3)拼装两块标准块B1、B4：标准块B1安装在落底块B2的左侧，标准块B4安装在落底块B3的右侧；管片安装到位后及时伸出相应位置的推进千斤顶的撑靴固定管片；

(4)拼装两块邻接块L1、L2及封顶块F：拼装两块邻接块L1、L2时，在两块邻接块L1、L2的上部各自用三块L型钢板挂钩焊接在盾壳上，通过六块L型钢板挂钩将两块邻接块L1、L2抬升10mm，以便封顶块F插入，待封顶块F就位后再割除六块L型钢板挂钩；

(5)盾构机不需向前推进，负7环管片未顶在基准环上，安装负6环管片；

(6)盾构机用拼装模式将负7环管片和负6环管片一起向后顶推，直至负7环管片顶在基准环上，再安装负5环管片；

(7)通过开设在过渡环的左腰块下部和右腰块下部的人孔进入钢套筒内进行洞门破除，并将破除的渣土和钢筋从人孔中运出，待洞门破除完毕，将人孔封闭；

(8)盾构机向前推进至盾构刀盘的面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面；

(9)用惰性浆液通过开设在第一至第四标准环顶部的注入口对盾构机的外壁与钢套筒的内壁之间进行第三次填料；

(10)进行钢套筒压力测试；

(11)盾构刀盘开始切削洞门掌子面，开始负4环管片的拼装，同时对负7环管片的注浆孔和负6环管片的注浆孔进行壁后注浆，注浆材料采用惰性浆液，使管片后面形成一道密封防渗环；

(12)盾构机继续推进设定距离至盾构刀盘进入洞门加固区，并在洞门加固区内掘进设定距离后，开始负3环管片的拼装；

(13)盾构机在洞门加固区内继续推进，依次拼装负2环管片和负1环管片；

(14)盾构刀盘穿过洞门加固区，继续推进设定距离后，拼装0环管片；

进行盾构机始发流程时，始发开始盾构机的中心土仓压力为1.0～1.15bar，盾构出洞门加固区后中心土仓压力提升至1.0～1.2bar，始发开始盾构的掘进速度为10～30mm/min，盾构推力不大于1000t；盾构出洞门加固区后，掘进速度逐步提高到20～45mm/min；在软土段的掘进速度为30～50mm/min；在上软下硬地层的掘进速度≤25mm/min；当盾构机全部进入隧道内，开始拆除钢套筒、反力架和负环管片。