一种盾尾管片防上浮的施工方法与流程

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1.本发明适用于盾构隧道工程技术领域，具体地说涉及一种盾尾管片防上浮的施工方法，属于盾构机设计、盾构施工领域。

背景技术：

2.盾构机在地层中掘进时，随盾构机向前，尾盾内管片逐步脱出失去盾尾约束，在地层内出现局部或整体向上从而出现管片错台甚至带动尾盾上翘，引起管片局部或整体上浮，导致盾构机姿态纠偏效果不理想、管片错台和破损严重，严重时引起成型隧道轴线偏差过大等现象。究其原因，主要有以下几点：（1）刀盘的开挖直径与管片外径存在一个间隙值，此间隙若不能及时被同步注浆浆液所填充，或者浆液的初凝时间较长，就使得管片脱离盾尾之后受到地下水、注浆浆液等包裹产生上浮，特别是脱出盾尾后3~5环；（2）管片推进过程中，上下区压差设置过大，使得管片产生纵向的偏心荷载，在一定程度上加剧了盾尾管片上浮；（3）泥水盾构中当使用较大的切口水压时，可能造成盾尾上抬，进而带动盾尾附近管片一起上浮。
3.盾构开挖直径越大，盾尾管片受到的上浮力呈现指数形式增加，如下表所示，导致盾构及管片上浮现象越严重，极大影响盾构成型管片的质量。管片外径/m幅宽/m厚度/m内径/m上浮力/kn自重/kn差值/kn620.35.4565.5279.3286.11020.59.01570.8776.0794.81620.6514.74021.11629.92391.2
4.针对于管片上浮这一常见工程质量问题，目前常用的处置措施主要有以下几类：（1）改变同步注浆配比，缩短浆液的初凝时间。此方法是目前最常用的方法，但容易造成注浆管堵塞，处理较为麻烦，需要耗费多个台班进行清理；（2）及时对脱出盾尾的管片进行二次注浆，二次注浆位置一般选择在1号台车顶部的管片，距离盾尾较远，效果不明显，若距离盾尾较近，又存在包裹盾体的风险；（3）针对于脱出盾尾管片上浮严重区域，在1号台车上放置重块，但距离盾尾较远，控制效果不明显。
5.综上所述，目前常用的控制脱出盾尾管片上浮的施工手段存在诸多弊端，现急需发明一种能够在现场快速应用、控制效果良好且不影响正常施工的防止脱出盾尾管片上浮的相关方法或装置，在尾盾内管片逐步脱出盾尾的阶段提前干预，稳定管片至盾构注浆浆液凝固后包裹束紧管片和成型隧道。

技术实现要素：

6.针对上述技术问题，本发明提出一种盾尾管片防上浮的施工方法。在盾构拼装机
与1号台车间一般采用连接桥进行连接，而在底部腰间位置存在一定的可利用空间，通过对脱出盾尾有限空间进行合理区域划分及设计，针对盾尾内1环及脱出盾尾3~5环管片进行压重处理，一方面满足管片抗浮要求，提升成型隧道管片质量，同时合理优化分区，设计注浆分区、物料存放分区等辅助平台，实现盾尾有限空间内资源化再利用。
7.为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术手段：一种盾尾管片防上浮的施工方法，基于一种用于盾尾管片防上浮的拼接伸缩式压重平台工装，所述工装设置在管片内且位于盾构机尾部与台车之间，包括多个压重平台工装单元，多个压重平台工装单元沿管片轴线方向串接，单个压重平台工装单元包括：支撑平台，位于整个工装单元的最底部，支撑平台底部与下管片内壁之间形成空腔，所述空腔内设置喂片机，支撑平台的底部位于所述喂片机的左右两侧对称设有支撑行走机构，所述支撑行走机构能够沿管片轴线方向移动；压重箱，设置在所述支撑平台上，与所述台车之间通过水平伸缩单元连接；所述压重箱内通过放置压重块或填充钢砂，以实现压重箱重量调节；包括以下步骤：（1）确定所述压重箱的重量，压重箱根据确定的重量需求进行填充、安装；（2）安装有压重箱的支撑平台在后方台车的牵引下与喂片机一起前进，不影响喂片机的正常功能，压重箱在盾尾管片作用面增加竖向压载力，用于控制脱出盾尾的管片上浮；（3）水平伸缩单元作为连接支撑平台与1号台车间的连接机构，一方面用以保证支撑平台跟随1号台车共进退，实现支撑平台同步压重及移动，另一方面，通过水平伸缩单元实现压重平台工装定点式压重，通过水平伸缩单元的伸缩实现盾尾不同区域的压重需求；（4）监测盾尾管片上浮情况，待脱出盾尾的管片错台可控时，拆除部分压重平台工装单元上的压重箱，保留支撑平台作为管片复紧、二次注浆或风管安装工作平台。
8.所述压重箱包括多个压重箱体单元，分别是位于压重箱中间位置的一个呈方形的第一压重箱体单元、位于压重箱最外侧且以所述第一压重箱体单元为中心对称布置的多个第二压重箱体单元、以及位于所述第一压重箱体单元与所述第二压重箱体单元之间的多个第三压重箱体单元，其中，第二压重箱体单元的外壁与管片内壁的弧面相适配；第三压重箱体单元的外壁为弧面，所述弧面的弧度与拼装机运行轨迹相重合。
9.所述压重箱体单元之间通过卯榫结构连接。
10.所述支撑行走机构包括行走支撑架，所述行走支撑架一侧与所述支撑平台底部固定连接，另一侧设有与管片内壁相适配的行走单元安装架，所述行走单元安装架上安装有行走单元。
11.所述行走单元为履带式行走机构。
12.所述支撑平台底部靠近所述喂片机船底板位置设有防坠轮，船底板连接部位固定设有一供所述防坠轮行走的支撑钢板。
13.所述水平伸缩单元为伸缩油缸。
14.有益效果：本发明的有益之处在于：
1、盾尾设计压重平台，通过在盾尾管片作用面增加竖向压载力，能及时有效控制脱出盾尾的管片上浮，确保成型隧道质量；2、压重平台通过增加不同数量的配重体，针对不同区域进行不同配重量的定点式压载，实现管片壁后浆液初凝时间随动式配重动态调整；3、压重平台与管片连接部位采用履带式行走轮结构设计，履带式行走轮提升了平台与管片间的接触断面，增大压重平台作用接触面，避免集中荷载作用破坏盾尾管片结构；4、整个装置跟随1号台车同进退，无需借助外力驱动，结构可靠，造价经济；5、压重平台装置与台车连接部位设置一伸缩油缸，实现有限盾尾区域内不同程度压重效果；6、整个装置大部分采用螺栓拼接式，便于安装、拆卸，即装即用，不影响盾构掘进正常施工和拼装作业；7、整个压重平台装置设置多个箱式分区，压重的同时可兼做二次注浆、管片复紧及风管安装平台或连接螺栓储物平台等，极大利用了盾尾有限空间。
附图说明
15.图1为目前常见盾构隧道管片断面直径，其中，a为超大直径盾构，管片内径14.5~15.4m，断面约190m2，三/四车道盾构隧道；b为大直径盾构，管片内径10.0~11.0m，断面约100m2，双车道盾构隧道；c为地铁盾构，管片内径6.0~6.2m，断面约30m2，单线地铁盾构隧道；图2为本发明一种用于盾尾管片防上浮的多功能拼接伸缩式压重平台工装正视图，其中，1为管片；2为拼装机运行轨迹；3为第二压重箱体单元；4为压重块或填充钢砂；5为第三压重箱体单元；6为压重箱连接部位；7为支撑平台；8为履带式行走轮；9为喂片机船底板；10为支撑平台连接梁；11为待拼装管片；12为喂片机船底板与支撑平台连接防坠轮；13为喂片机，14为第一压重箱体单元；图3为本发明用于盾尾管片防上浮的多功能拼接伸缩式压重平台工装侧视图；其中，100为盾尾壳体；200为盾尾多道盾尾刷；800为履带式行走轮；810为压重平台与1#台车连接伸缩油缸；820为1#台车；图4为本发明用于盾尾管片防上浮的多功能拼接伸缩式压重平台压重箱示意图；图5为压重箱体单元之间通过卯榫结构连接示意图。
16.具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进行详细说明：发明中涉及方位指示词均以地面为参考系，纵向即为垂直于地面方向，横向为水平于地面方向。“上”为管片外弧面方向，靠近地层，“下”为管片内弧面方向，远离地层。
17.图1为目前常见盾构隧道管片断面直径，其中1为超大直径盾构，管片内径14.5~15.4m，断面约190m2，三/四车道盾构隧道；2为大直径盾构，管片内径10.0~11.0m，断面约100m2，双车道盾构隧道；3为地铁盾构，管片内径6.0~6.2m，断面约30m2，单线地铁盾构隧道。
18.图2为本发明一种用于盾尾管片防上浮的多功能拼接伸缩式压重平台工装正视图。支撑平台，压重箱，支撑行走机构，防坠轮，压重块或填充钢砂，伸缩油缸，物料仓，物料
仓用于存放管片连接螺杆、螺栓等必需零散密实物件。
19.支撑平台整体设计为扁担式结构设计，平台采用固定支架、箱式仓、连接螺栓等拼接组装式，支撑平台底部安装可拆卸式行走轮；作为本发明的一个优选技术方案，所述压重箱包括多个压重箱体单元，分别是位于压重箱中间位置的一个呈方形的第一压重箱体单元、位于压重箱最外侧且以所述第一压重箱体单元为中心对称布置的多个第二压重箱体单元、以及位于所述第一压重箱体单元与所述第二压重箱体单元之间的多个第三压重箱体单元，其中，第二压重箱体单元的外壁与管片内壁的弧面相适配；第三压重箱体单元的外壁为弧面，所述弧面的弧度与拼装机运行轨迹相重合。
20.作为本发明的一个优选技术方案，所述压重箱体单元之间通过卯榫结构连接，方便拆装。
21.压重箱采用槽钢结构设计，压重箱单元采用抽屉式结构设计，抽出把手采用卡扣式设计，避免压重箱倾斜脱出，压重箱单元利用卡槽固定于支撑平台上，压重箱抽屉内放置不同重量压重块或填充钢砂，压重箱重量可以根据实际需求进行增减。
22.作为本发明的一个优选技术方案，支撑平台底部与管片连接部位采用履带式行走轮结构设计，履带式行走轮在移动中作用力通过履带均布于管片结构上，增大了在管片上接触面积，避免管片受到集中力作用出现压裂或破损。
23.作为本发明的一个优选技术方案，支撑平台靠近喂片机船底板位置与船底板间利用防坠轮进行连接，船底板连接部位焊接一长条钢板，使得防坠轮作用于船底板上水平力均匀消散，维持支撑平台的稳定性。
24.压重块采用长方体或正方体铅块、铁块形式，具体尺寸根据实际需要进行设计，为满足压重块便携搬运，压重块整体体积及重量不宜过大，压重块亦可利用钢砂代替；压重块连接凹凸隼采用内外卡槽式设计，使得压重块堆放时可以连接紧密，压重块彼此间相互约束，避免出现相对滑动，破坏压重箱，降低压重箱的整体的寿命。
25.作为本发明的一个优选技术方案，伸缩油缸作为连接支撑平台与1号台车间的连接机构，一方面可以保证支撑平台跟随1号台车共进退，解决了支撑平台同步压重及移动的问题，另一方面伸缩油缸可以实现压重平台定点式压重，通过油缸的伸缩实现盾尾不同区域的压重需求，调节、定点式压重效果更佳。
26.物料仓属于支撑平台上压重箱的功能之一，压重箱结合实际需求分成不同的箱式结构，部分区域箱内可放置压重块或填充钢砂，部分区域箱内可放置管片拼装连接螺栓、螺杆等结构，增加压重平台整体重量的同时，可以实现洞内物料存储，提升现场物资等调配效率。
27.压重平台根据现场掘进需求功能进行调整，当无抗浮压重要求时，需要对管片外进行二次注浆填充时，可以将支撑平台上方压重箱拆除，将压重平台更换为二次注浆平台，实现现场二次注浆作业要求，实现压重平台的多功能切换。压重平台不局限于二次注浆平台，其他类似作业平台要求也可实现。
28.图3为一种用于盾尾管片防上浮的多功能拼接伸缩式压重平台工装侧视图。
29.图4为一种用于盾尾管片防上浮的多功能拼接伸缩式压重平台压重箱示意图。
30.压重箱采用槽钢结构设计，临近管片腰部的第二压重箱体单元采用抽屉式结构设
计，抽出把手采用卡扣式设计，避免压重箱倾斜脱出，箱体利用卡槽固定于支撑平台上，第二压重箱体单元的抽屉内放置不同重量压重块或填充钢砂，压重箱重量可以根据实际需求进行增减；第二压重箱体单元与第一压重箱体单元之间第三压重箱体单元内部采用钢砂进行压重控制；第一压重箱体单元由于结构方正、尺寸空间较大，内部无抗浮控制要求时兼做二次注浆平台或其他作业。施工方法：上述一种用于盾尾管片抗浮的多功能拼接伸缩式压重平台工装使用方法包括以下步骤：（1）根据盾构施工水文地质条件、类似工程盾构机掘进姿态、研判本项目盾构掘进过程中脱出尾盾管片和盾尾是否出现上浮风险；（2）结合工程相关设计参数，明确每环管片所受到的浮力、重力，并考虑一定的富余量，初步确定所需配重体的重量；（3）在工厂将提前加工好的支撑平台、压重箱、配重体及履带式行走轮等结构盾构拼装时直接与盾构机同步组装，伸缩油缸依据初始设计要求与1号台车进行安装、固定；（4）将支撑平台进行组装，底部行走轮进行连接固定，径向利用螺栓连接件与伸缩油缸进行安装、固定，支撑平台喂片机船底板位置安装行走钢板，并将防坠轮固定于支撑平台顶部，将支撑平台与台车、喂片机船底板及行走轮进行连接完成；（5）将分块式的配重箱进行组装，并依据设计要求安装与指定位置，配重体根据实际需求进行填充、安装，物料仓内存放管片拼装用螺栓、螺杆结构；（6）压重平台安装完成后，成体平台同1号台车、喂片机一起前进，不影响喂片机的正常功能；（7）定期对履带式行走轮、压重箱体、平台连接部位进行检查，若出现不利的变形情况时，及时进行元器件的更换，避免出现安全问题；（8）持续监测盾尾管片上浮情况，待脱出盾尾的管片错台可控时可拆除部分压重系统，更改为管片复紧、二次注浆、风管安装工作平台，实现压重平台的多功能切换；（9）压重平台不局限于二次注浆平台，其他类似作业平台要求也可实现。
31.上述具体实施方式只是本发明创造的一个优选实施例，并不是用来限制本发明创造的实施与权利要求范围的，凡依据本发明创造申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明创造专利申请范围内。

技术特征：

1.一种盾尾管片防上浮的施工方法，其特征在于，基于一种用于盾尾管片防上浮的拼接伸缩式压重平台工装，所述工装设置在管片内且位于盾构机尾部与台车之间，包括多个压重平台工装单元，多个压重平台工装单元沿管片轴线方向串接，单个压重平台工装单元包括：支撑平台，位于整个工装单元的最底部，支撑平台底部与下管片内壁之间形成空腔，所述空腔内设置喂片机，支撑平台的底部位于所述喂片机的左右两侧对称设有支撑行走机构，所述支撑行走机构能够沿管片轴线方向移动；压重箱，设置在所述支撑平台上，与所述台车之间通过水平伸缩单元连接；所述压重箱内通过放置压重块或填充钢砂，以实现压重箱重量调节；包括以下步骤：（1）确定所述压重箱的重量，压重箱根据确定的重量需求进行填充、安装；（2）安装有压重箱的支撑平台在后方台车的牵引下与喂片机一起前进，不影响喂片机的正常功能，压重箱在盾尾管片作用面增加竖向压载力，用于控制脱出盾尾的管片上浮；（3）水平伸缩单元作为连接支撑平台与1号台车间的连接机构，一方面用以保证支撑平台跟随1号台车共进退，实现支撑平台同步压重及移动，另一方面，通过水平伸缩单元实现压重平台工装定点式压重，通过水平伸缩单元的伸缩实现盾尾不同区域的压重需求；（4）监测盾尾管片上浮情况，待脱出盾尾的管片错台可控时，拆除部分压重平台工装单元上的压重箱，保留支撑平台作为管片复紧、二次注浆或风管安装工作平台。2.根据权利要求1所述的盾尾管片防上浮的施工方法，其特征在于，所述压重箱包括多个压重箱体单元，分别是位于压重箱中间位置的一个呈方形的第一压重箱体单元、位于压重箱最外侧且以所述第一压重箱体单元为中心对称布置的多个第二压重箱体单元、以及位于所述第一压重箱体单元与所述第二压重箱体单元之间的多个第三压重箱体单元，其中，第二压重箱体单元的外壁与管片内壁的弧面相适配；第三压重箱体单元的外壁为弧面，所述弧面的弧度与拼装机运行轨迹相重合。3.根据权利要求1所述的盾尾管片防上浮的施工方法，其特征在于，所述压重箱体单元之间通过卯榫结构连接。4.根据权利要求1所述的盾尾管片防上浮的施工方法，其特征在于，所述支撑行走机构包括行走支撑架，所述行走支撑架一侧与所述支撑平台底部固定连接，另一侧设有与管片内壁相适配的行走单元安装架，所述行走单元安装架上安装有行走单元。5.根据权利要求4所述的盾尾管片防上浮的施工方法，其特征在于，所述行走单元为履带式行走机构。6.根据权利要求1所述的盾尾管片防上浮的施工方法，其特征在于，所述支撑平台底部靠近所述喂片机船底板位置设有防坠轮，船底板连接部位固定设有一供所述防坠轮行走的支撑钢板。7.根据权利要求1所述的盾尾管片防上浮的施工方法，其特征在于，所述水平伸缩单元为伸缩油缸。

技术总结

本发明公开了一种盾尾管片防上浮的施工方法，基于一种用于盾尾管片防上浮的拼接伸缩式压重平台工装，工装设置在管片内且位于盾构机尾部与台车之间，包括多个压重平台工装单元，多个压重平台工装单元沿管片轴线方向串接，单个压重平台工装单元包括支撑平台，位于整个工装单元的最底部，支撑平台底部与管片内壁之间形成空腔，所述空腔内设置喂片机，支撑平台的底部位于所述喂片机的左右两侧对称设有支撑行走机构；压重箱，设置在所述支撑平台上；压重箱与所述台车之间通过水平伸缩单元连接。本发明针对盾尾内脱出盾尾管片进行压重处理，一方面满足管片抗浮要求，提升成型隧道管片质量。另一方面设计注浆分区、物料存放分区辅助平台，实现盾尾有限空间内资源再利用。实现盾尾有限空间内资源再利用。实现盾尾有限空间内资源再利用。