一种钢结构盾构换刀空间结构及施工方法技术

本发明专利技术提供了一种钢结构盾构换刀空间结构及施工方法，该结构是：在隧道盾构机前方轴线上、距离盾头净距1.2m处布置竖向钢护筒；水平向钢箱水平悬伸于竖向钢护筒与盾构机机头之间，一端与竖向钢护筒相接，另一端与盾构机机头之间保留10cm间距，作为竖向钢护筒通往盾构机机头的水平向通道；最底层箱体的底部的岩层内对应挖设有箱下空间；竖向钢护筒、多层水平向钢箱及箱下空间，共同形成供盾构机换刀的换刀操作空间。本发明专利技术为盾构机创造出安全可靠、易于施工与拆除的换刀安全操作空间，解决隧道盾构机换刀难题。隧道盾构机换刀难题。隧道盾构机换刀难题。

【技术实现步骤摘要】
一种钢结构盾构换刀空间结构及施工方法


[0001]本专利技术涉及盾构施工
，更具体地说是一种钢结构盾构换刀空间结构及施工方法。

技术介绍

[0002]城市地铁隧道常采用盾构法施工，根据土质选择相应的盾构刀具。大多数情况下，盾构机是在土质地层内施工，正常情况下同一种刀具可以完成一个区间的施工，但当地质条件发生变化，如遇到岩层时原有刀具磨损严重，无法继续施工，则需要更换可以切削岩石的高强度刀具。
[0003]然而，更换刀具技术难度大，如何创造更换刀具操作空间是件非常困难的事，过去采取的方法主要有：若掌子面能够自稳或经预处理后的掌子面能够自稳，则采用常压换刀；若掌子面不能自稳，但能够满足带压作业气密性要求，则采用带压换刀；若具备地面加固条件，掌子面不能自稳，且不能够满足带压作业气密性作业要求时，则采用地面加固方法；若不具备地面加固条件，掌子面不能自稳，且不能够满足带压作业气密性作业要求时，则采用砂浆置换方法。若盾构机前方岩土稳定性极差，前述4种方法均不能解决问题时，则只有从机头前方采取明挖方法，工程量大，成本高昂。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决上述技术问题，为此提出一种钢结构盾构换刀空间结构，同时提出相应的施工方法，为盾构机创造出安全可靠、易于施工与拆除的换刀安全操作空间，解决隧道盾构机换刀难题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种钢结构盾构换刀空间结构，其结构特点是：
[0007]在隧道盾构机前方轴线上、距离盾头净距1.2m处布置竖向钢护筒，所述竖向钢护筒为多节式拼接结构，筒体直径上大下小，以隧道顶部1.0m高度为界，以上为直径2.0m的大直径筒段，以下为直径1.8m的小直径筒段；
[0008]在所述竖向钢护筒朝向盾构机一侧的筒壁上、正对盾构机的位置处开设安装孔，用于安装水平向钢箱，所述水平向钢箱设有至多两层，单层箱体最大高度不大于1.5m，并均是采用多段式拼接结构，各层箱体竖向叠设，整体高度按照土层厚度对应设置，水平悬伸于竖向钢护筒与盾构机机头之间，一端相适配地插设于安装孔中，另一端与盾构机机头之间保留10cm间距，作为竖向钢护筒通往盾构机机头的水平向通道，最底层箱体的底部支撑在岩层上，所述岩层内、位于最底层箱体的正下方自最底层箱体底部竖直向下至盾头圆心以下0.4m深度位置之间，按照水平向钢箱的宽度挖设有相同宽度的箱下空间；
[0009]所述水平向钢箱采用逐段依次顶进的方式施工，自竖向钢护筒朝向盾构机机头，将上层箱体依次分为A1、A2
……
An各段，将下层箱体依次分为B1、B2
……
Bn各段，采用上下两层交替顶进的施工顺序，按照A1
‑
B1
‑
A2
‑
B2
……
An
‑
Bn的顺序将各段箱体自竖向钢护筒朝
向盾构机机头依次顶进；
[0010]所述竖向钢护筒、多层水平向钢箱及所述箱下空间，共同形成供盾构机换刀的换刀操作空间。
[0011]该钢结构盾构换刀空间结构的结构特点也在于：
[0012]所述竖向钢护筒由3cm厚钢板制成。
[0013]所述竖向钢护筒是由多节筒体竖向拼接组装而成，相邻两节筒体之间焊接相连，每节筒体长度为3
‑
5m。
[0014]每层水平向钢箱的各段箱体自竖向钢护筒向盾构机机头沿水平向依次拼接，每段箱体的长度按照水箱钢箱总长均分。
[0015]每层水平向钢箱中，每段箱体长度为40
‑
50cm。
[0016]水平向钢箱的箱体宽度为1.2m。
[0017]本专利技术还提出了一种钢结构盾构换刀空间结构的施工方法，包括如下步骤：
[0018]步骤一、布置降水深井并降低地下水位
[0019]在隧道前进方向轴线上确定竖向钢护筒中心位置后，在以竖向钢护筒的中心为圆心、半径为5m的周边范围内布置3口降水深井，井位应避开已开挖的隧道，井底高程至盾构隧道底部以下；降水深井外管径为Φ50cm、内管径为Φ40cm，降水层安装混凝土滤管，井内安装水泵抽排地下水，用于降低竖向钢护筒周边地下水位；
[0020]步骤二、旋挖机成孔、安装竖向钢护筒
[0021]在隧道盾构机前方轴线上距离盾头净距1.2m处布置竖向钢护筒：先测量定位，确定竖向钢护筒圆心，使用全回转套管机采用多节式拼接的方式将竖向钢护筒分节打入，同时，使用旋挖机分节挖出竖向钢护筒内土方；在直径2m的大直径筒段达到隧道中心以下1.0m高程后，采用多节式拼接的方式打入直径1.8m的小直径筒段至隧道中心以下1.0m，再将大直径筒段提升至隧道顶部1.0m处；其中，大直径筒段与小直径筒段搭接长度不小于0.5m，之间焊接相连；大直径筒段每节筒体长3
‑
5m，之间焊接相连；
[0022]步骤三、制作水平向钢箱
[0023]每层水平向钢箱分段制作，直接使用40
‑
50cm宽槽钢制作每段箱体，每段箱体使用4段槽钢首尾相接焊接制成，槽钢每侧翼缘上布置4个钻孔，用于相接的两段箱体对接时用8.8级M27螺栓临时连接与固定；
[0024]在顶层水平向钢箱位于盾构机机头一侧的第一段箱体的顶部加焊一块与钢箱同等宽度、前端薄、后端厚3cm、长不超过10cm的钢板，作为钢箱顶进时的前端切削刀具和挡土顶板；
[0025]步骤四、钢箱顶进后背施工
[0026]每层水平向钢箱采用水平顶进的方式施工，在每层水平向钢箱后部的中部位置设置一道顶进后背：首先，对千斤顶靠背及钢箱顶进轨道进行测量定位，确定后背的位置；在竖向钢护筒上焊接2cm厚的后背平面钢板，距离竖向钢护筒最大距离为30cm、高0.5m，平面钢板与竖向钢护筒间浇筑C20混凝土，形成顶进后背；
[0027]步骤五、管棚施工
[0028]在竖向钢护筒内对水平向钢箱上部的土体采用管棚支护方式进行加固，在竖向钢护筒与盾构机之间以及水平向钢箱的上方形成用于保证各层水平向钢箱施工安全的管棚：
在顶层水平向钢箱的顶部以上40cm、间距不超过5cm、宽度不小于2m范围内，向土体内打入长度不小于1.5m、直径￠50的钢管，打入钢管后，将钢管端头与竖向钢护筒之间焊接相连；
[0029]步骤六、钢箱分层、分段交替顶进施工
[0030]6.1、将上层水平向钢箱分为A1、A2、A3三段，将下层水平向钢箱分为B1、B2、B3三段；
[0031]6.2、千斤顶布置：上层水平向钢箱使用2台20T千斤顶顶进，下层水平向钢箱使用2台50T千斤顶顶进；
[0032]6.3、顶进顺序：采用上下两层交替顶进的施工顺序，即按照A1
‑
B1
‑
A2
‑
B2
‑
A3
‑
B3的顺序依次顶进；
[0033]6.4、钢箱顶进作业：
[0034本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢结构盾构换刀空间结构，其特征是：在隧道盾构机前方轴线上、距离盾头净距1.2m处布置竖向钢护筒，所述竖向钢护筒为多节式拼接结构，筒体直径上大下小，以隧道顶部1.0m高度为界，以上为直径2.0m的大直径筒段，以下为直径1.8m的小直径筒段；在所述竖向钢护筒朝向盾构机一侧的筒壁上、正对盾构机的位置处开设安装孔，用于安装水平向钢箱，所述水平向钢箱设有至多两层，单层箱体最大高度不大于1.5m，并均是采用多段式拼接结构，各层箱体竖向叠设，整体高度按照土层厚度对应设置，水平悬伸于竖向钢护筒与盾构机机头之间，一端相适配地插设于安装孔中，另一端与盾构机机头之间保留10cm间距，作为竖向钢护筒通往盾构机机头的水平向通道，最底层箱体的底部支撑在岩层上，所述岩层内、位于最底层箱体的正下方自最底层箱体底部竖直向下至盾头圆心以下0.4m深度位置之间，按照水平向钢箱的宽度挖设有相同宽度的箱下空间；所述水平向钢箱采用逐段依次顶进的方式施工，自竖向钢护筒朝向盾构机机头，将上层箱体依次分为A1、A2
……
An各段，将下层箱体依次分为B1、B2
……
Bn各段，采用上下两层交替顶进的施工顺序，按照A1
‑
B1
‑
A2
‑
B2
……
An
‑
Bn的顺序将各段箱体自竖向钢护筒朝向盾构机机头依次顶进；所述竖向钢护筒、多层水平向钢箱及所述箱下空间，共同形成供盾构机换刀的换刀操作空间。2.根据权利要求1所述的钢结构盾构换刀空间结构，其特征是：所述竖向钢护筒由3cm厚钢板制成。3.根据权利要求1所述的钢结构盾构换刀空间结构，其特征是：所述竖向钢护筒是由多节筒体竖向拼接组装而成，相邻两节筒体之间焊接相连，每节筒体长度为3
‑
5m。4.根据权利要求1所述的钢结构盾构换刀空间结构及，其特征是：每层水平向钢箱的各段箱体自竖向钢护筒向盾构机机头沿水平向依次拼接，每段箱体的长度按照水箱钢箱总长均分。5.根据权利要求1或4所述的钢结构盾构换刀空间结构及，其特征是：每层水平向钢箱中，每段箱体长度为40
‑
50cm。6.根据权利要求1所述的钢结构盾构换刀空间结构及，其特征是：水平向钢箱的箱体宽度为1.2m。7.一种钢结构盾构换刀空间结构的施工方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一、布置降水深井并降低地下水位在隧道前进方向轴线上确定竖向钢护筒中心位置后，在以竖向钢护筒的中心为圆心、半径为5m的周边范围内布置3口降水深井，井位应避开已开挖的隧道，井底高程至盾构隧道底部以下；降水深井外管径为Φ50cm、内管径为Φ40cm，降水层安装混凝土滤管，井内安装水泵抽排地下水，用于降低竖向钢护筒周边地下水位；步骤二、旋挖机成孔、安装竖向钢护筒在隧道盾构机前方轴线上距离盾头净距1.2m处布置竖向钢护筒：先测量定位，确定竖向钢护筒圆心，使用全回转套管机采用多节式拼接的方式将竖向钢护筒分节打入，同时，使用旋挖机分节挖出竖向钢护筒内土方；在直径2m的大直径筒段达到隧道中心以下1.0m高程后，采用多节式拼接的方式打入直径1.8m的小直径筒段至隧道中心以下1.0m，再将大直径
筒段提升至隧道顶部1.0m处；其中，大直径筒段与小直径筒段搭接长度不小于0.5m，之间焊接相连；大直径筒段每节筒体长3
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5m，之间焊接相连；步骤三、制作水平向钢箱每层水平向钢箱分段制作，直接使用40
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50cm宽槽钢制作每段箱体，每段箱体使用4段槽钢首尾相接焊接制成，槽钢每侧翼缘上布置4个钻孔，用于相接的两段箱体对接时用8.8级M27螺栓临时连接与固定；在顶层水平向钢箱位于盾构机机头一侧的第一段箱体的顶部加焊一块与钢箱同等宽度、前端薄、后端厚3cm、长不超过10cm的钢板，作为钢箱顶进时的前端切削刀具和挡土顶板；步骤四、钢箱顶进后背施工每层水平向钢箱采用水平顶进的方式施工，在每层水平向钢箱后部的中部位置设置一道顶进后背：首先，对千斤顶靠背及钢箱顶进轨道进行测量定位，确定后背的位置；在竖向钢护筒上焊接2cm厚的后背平面钢板，距离竖向钢护筒最大距...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，雷金松，
申请(专利权)人：安徽水安建设集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：