專利名稱：一種盾構機原地調頭的施工方法
技術領域：
本發明涉及隧道的盾構施工方法，特別涉及一種在工作井內實現盾構 機原地調頭的施工方法，屬于建筑工程技術領域。
背景技術：
在隧道盾構法施工過程中，當盾構機完成一條隧道的掘進施工后，有 時需要調頭以便開始第二條臨近隧道的掘進，通常的做法是將盾構機先解 體、吊裝，然后再拼裝的方法，但這種施工方法需要大型起吊設備，并且 花費時間較長，具有工藝復雜、施工周期長的缺點。
經對現有技術文獻的檢索，未發現相關已申請或已公開的專利。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中存在的問題，提供一種 盾構機原地調頭的施工方法，其不需借助大型起吊設備，不必拆卸盾構設 備，通過對盾構機分割、橫移、旋轉、拼接的步驟實現盾構機在工作井內 的調頭移位，從而達到簡化施工、縮短工期的目的。
本發明是通過如下技術方案實現的
一種盾構機原地調頭的施工方法，用于將進洞工作井中的盾構機調頭 并移至相鄰的側井中，其特征在于首先將進洞的盾構機安置于基座擱架 上并將之分割成前、后兩段，然后將前段平移至相鄰的側井中，隨后將前、 后兩段分別在側井和進洞工作井內進行180°旋轉和平移，最后將后段也平 移至側井中并拼接該前、后兩段以復原該盾構機。
本發明所述盾構機原地調頭的施工方法，其施工步驟的具體內容如下 (1)在進洞工作井中安裝基座擱架，盾構機進洞并座置于該基座擱架上在進洞工作井和相鄰的側井的井內砼底板上鋪滿鋼板，在進洞工作井 中的鋼板上安裝鋼結構基座擱架，該基座擱架包括有結構相同的前座架和 后座架，該兩座架能夠調整坡度且繞各自中心的垂直中軸旋轉，將基座擱 架的縱向坡度調整為4.5%,并通過支承墊塊和井壁支撐將整個基座擱架穩 固住，然后盾構機進洞并座置于該基座擱架的前、后座架上，拆除井壁支 撐和支承墊塊并將基座擱架連同盾構機整體調整下降成水平狀態，對盾構
機殼及其內部裝置進行焊接定位和加固；
(2) 分割盾構機成前、后兩段并用位移千斤頂頂推使該前、后兩段脫離
在位于機內千斤頂尾端處將盾構機及其內部部件分割成前、后兩段， 其前段座置于所述前座架上，后段座置于所述后座架上，然后用安裝于前、
后座架之間的位移千斤頂頂推使該前、后兩段脫離；
(3) 用位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基座擱架一起頂推橫向 平移至相鄰的側井中
用安裝于前座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的 基座擱架的前座架一起頂推，使之橫向平移至相鄰的側井中，并且再縱向 平移使前座架的中心座合于側井井內砼底板的中心上，用安裝于后座架與 井壁之間的位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架的后座架一起 頂推，使之縱向平移至后座架的中心座合于進洞工作井井內砼底板的中心 上；
(4) 通過轉向千斤頂的頂推，所述盾構機的前、后段連同下方的基座擱 架一起分別在側井和進洞工作井內進行180。旋轉
在前、后座架的四角處分別安裝轉向千斤頂和反力座，通過轉向千斤 頂對反力座的頂推，所述盾構機的前、后段連同下方的基座擱架的前、后 座架一起，分別在側井和進洞工作井內繞前、后座架中心的垂直中軸各自進行180°旋轉；
(5) 用位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基座擱架一起頂推在側 井內向前平移，用位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架一起頂 推在進洞工作井內向前平移
用安裝于前座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的 基座擱架的前座架一起頂推，使之在側井內沿出洞方向向前平移，用安裝 于后座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架的 后座架一起頂推，使之在進洞工作井內沿進洞方向向前平移；
(6) 用位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架一起頂推，使之
橫向平移至所述側井中
用安裝于后座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的 基座擱架的后座架一起頂推，使之橫向平移至所述側井內盾構的前段的正
后方；
(7)對拼并焊接所述前、后兩段以復原該盾構機
用安裝于前座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的 基座擱架的前座架一起頂推并向盾構機的后段靠攏對拼，然后將盾構機前、 后兩段及其內部部件焊接起來以復原該盾構機。
本發明所述盾構機原地調頭的施工方法的基座擱架包括有結構相同的 前座架和后座架，該前、后座架各自包括若干榀桁架、滑動支座、連接桿、 導軌和旋轉軸裝置，所述若干榀桁架橫向平行地排列，每榀桁架由水平的 橫梁與兩端垂直的立柱構成，其上部為凹形的承載部，該立柱內設置有頂 升千斤頂，所述滑動支座均勻地設置于各榀桁架的橫梁下方，其底端為具 有減磨性能的滑塊，所述連接桿包括縱向連接桿和斜向連接桿，其分別沿 縱向和斜向將該若干榀桁架連接固定起來，所述導軌沿縱向固定鋪設于該若干榀桁架的承載部上，所述旋轉軸裝置分別位于前座架和后座架中心的 下部，其能夠支撐整個座架繞該旋轉軸裝置水平旋轉。
與現有技術相比，本發明所述的盾構機原地調頭的施工方法采用了直 接分割盾構機，并借助基座擱架和千斤頂將之平移旋轉、平移，然后再拼 接復原盾構機的方法，實現了盾構機在工作井內的原地調頭移位。該施工 方法不需借助大型起吊設備，不必拆卸盾構設備，因而具有施工簡單、節 約工期的優點。
圖1為本發明施工流程圖。
圖2為本發明的基座擱架的結構立面示意圖。 圖3為本發明的基座擱架的結構平面示意圖。 圖4為本發明的基座擱架的局部結構示意圖。 圖5為本發明的基坑施工狀態圖之一。 圖6為本發明的基坑施工狀態圖之二。 圖7為本發明的基坑施工狀態圖之三。 圖8為本發明的基坑施工狀態圖之四。 圖9為本發明的基坑施工狀態圖之五。 圖IO為本發明的基坑施工狀態圖之六。
圖11為本發明的基坑施工狀態圖之七。 圖中，
1表示進洞工作井 r表示側井
2表示進洞洞圈 2'表示出洞洞圈
3表示盾構機 4表示盾構機后段
5表示機內千斤頂 6表示盾構機前段 7表示基座擱架8表示桁架
81表示橫梁
82表示立柱
9表示縱向連接桿 12表示反力座
15
;導軌
IO表示斜向連接桿 13表示頂升千斤頂 16表示滑動支座
11表示轉向千斤頂 14表示旋轉軸裝置
具體實施方式
.-
下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步詳細說明。
本實施例采用了本發明的技術方案進行施工，其給出了詳細的實施方 式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不局限于下述的實施例。
以某盾構隧道施工工程為例，該工程采用直徑4) 14.87m泥水氣平衡盾 構施工，屬超大型盾構。盾構主機總重達1900噸，長為12.65米，其重心 在距刀盤切口4.3米處。請參閱圖5，盾構機3已完成-一條隧道的掘進，將 通過進洞洞圈2進入進洞工作井1，并準備調頭轉場至相鄰的側井1'以便 穿出出洞洞圈2'進行另一條隧道的掘進。若按傳統施工方式采用對盾構機 先解體、吊裝，然后再拼裝的方法，則工期長、成本高，且工藝復雜。
該工程采用了本發明所述的盾構機原地調頭的施工方法，首先將進洞 的盾構機3安置于基座擱架上并將之分割成前、后兩段，然后將前段平移
至相
則井r中，隨后將前、后兩段分別在側井r和進洞工作井i內
進行i8(r旋轉和平移，最后將后段也平移至側井r中并拼接該前、后兩
段以復原該盾構機3。
現結合附圖i本發明的施工流程圖對該工程施工全過程的各施工步驟 的具體內容說明如下
Ci)在進洞工作井中安裝基座擱架，盾構機進洞并座置于該基座擱架上。此步驟是全部施工之前所作的準備工作，其按下列步驟進行
① 在進洞工作井1和相鄰的側井1'的井內砼底板上鋪滿16mm厚的鋼 板作為滑移面以減少滑動摩擦，鋼板之間通過焊接連接并將焊縫打磨平滑； 鋪設時鋼板應與砼底板接觸可靠，為防止鋼板位移或拱起，根據計劃的滑 移軌跡線，在不影響盾構機3移動的前提下，通過膨脹螺栓將鋼板與砼面 連接固定。
② 在進洞工作井1中的鋼板上安裝用于安置盾構機3的鋼結構基座擱 架。請結合參閱圖2和圖3，該基座擱架7是按照設計預先加工好的，安裝 時要使基座擱架7的軸線與進洞工作井1內盾構機3進洞的軸線一致，即 與進洞洞圈2的軸線一致。
該基座擱架7包括有結構相同的前座架和后座架，該前、后座架能夠 調整坡度且繞各自中心的垂直中軸旋轉，其各自包括若干榀桁架8、滑動支 座16、連接桿、導軌15和旋轉軸裝置14。所述若干榀桁架8橫向相互平 行地排列，每榀桁架8由水平的橫梁81與兩端垂直的立柱82構成，其上 部為凹形的承載部用以支承盾構機3;再請參閱圖4，該立柱82內設置有 頂升千斤頂13用以調整基座擱架7的坡度，該頂升千斤頂13的布置根據 需要進行，其規格為100噸一200噸。所述滑動支座16是一種內置油缸、 能夠自動調節高度的現有成熟裝置，用以支撐基座擱架7及其上面的盾構 機3在井底鋼板上滑移，其底端為減磨高分子材料做成的具有減磨性能的 滑塊，該基座擱架7上設有多個滑動支座16并均勻地分布于各榀桁架8的 橫梁81下方。所述連接桿包括縱向連接桿9和斜向連接桿10，其分別沿縱 向和斜向將該若干榀桁架8連接固定起來。所述導軌15的數量為2—4根， 由方鋼制成，其沿縱向固定鋪設于該若干榀桁架8的承載部上，以便盾構 機3座入滑移時直接與之下表面接觸。所述旋轉軸裝置14分別位于前座架和后座架中心的下部，形成盾構機3及座架旋轉時的軸心，其支撐整個座 架繞該旋轉軸裝置14水平旋轉，并且能夠防止偏轉和減小轉動扭矩。
③ 用頂升千斤頂13將基座擱架7的縱向坡度調整為4.5%,隨后在基 座擱架7下墊入支承墊塊，并通過井壁支撐將整個基座擱架7與四周井壁 支撐穩固住，使盾構機3座入基座擱架7的導軌15上產生400噸滑移推力 時，整個支撐體系能夠滿足穩固的要求。
再請參閱圖5，盾構機3完成土體掘進進入進洞洞圈2后，靠自身機內 千斤頂5的頂力緩慢移動，逐漸座入基座擱架7的導軌15上并到達設計位 置就位，盾構機3的前后段分別座置于該基座擱架7的前、后座架上。
拆除井壁支撐和支承墊塊，并通過頂升千斤頂13將盾構機3連同其上 的盾構機3整體調整下降成水平狀態，在頂升和調降過程中始終應控制好 盾構機3與基座擱架7的平穩。
④ 為了防止移動對于盾構機3造成損壞或變形，對盾構機3機殼及其 內部的裝置進行焊接定位和加固。對盾構機3內的拼裝機在盾殼體內進行 定位焊裝支承和穩固支撐，在平移梁之間進行連接支撐，以確保平移梁不 變形，平移梁間距相對不變動；同時對盾構機3盾尾殼體進行二道環箍和 多個支承架焊裝，以達到剛度加固、防止其圓度變形的目的。
(2)分割盾構機成前、后兩段并用位移千斤頂頂推使該前、后兩段脫離。 準備工作完成后，在位于盾構機3機內千斤頂5的尾端處(圖5中A-A) 用氣刨加氣割將盾構機3及其內部部件(包括拼裝機平移梁)分割成前、 后兩段6和4，請參閱圖6，其前段6座置于所述前座架上，后段4座置于 所述后座架上。然后將位移千斤頂安裝于前座架與后座架之間并且緩慢頂 推約1.4m行程，使該前、后兩段6與4脫離，盾構機3殼尾分割端環面與 機內千斤頂5周圈的靴板面脫離約0.15m的間距。(3) 用位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基座擱架一起頂推橫向 平移至相鄰的側井中。
將4個100噸油壓位移千斤頂(實際每個油缸頂推力為43噸，設計摩 擦系數按0.1計算)安裝于前座架與進洞工作井1的井壁之間，利用井壁側 墻或焊裝在底面鋼板上的頂推支架為反力后背，將盾構機3的前段6連同 下方的基座擱架7的前座架一起頂推，請參閱圖7，按照預定的滑移軌跡線 路(圖中箭頭所示)，使之由進洞工作井1橫向平移至相鄰的側井r中， 并且再縱向朝出洞洞圈2'的洞門方向平移，使前座架的中心座合于側井l' 井內砼底板的中心上。
然后用安裝于后座架與進洞工作井1井壁之間的4個50噸位移千斤頂 (實際推力為10噸)，將盾構機3的后段4連同下方的基座擱架7的后座 架一起頂推，使之縱向平移，直至后座架的中心座置重合于進洞工作井1 井內砼底板的中心上。
(4) 通過轉向千斤頂的頂推，所述盾構機的前、后段連同下方的基座擱 架一起分別在側井和進洞工作井內進行180°旋轉。
請結合參閱圖3和圖8，分別在前座架和后座架的四角處各安裝一轉向 千斤頂11 ，在其旋轉軌跡相對位置的砼底板的鋼板上固定安裝一反力座12， 每只轉向千斤頂11的兩端分別與基座擱架7、反力座12聯接，聯接部位均 帶有雙型U型活絡鉸，每臺轉向千斤頂11的頂推力為50噸。
通過轉向千斤頂11對反力座12的頂推，所述盾構機3的前、后段6 和4連同下方的基座擱架7的前、后座架一起，分別在側井l'和進洞工作 井1內繞前、后座架中心的垂直中軸各自進行180°旋轉(見圖8中箭頭所 示)。旋轉時4臺轉向千斤頂11同時動作，旋轉力臂為5.725m，經計算，4 臺轉向千斤頂11完全能夠滿足旋轉動力需要。旋轉時整個基座擱架7的座架在旋轉軸裝置14上轉動，以保證整個旋轉過程座架及其上面的前、后段
6和4不偏移中心位置。
整個旋轉過程分若干次逐階段進行，每次轉向千斤頂11頂程僅能使整
個座架轉動5 10° ，每轉動一次后，即需要重新焊裝反力座12，再進行 下一階段的頂推，周而復始以完成盾構機3前段6和后段4的180°轉向調頭。
(5)用位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基座擱架一起頂推在側 井內向前平移，用位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架一起頂 推在進洞工作井內向前平移。
再請參閱圖9，盾構機3的前段6和后段4完成轉向調頭后，用安裝于 前座架與側井l'井壁之間的位移千斤頂將盾構機3的前段6連同下方的基 座擱架7的前座架一起頂推，使之在側井l'內沿出洞方向向前平移，即向 出洞洞圈2'的方向平移，并使前段6的中軸線與該出洞洞圈2'的軸線重合。
同樣地，用安裝于后座架與進洞工作井1井壁之間的位移千斤頂將盾 構機3的后段4連同下方的基座擱架7的后座架一起頂推，使之在進洞工 作井l內沿進洞方向向前平移，即向進洞洞圈2的方向平移。
(6)用位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架一起頂推，使 之橫向平移至所述側井中。
然后用安裝于后座架4與進洞工作井1井壁之間的位移千斤頂將盾構 機3的后段4連同下方的基座擱架7的后座架一起頂推，使之橫向平移至 所述側井l'中，并位于盾構機3的前段6的正后方，同樣使后段4的中軸 線與前段6的軸線重合，也即與側井1'出洞洞圈2'的軸線重合，狀態可 參閱圖10。
(7)對拼并焊接所述前、后兩段以復原該盾構機。先固定后段4的最終安裝位置，然后用安裝于前座架與側井1'井壁之
間的位移千斤頂將盾構機3的前段6連同下方的基座擱架7的前座架一起 頂推并向盾構機3的后段4靠攏，使兩段的盾構機3機殼之間環縫間隙均 等，殼體和拼裝機平移梁上若干個定位裝置通過微量調移后都對準孔眼、 穿上銷軸，達到合攏對接要求，從而盾構機3在原分割面A-A上實現對拼; 隨后對前、后段6和4的殼體、平移梁及前、后座架進行焊接，焊前應對 焊接坡口刨割、打磨，達到焊縫強度要求，從而復原該盾構機3。
盾構機3復原后，即用頂升千斤頂13對整體基座擱架7和盾構機3進 行頂升，將之從水平狀態調坡為-4.5%，然后在基座擱架7下部墊入支承 墊塊，并通過井壁支撐將整個基座擱架7與側井1'四周井壁支撐穩固住， 從而使盾構機3完成平移、轉向并就位于下一步出洞掘進的起始位置。
1權利要求
1、一種盾構機原地調頭的施工方法，用于將進洞工作井中的盾構機調頭并移至相鄰的側井中，其特征在于首先將進洞的盾構機安置于基座擱架上并將之分割成前、后兩段，然后將前段平移至相鄰的側井中，隨后將前、后兩段分別在側井和進洞工作井內進行180°旋轉和平移，最后將后段也平移至側井中并拼接該前、后兩段以復原該盾構機。
2、 根據權利要求1所述的盾構機原地調頭的施工方法，其特征在于所 述施工方法的施工步驟如下(1) 在進洞工作井中安裝基座擱架，盾構機進洞并座置于該基座擱架上；(2) 分割盾構機成前、后兩段并用位移千斤頂頂推使該前、后兩段脫離；(3) 用位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基座擱架一起頂推橫向平移 至相鄰的側井中；(4) 通過轉向千斤頂的頂推，所述盾構機的前、后段連同下方的基座擱架 一起分別在側井和進洞工作井內進行180°旋轉；(5) 用位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基座擱架一起頂推在側井內 向前平移，用位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架一起頂推在進洞 工作井內向前平移；(6) 用位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架一起頂推，使之橫 向平移至所述側井屮；(7) 對拼并焊接所述前、后兩段以復原該盾構機。
3、 根據權利要求2所述的盾構機原地調頭的施工方法，其特征在于所 述施工方法各施工步驟的具體內容如下-步驟(l) 一在進洞工作井和相鄰的側井的井內砼底板上鋪滿鋼板，在進洞工作井中的 鋼板上安裝鋼結構基座擱架，該基座擱架包括有結構相同的前座架和后座架， 該兩座架能夠調整坡度且繞各自中心的垂直中軸旋轉，將基座擱架的縱向坡度調整為4.5%，并通過支承墊塊和井壁支撐將整個基座擱架穩固住，然后盾構 機進洞并座置于該基座擱架的前、后座架上，拆除井壁支撐和支承墊塊并將基 座擱架連同盾構機整體調坡成水平狀態，對盾構機殼及其內部裝置進行焊接定 位和加固；步驟(2) —在位于機內千斤頂尾端處將盾構機及其內部部件分割成前、后兩段，其前 段座置于所述前座架上，后段座置于所述后座架上，然后用安裝于前、后座架 之間的位移千斤頂頂推使該前、后兩段脫離；步驟(3) —用安裝于前座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基 座擱架的前座架一起頂推，使之橫向平移至相鄰的側井中，并且再縱向平移使 前座架的中心座合于側井井內砼底板的中心上，用安裝于后座架與井壁之間的 位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架的后座架一起頂推，使之縱向 平移至后座架的中心座合于進洞工作井井內砼底板的中心上；歩驟(4) 一在前、后座架的四角處分別安裝轉向千斤頂和反力座，通過轉向千斤頂對 反力座的頂推，所述盾構機的前、后段連同下方的基座擱架的前、后座架一起， 分別在側井和進洞工作井內繞前、后座架中心的垂直中軸各自進行180°旋轉；步驟(5) —用安裝于前座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基 座擱架的前座架一起頂推，使之在側井內沿出洞方向向前平移，用安裝于后座 架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基座擱架的后座架一 起頂推，使之在進洞工作井內沿進洞方向向前平移；步驟(6) —用安裝于后座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的后段連同下方的基3座擱架的后座架一起頂推，使之橫向平移至所述側井內盾構的前段的正后方； 步驟(7) —用安裝于前座架與井壁之間的位移千斤頂將盾構機的前段連同下方的基 座擱架的前座架一起頂推并向盾構機的后段靠攏對拼，然后將盾構機前、后兩 段及其內部部件焊接起來以復原該盾構機。
4、根據權利要求l、 2或3所述的盾構機原地調頭的施工方法，其特征在于所述基座擱架包括有結構相同的前座架和后座架，該前、后座架各自包括若干榀桁架、滑動支座、連接桿、導軌和旋轉軸裝置，所述若干榀桁架橫向平 行地排列，每榀桁架由水平的橫梁與兩端垂直的立柱構成，其上部為凹形的承 載部，該立柱內設置有頂升千斤頂，所述滑動支座均勻地設置于各榀桁架的橫 梁下方，其底端為具有減磨性能的滑塊，所述連接桿包括縱向連接桿和斜向連 接桿，其分別沿縱向和斜向將該若干榀桁架連接固定起來，所述導軌沿縱向固 定鋪設于該若干榀桁架的承載部上，所述旋轉軸裝置分別位于前座架和后座架 中心的下部，其能夠支撐整個座架繞該旋轉軸裝置水平旋轉。
全文摘要
本發明公開了一種盾構機原地調頭轉場的施工方法，用于將進洞工作井中的盾構機調頭并移至相鄰的側井中，其步驟如下首先將進洞的盾構機安置于基座擱架上并將之分割成前、后兩段，然后將前段平移至相鄰的側井中，隨后將前、后兩段分別在側井和進洞工作井內進行180°旋轉和平移，最后將后段也平移至側井中并拼接該前、后兩段以復原該盾構機。本發明具有施工簡單、節約工期的優點，適合大型盾構機，尤其是直徑大于11m的超大直徑盾構的施工。
文檔編號E21F13/00GK101435332SQ20081020466
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月16日 優先權日2008年12月16日
發明者丁志誠, 何國軍, 振 周, 戴仕敏, 李章林, 楊啟本, 鄭宜楓, 黃德中 申請人:上海隧道工程股份有限公司