一种复杂断面条件下盾构平移及步进的设备和方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种复杂断面条件下盾构平移及步进的设备和方法。

背景技术

因施工快速、安全、环保等优势，盾构机机械化掘进在地下工程领域应用越来越广泛，但受地上地下建构筑物较多、通过车站等客观条件所限，盾构机经常会出现侧向平移或步进始发/过站等工况。

盾构机现有的平移及步进方法有两种，一种是先将盾构机空推至接收台上方，接收台直接与车站混凝土面接触，然后通过液压千斤顶直接作用于接收台上，强行将接收台及上部盾构机位移；另一种是将盾构机空推至接收台上方后，通过全液压系统实现盾构机的平移和步进。

前者结构简单，但只能用于小型重量轻的盾构机，受制于施工现场实际工况，车站底部混凝土面不平整将导致摩擦力过大，盾构机重量过大后，后推千斤顶将顶不动接收台，无法满足目前盾构机平移及步进过站施工需求，且存在一定安全风险。后者虽然能满足盾构机平移及步进过站施工需求，但是成本高，并且需要考虑盾构机的转向等问题。

发明内容

本发明拟提供一种复杂断面条件下盾构平移及步进的设备，不仅能满足盾构机平移及步进过站施工需求，同时还能提高施工效率，降低施工成本和施工风险。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种复杂断面条件下盾构平移及步进的设备，包括用于接收盾构机且位于盾构机下方的接收台，所述接收台下方左右间隔设置有两列能改变方向的万向轮，所述万向轮下方铺设有能支撑万向轮的行走轨道，所述盾构机盾体的左右两侧均设置有一列位于接收台外侧的牛腿，每个牛腿下方均设置有顶升油缸，所述接收台的前后左右侧面上均设置有供推动组件铰接的铰接支耳，所述推动组件能推动接收台和盾构机一起沿着行走轨道移动。

作为上述方案中的优选，所述推动组件包括步进油缸和液压夹轨器，且步进油缸的一端铰接在液压夹轨器上，当盾构机平移或步进，步进油缸的另一端铰接在需要前进方向后侧的铰接支耳上，同时液压夹轨器也设置在对应方向上的行走轨道上。

进一步优选，所述接收台下方每列万向轮均前后间隔设置有九组，所述盾构机盾体上每列牛腿均前后间隔设置有两个。

进一步优选，所述接收台的前后左右侧面上均间隔设置有两个铰接支耳，当盾构机平移或步进，对应方向后侧的每个铰接支耳均铰接有推动组件。

同时，还公开了一种复杂断面条件下盾构平移及步进的方法，基于上述的复杂断面条件下盾构平移及步进的设备，还包括以下步骤，

S1：施工前的准备；

需保证待通过站台的高度满足需求，同时还需保证平移及步进所需材料、设备均已到场，负责平移及步进的施工人员熟悉流程；

S2：平移及步进前的准备；

盾构机的盾体被空推到接收台上，然后在每个盾体的左右两侧均焊接有位于接收台左右两外侧面的牛腿，同时在牛腿下方设置有顶升油缸；

S3：盾构机的平移及步进过站；

S31：盾构机初始横移；

先通过顶升油缸将盾构机顶起，再在接收台下方和侧面铺设横移行走轨道，同时使万向轮的方向与横移行走轨道的方向一致，横移行走轨道铺设完成后顶升油缸收回，使万向轮落于横移行走轨道上，然后将步进油缸的另一端铰接在接收台的侧面上，一端顶在位于盾构机侧面自备的反力支座上，然后步进油缸工作，使盾构机平移到对应站台过渡段的中间；

S32：盾构机初始步进；

先通过顶升油缸将盾构机顶起，再在接收台下方和前方铺设步进行走轨道，同时使万向轮的方向与步进行走轨道的方向一致，步进行走轨道铺设完成后顶升油缸收回，使万向轮落于步进行走轨道上，然后再将步进油缸的另一端铰接在接收台的后方上，同时将液压夹轨器上设置在后方行走轨道上，最后通过步进油缸与液压夹轨器的交替动作，使盾构机步进到对应站台大里程端的下沉段位置处；

S33：盾构机二次平移；

先通过顶升油缸将盾构机顶起，再在接收台下方和侧面铺设横移行走轨道，同时使万向轮的方向与横移行走轨道的方向一致，横移行走轨道铺设完成后顶升油缸收回，使万向轮落于横移行走轨道上，然后将步进油缸的另一端铰接在接收台的侧面上，同时将液压夹轨器设置在侧面轨道上，最后通过步进油缸与液压夹轨器的交替动作，使盾构机平移到对应站台中心位置处；

S34：盾构机二次步进；

先通过顶升油缸将盾构机顶起，再在接收台下方和前方铺设步进行走轨道，同时使万向轮的方向与步进行走轨道的方向一致，步进行走轨道铺设完成后顶升油缸收回，使万向轮落于步进行走轨道上，然后将步进油缸的另一端铰接在接收台的后方上，同时将液压夹轨器设置在后方行走轨道上，最后通过步进油缸与液压夹轨器的交替动作，使盾构机步进到对应站台小里程端；

S35：盾构机过站；

通过顶升油缸实现万向轮的转向和行走轨道的铺设，再改变步进油缸另一端和液压夹轨器的位置，最后通过步进油缸与液压夹轨器的交替动作，使得盾构机先平移到始发洞的过渡中心，再步进到始发洞，最后平移到始发位置，准备开始二次始发作业。

进一步优选，在步骤S34中，当盾构机在步进一段距离后，需停止移动，待后方二衬施工完成后，并拆除模板后，再继续步进。

进一步优选，在步骤S3中，左线盾构机和右线盾构机中任一盾构机先进行平移及步进，待其进行二次步进时，且步进一段距离后停止移动，然后余下盾构机再进行平移及步进，当余下盾构机在进行二次步进时，需要在距前一盾构机一定距离时停止移动，等待两台盾构机的模板均拆除后，两台盾构机再同步平移及步进导始发洞进行二次始发。

进一步优选，在S3中，在铺设行走轨道时，横移行走轨道铺设九根，步进行走轨道铺设两根，且将已通过的轨道拆除铺设在盾构机即将要通过的位置处。

本发明的有益效果：

1)本设备包括带有万向轮的接收台、顶升油缸和推动组件，整体结构简单，且能适用于各种型号和各种吨位的盾构机，与现有技术的全液压系统相比，其成本低，在具体实施时，本申请的设备成本在47万元左右，而全液压系统的设备成本在350万元左右，其能减少300万元的成本。

2)在本申请中，盾构机的平移和步进均是通过改变万向轮的方向实现，其操作简单，且整个过站过程中盾构机的方向均保持不变，不仅使得步进和平移过程平稳，施工风险小，效率高，同时还不需要考虑转接设备和站台场地大小的影响。

3)盾构机在步进和平移过程中，通过行走轨道作为导向装置，能有效保证整个移动过程不会出现偏移，且通过万向轮与行走轨道的配合，能有效减少移动过程中受到的摩擦力，从而保证移动效率。

4)在整个移动过程中，不需要额外的设施和设备，从而能有效减少移动过程中的操作人员，本申请在具体实施时，只需3-4名操作人员就能实现盾构机的步进和平移。

附图说明

图1为本发明中设备的示意图。

图2为本发明处于步进状态时顶升油缸顶升后的示意图。

图3为本发明处于步进状态时顶升油缸顶升后铺设步进行走轨道的示意图。

图4为本发明处于步进状态时顶升油缸收回后的示意图。

图5为本发明中顶升油缸的分布示意图。

图6为本发明处于步进状态时安装好步进油缸和液压夹轨器的示意图。

图7为图6的俯视图。

图8为本发明初始步进时的示意图。

图9为本发明处于横移状态时顶升油缸顶升后的示意图。

图10为本发明处于横移状态时顶升油缸顶升后铺设横移行走轨道的示意图。

图11为本发明处于横移状态时顶升油缸收回且安装好步进油缸和液压夹轨器的示意图。

图12为本发明处于横移状态时的侧视图。

图13为图12的俯视图。

图14为本发明中盾构机平移及步进的平面布置图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1-14所示，一种复杂断面条件下盾构平移及步进的设备，主要由接收台1、万向轮2、行走轨道3、牛腿4、顶升油缸5和推动组件组成，其中接收台1用于接收盾构机且位于盾构机下方，接收台通常由钢板焊接而成，在接收台1下方左右间隔设置有两列能改变方向的万向轮2，万向轮用于带动接收台和位于接收台上的盾构机移动，为方便移动时的导向，在万向轮2下方铺设有能支撑万向轮的行走轨道3，且行走轨道3的方向与盾构机过站轨迹重合。

为方便行走轨道的铺设，在盾构机盾体的左右两侧均设置有一列位于接收台1外侧的牛腿4，每个牛腿4下方均设置有顶升油缸5，通过顶升油缸的工作，能将整个盾构机和接收台向上抬起，不仅方便改变万向轮的方向，还便于行走轨道的铺设。为实现盾构机的移动，在接收台1的前后左右侧面上均设置有供推动组件铰接的铰接支耳，推动组件则根据需要移动的方向，将其铰接在对应的铰接支耳上，然后通过推动组件的工作，推动接收台1和盾构机一起沿着行走轨道移动。

推动组件的具体结构包括步进油缸6和液压夹轨器7，且步进油缸6的一端铰接在液压夹轨器7上，其中液压夹轨器为现有技术。当盾构机需要平移或步进，步进油缸6的另一端铰接在需要前进方向后侧的铰接支耳上，同时液压夹轨器7也设置在对应方向上的行走轨道3上。

为方便支撑盾构机，位于接收台下方的每列万向轮2均前后间隔设置有九组，盾构机盾体上每列牛腿4均前后间隔设置有两个，对应的在铺设行走轨道时，前后步进的行走轨道左右间隔设置有两根，而左右平移的行走轨道则需要前后间隔设置有九根。

为方便推动整个盾构机和接收台沿着行走轨道移动，在接收台(1)的前后左右侧面上均间隔设置有两个铰接支耳，当盾构机平移或步进，对应方向后侧的每个铰接支耳均铰接有推动组件，即推动时，间隔设置有两组推动组件。

一种复杂断面条件下盾构平移及步进的方法，基于上述的设备，包括以下步骤：

第一步：施工前的准备。需保证待通过站台的高度满足需求，同时还需保证平移及步进所需材料、设备均已到场，负责平移及步进的施工人员熟悉流程。最好是，提前对于盾构机预计前进线路上的凹凸不平地方进行调整，从而保证盾构机移动的平稳性。

第二步：平移及步进前的准备。盾构机的盾体被空推到接收台上，然后在每个盾体的左右两侧均焊接有位于接收台左右两外侧面的牛腿，同时在牛腿下方设置有顶升油缸。为保证顶升油缸工作时，能将盾构机和接收台一起顶升，因此在盾构机与接收台接触的地方也设置有焊接点。

第三步：盾构机的平移及步进过站。

(1)盾构机初始横移。先通过顶升油缸将盾构机顶起，再在接收台下方和侧面铺设横移行走轨道，同时使万向轮的方向与横移行走轨道的方向一致，横移行走轨道铺设完成后顶升油缸收回，使万向轮落于横移行走轨道上，然后将步进油缸的另一端铰接在接收台的侧面上，一端顶在位于盾构机侧面自备的反力支座上，然后步进油缸工作，使盾构机平移到对应站台过渡段的中间。

(2)盾构机初始步进。先通过顶升油缸将盾构机顶起，再在接收台下方和前方铺设步进行走轨道，同时使万向轮的方向与步进行走轨道的方向一致，步进行走轨道铺设完成后顶升油缸收回，使万向轮落于步进行走轨道上，然后再将步进油缸的另一端铰接在接收台的后方上，同时将液压夹轨器上设置在后方行走轨道上，最后通过步进油缸与液压夹轨器的交替动作，使盾构机步进到对应站台大里程端的下沉段位置处。

(3)盾构机二次平移。先通过顶升油缸将盾构机顶起，再在接收台下方和侧面铺设横移行走轨道，同时使万向轮的方向与横移行走轨道的方向一致，横移行走轨道铺设完成后顶升油缸收回，使万向轮落于横移行走轨道上，然后将步进油缸的另一端铰接在接收台的侧面上，同时将液压夹轨器设置在侧面轨道上，最后通过步进油缸与液压夹轨器的交替动作，使盾构机平移到对应站台中心位置处。

(4)盾构机二次步进。先通过顶升油缸将盾构机顶起，再在接收台下方和前方铺设步进行走轨道，同时使万向轮的方向与步进行走轨道的方向一致，步进行走轨道铺设完成后顶升油缸收回，使万向轮落于步进行走轨道上，然后将步进油缸的另一端铰接在接收台的后方上，同时将液压夹轨器设置在后方行走轨道上，最后通过步进油缸与液压夹轨器的交替动作，使盾构机步进到对应站台小里程端。由于盾构机后方还配备有对应的拖车等结构，因此当盾构机在步进一段距离后，需停止移动，待后方二衬施工完成并拆除模板后，再继续步进。

(5)盾构机过站。通过顶升油缸实现万向轮的转向和行走轨道的铺设，再改变步进油缸另一端和液压夹轨器的位置，最后通过步进油缸与液压夹轨器的交替动作，使得盾构机先平移到始发洞的过渡中心，再步进到始发洞，最后平移到始发位置，即按照(3)(2)(1)的反向进行移动，准备开始二次始发作业。

由于在挖掘时，部分会配备有左线盾构机和右线盾构机，为保证两台盾构机的顺利过站，在第三步中，左线盾构机和右线盾构机中任一盾构机先进行平移及步进，待其进行二次步进时，且步进一段距离后停止移动，然后余下盾构机再进行平移及步进，当余下盾构机在进行二次步进时，需要在距前一盾构机一定距离时停止移动，等待两台盾构机的模板均拆除后，两台盾构机再同步平移及步进导始发洞进行二次始发。

同时为进一步减少成本，在每次铺设行走轨道时，可将已通过的轨道拆除铺设在盾构机即将要通过的位置处。

本申请的设备和方法，在被具体使用时，盾构机整机的重量为830t，每根顶升油缸的顶推力为3000KN，每根步进油缸顶推推力为1000KN，在通过液压夹轨器和步进油缸交替动作使，每次移动的距离为800mm。在第三步中，右线盾构机线进行移动，初始横移的距离为1475mm，初始步进的距离为16m，二次平移的距离为6.775m，二次步进时，右线盾构机步进60m后开始停机，然后左线盾构机按照顺序开始步进，在二次步进时步进40m停机，待后方模板台车拆除完成后，两台盾构机继续同步步进。在盾构机过站中，先横向平移6.775m到始发洞的过渡中心，在步进16m到始发洞，最后在横向平移1.475m到始发位置，准备开始二次始发作业。