一种短区间盾构施工栽头的处理方法

技术领域

本发明涉及盾构机施工方法技术领域，特别涉及一种短区间盾构施工栽头的处理方法。

背景技术

随着市政建设、地下交通、深层的矿藏开发需求的日益增长，盾构掘进施工技术地下施工过程中应用广泛，但由于部分短区间隧道的地质软弱，地基承载力弱，而且盾构机的主机重量达到上千吨，而且盾构机的重心位于主机的前部，因此容易引起土体的不均匀沉降，从而导致盾构机机身的下沉，导致盾构机难以控制姿态而产生“栽头”现象。盾构“栽头”是盾构下坡掘进中的一种不良姿态,该不良姿态的出现会导致斜向盾构实际掘进轴线偏离设计轴线,严重时会引发管片破损,直接影响隧道成型质量。并且由于区间隧道距离很短，一旦盾构机掘进过程中机头“栽头”，则用于调整盾构机姿态的区间长度十分有限，调整会更加困难，本应快速通过的短区间，如果因为施工意外停工，机头下降严重，容易导致施工事故，危及人身安全。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种短区间盾构施工栽头的处理方法，旨在解决盾构机在地质软弱，地基承载力弱导致盾构机容易栽头的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种短区间盾构施工栽头的处理方法，包括以下步骤：

1)通过检查盾构机的状态，判定盾构机掘进过程中的栽头程度；

2)当发现盾构机有栽头现象时，控制盾构机推进系统四周油缸的油压控制盾构机在竖直面的俯仰动作；

3)调整盾构机前进速度，利用盾构机的辅助系统进行渣土改良，加固栽头区的土体；

4)并在盾尾空隙形成的同时进行注浆操作，使得浆液及时地填充盾尾空隙，对超限的管片通过注浆的形式进行相应的调整抬升；

5)在盾构机前进方向下方设置支撑装置，支撑装置可以对横支撑通道上下两端土层提供有效支撑，增强地面对盾构机的支撑力度。

进一步的，所述步骤5)设置支撑装置方式为：至少在盾构机前进方向左右两端对应挖设一对工作竖井，并且打通两对应工作竖井横支撑通道，在横支撑通道设置支撑装置。

进一步的，所述支撑装置包括上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板之间连接有可调节支撑结构，所述可调节支撑结构可以相对抬升上支撑板，并固定上支撑板和下支撑板之间的相对距离，通过可调节支撑结构调节上支撑板和下支撑板之间的间距，让上支撑板和下支撑板分别对横支撑通道上下两端土层进行支撑。

进一步的，所述步骤2)盾构机推进系统油缸分为上下左右四个分区，调整上下两油缸的油压来控制盾构机在竖直面的俯仰动作。

进一步的，所述步骤1)判断栽头程度方法为：通过测量盾构机轴线与隧道设计轴线之间的偏差程度，判定盾构掘进施工过程中的栽头程度。

进一步的，所述可调节支撑结构为液压伸缩装置，液压伸缩装置上下两端分别与上支撑板和下支撑板连接，所述液压伸缩装置至少包含两个。

进一步的，所述可调节支撑结构包括支撑杆，所述支撑杆两端分别与上支撑板和下支撑板铰接，当支撑杆与上支撑板横面垂直时，所述可调节支撑结构可相对固定上支撑板和下支撑板。

进一步的，调整盾构机前进速度控制在30mm/min以下。

有益效果

1、本发明技术中当出现栽头时，在盾构机前进方向下方设置支撑装置，支撑装置可以有效提升土层的承载力，防止因为一些软土地层或者是软弱地层承载力弱出现栽头严重无法调控，同时支撑装置设有可调节上支撑板和下支撑板之间间距的可调节支撑结构，在支撑装置深入横支撑通道后，提升支撑装置，可以减小支撑装置与上下土层的间隙，从而增大对土层的支持力。

2.本发明技术中通过将盾构机推进系统四周油缸分为四个区，根据地质条件等对各部分的油压进行调整，从而改变掘进压力，使得盾构机保持抬头趋势；本发明能够适应各种复杂地质条件和环境条件，特别是一些软土地层或者是软弱地层的盾构掘进过程中，对于盾构机不良姿态的改善尤为显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明短区间盾构施工栽头的处理方法流程图；

图2为本发明工作竖井、横支撑通道设置剖面图；

图3为本发明支撑装置设置示意图；

图4为本发明油缸分区图；

图5为本发明一实施例支撑装置结构示意图；

图6为图5本支撑装置展开结构示意图；

图7为本发明另一实施例支撑装置结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，请参阅附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

请参见图1，一种短区间盾构施工栽头的处理方法，特别是在短区间车站的盾构施工中避免盾构机由于主机重心靠前等原因而导致的不良姿态，尤其是在软弱地层中，由于地质条件脆弱而极易导致盾构机栽头。

包括以下步骤：

1)通过检查盾构机的状态，判定盾构机掘进过程中的栽头程度；为了使隧道线路控制在施工容许误差以内，在盾构推进时，需根据隧道内测量进行推进管理测量。推进管理测量，要根据实际规定的测量方法，使用适当的测量设备，力求提高作业的效率，测量方法为本领域常规测量手段，在此不一一赘述。在推进时，为了尽早掌握盾构装配的管片与计划线路之间的偏差，立即修正盾构推进方向，每天进行两次实施推进管理测量；对于已组装的管片，测定盾构的相对位置，或者测量盾构的纵向偏差、横向偏差和转动偏差等量，以掌握盾构的位置和状态，防止栽头过大，导致盾构机的不良姿态的产生。

测量管片和盾构的相对位置，通过测量左右、上下千斤顶的行程差和盾尾空隙，就能确定大致的情况。盾构的横向偏差、纵向偏差和转动偏差，能通过在盾构上设置测锤、倾斜仪、回转罗盘，或使用经纬仪等来测量。还可以通过使用自动测量系统，也能实时取得测量结果。通过多种方式测量手段能更精确判断盾构机的姿态。

2)当发现盾构机有栽头现象时，控制盾构机推进系统四周油缸的油压控制盾构机在竖直面的俯仰动作；通过对盾构机推进系统油缸进行分区，设置不同的油压，及时地调整推进系统，

请参照附图4，具体的盾构机推进系统油缸分为第一油缸41、第二油缸42、第三油缸43和第四油缸44，第一油缸41和第二油缸42相对设置在盾构机机头4上下两端，第三油缸43和第四油缸44相对设置在盾构机机头4左右两端；通过调整第一油缸41和第二油缸42的油压来控制盾构机在竖直面的俯仰动作，通过调整第三油缸43和第四油缸44油压来控制盾构机在水平面的偏转动作。通过控制每个区的油缸压力能改变盾构机的掌子面各个区的千斤顶掘进压力，当需要保持盾构机在掘进过程中保持具有一定的抬头趋势时，第一油缸41减少压力从而使得盾构机下半部分千斤顶加大掘进压力，第二油缸42加大压力从而使得上半部分千斤顶减小掘进压力，从而保持盾构机抬头趋势，以此防止盾构机栽头。

3)调整盾构机前进速度，盾构机前进速度控制在30mm/min以下，观察盾构机姿态，若姿态不理想，可适当地再降低掘进速度。利用盾构机的辅助系统进行渣土改良，加固栽头区的土体。这在一定程度上改善了盾构掘进过程中的不良姿态，减少了盾构栽头的沉降量，减少了隧道盾构施工过程中的施工误差，保证施工的安全性和精确性。

4)并在盾尾空隙形成的同时进行注浆操作，使得浆液及时地填充盾尾空隙，对超限的管片通过注浆的形式进行相应的调整抬升；在盾尾完全进入洞内后，调整洞口密封，注浆加固，对超限的管片通过注浆的形式进行相应的调整抬升，直至设计允许位置。采用与围岩条件完全相适合的注浆材料及注浆方法，在盾构推进的同时或其后立即进行注浆，将衬砌背后的空隙全部填实，防止围岩松弛和下沉增加结构的整体性和抗震性。

5)当采取上述动作后，盾构机还是有栽头的现象，可以停机，然后在盾构机前进方向下方设置支撑装置3，增强地面对盾构机的支撑力度，防止盾构机栽头。请参照附图2-3；支撑装置3设置方式为：至少在盾构机前进方向左右两端对应挖设一对工作竖井1，并且打通两对应工作竖井1的横支撑通道2，在本实施例中工作竖井1设置有三对，可以理解，工作竖井和横支撑通道2的数量可以根据实际情况来设置若干，如根据土层的软弱程度、地基承载力较差的区间长度。横支撑通道2在盾构机前进的正下方，横支撑通道2按照隧道打地下横通道的方式来挖掘打通，在横支撑通道2设置支撑装置3，支撑装置3可以对横支撑通道2上下两端土层提供有效支撑。

请参照附图5-7，支撑装置3包括上支撑板31和下支撑板32，上支撑板31和下支撑板32之间连接有可调节支撑结构，可调节支撑结构可以相对抬升上支撑板31，并相对固定调节上支撑板31和下支撑板32，使其保持在一个稳定的距离。

请参照附图7可调节支撑结构为液压伸缩装置33，液压伸缩装置33上下两端分别与上支撑板31和下支撑板32连接，液压伸缩装置33至少包含两个。通过调节液压伸缩装置33的液压，可以调节上支撑板31和下支撑板32的间距。在使用时，先通过调节液压伸缩装置33调节使得上支撑板31和下支撑板32的间距缩小，顺利将支撑装置3放入横支撑通道2后，通过调节液压伸缩装置33升高上支撑板31，使得上支撑板31和下支撑板32对横支撑通道2的上下两端土层提供有力支撑。两个液压伸缩装置33可以同步联动调节也可以分开调节。

请参照附图5-6，在另一实施方式中，可调节支撑结构包括支撑杆34，支撑杆31两端分别与上支撑板31和下支撑板32铰接，当支撑杆34与上支撑板31横面垂直时，可调节支撑结构可相对固定上支撑板31和下支撑板32。当支撑杆34与上支撑板31横面垂直时，上支撑板31和下支撑板32能对横支撑通道2的上下两端土层提供有力支撑。

可以理解，在盾构机前进方向下方设置支撑装置的时机可以根据盾构机栽头的程度选择，如当发现栽头较为严重时，可以将步骤5)设置支撑装置时机提前，通过设置好支撑装置后再调整盾构机推荐系统的油缸，继续前进。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。