富水地层隧道施工的盾构机更换两道盾尾刷环的方法

摘要

本发明公开了一种富水地层隧道施工的盾构机更换两道盾尾刷环的方法，包括以下步骤：1）对用于支撑隧道的管片进行止水处理，2）降低风井范围内的地下水位，3）盾构机向前掘进露出盾构机尾部需要更换的两道盾尾刷环，4）拆除旧盾尾刷环并更换新的盾尾刷环。本发明填补了富水软弱地层中更换两道盾尾刷的施工技术空白，具有良好的经济效益和社会效益。突破了现有技术只能更换盾构机尾部一道盾尾刷的局限，能同时更换两道盾尾刷，提高了隧道掘进的施工效率，并提供了安全保障，解决了较长距离的盾构掘进施工盾尾安全的技术难题。还解决了隧道出入风井口的防水问题，并保证了更换盾尾刷作业环境的安全性，更快更好完成更换盾尾刷的施工作业。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地下富水地层隧道施工的盾构机尾部密封装置的更换方法，特别涉及一种更换盾构机尾部盾尾刷环的方法，属于地下建筑施工技术领域。

背景技术

随着盾构机及其施工技术的不断发展和完善，盾构施工工法也已成为当今城市隧道和地铁工程中不可缺少的一种施工方法。但是在大城市修建隧道时，面临着城市的复杂性、地下建筑物和管线的多样性和地层的不稳定性等造成的困难，当隧道内的盾构机穿越前述的复杂地况时，需要较长和小曲率半径的线路，对盾构机尾部的盾尾刷密封效果是极大的考验。如图2和图3所示，盾构机尾部盾壳101内间隔固定了三道环形的盾尾刷环20，每一道盾尾刷环20由多块盾尾刷块201拼接而成。盾构机10掘进时，三道盾尾刷环20用于密封伸进盾构机尾部盾壳101内、且由多片管片301构成的环体30外周与盾构机尾部盾壳101内壁之间的空隙，以防止地层中水和泥沙进入盾构机10内。盾构机10在地下掘进泥沙混杂的恶劣的工况条件下，其在地下掘进一段距离后，盾尾刷环20损坏严重需要及时更换。常规的更换盾尾刷的方法是更换一道盾尾刷环20，或在浅埋常规地层中更换盾尾刷而保留后两道盾尾刷环 20，用来保持三道盾尾刷环20整体的密封性。

由于浅埋常规地层具有地下水较深的良好地层条件，减少了涌水涌砂的发生，从而大大降低更换盾尾刷的风险性。在“先隧后井”即先用盾构机掘进隧道，再挖掘垂直的风井的施工工艺中，盾构机在富水砂层掘进的过程中需要更换盾尾刷环时，需要先将隧道进出风井口加固密封再更换盾尾刷环，施工过程繁琐、成本高，还可能影响盾构机的掘进工期；并且此时只有一道盾尾刷环的保护作用，在更换盾尾刷环的过程中存在较大渗漏及喷涌的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种本发明提供一种在风井内富水砂层中盾构机更换两道盾尾刷环的施工方法，可以同时更换两道盾尾刷环，提高了施工效率。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种富水地层隧道施工的盾构机更换两道盾尾刷环的方法，包括以下步骤：

1)更换两道盾尾刷环前对用于支撑土体的管片进行止水处理

在盾构机达到预定位置后，对盾构机尾部后已施工完毕的且彼此衔接的10环管片外周面和地层内壁之间进行止水注浆施工；

2)降低风井范围内的地下水位

在将要施工的风井范围内施工数口降水井进行降水；

3)盾构机向前掘进露出盾构机尾部需要更换的两道盾尾刷环

将管片逐片相邻地安装固定在盾构机尾部盾壳内壁的下半圆上，组成半圆形的下半圆管片组合体；然后在盾构机尾部一圈多个水平支撑油缸中，选择上部数个间隔的水平支撑油缸，并使所述水平支撑油缸的活塞杆端头组件分别通过各自对应的辅助支撑杆支撑在对应位置的管片端面上，底部下半圆管片和上部支撑油缸提供盾构机掘进反力；盾构机继续掘进露出需要更换的两道盾尾刷环；

4)拆除旧盾尾刷环并更换新的盾尾刷环

4.1)先清除盾构机尾部盾壳上半圆的内周面、油脂仓和待拆除的两道旧盾尾刷上的油脂和砂浆，然后交替更换盾构机尾部盾壳上半圆内的数个水平支撑油缸及对应的辅助支撑杆的支撑位置，空出相应的区域拆除对应位置的多块盾尾刷块；接着分别将多块新盾尾刷块邻边相拼地焊接固定在盾构机尾部盾壳已拆除的两道旧盾尾刷的原位上，组成了两道新盾尾刷的半圆组合块；经过数次数个水平支撑油缸及对应的辅助支撑杆支撑位置的交替变换和对应位置的半圆组合块的焊接固定，完成了盾构机尾部盾壳上半圆内周面区域内的两道旧盾尾刷的拆除和两道新盾尾刷半圆组合块的焊接固定；

4.2)将盾构机尾部盾壳上半圆内的数个对称排列的水平支撑油缸分别通过各自对应的辅助支撑杆支撑在对应位置的管片端面上，按照隧道内壁两侧的对称位置，使用拼装机分数次拆除盾构机尾部外隧道内壁的下半圆的数片管片；接着分别将多块新盾尾刷块邻边相拼地焊接固定在盾构机尾部盾壳下半圆内周面拆除的两道旧盾尾刷的原位上；两道新盾尾刷块分别焊接固定在盾构机尾部盾壳内周面的上、下半圆上，构成间隔排列的两道新的盾尾刷环，在两道新的盾尾刷环上手涂油脂。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，在步骤1)中所述彼此衔接的10环管片的止水注浆施工中，盾构机尾部外一环管片外圆和地层之间采用聚氨酯浆止水，其余9环均采用双液浆止水；所述双液浆为水泥浆和水玻璃浆的混合物。

进一步的，步骤2)中降水井的深度超过盾构机下侧面距地面标高的距离。

进一步的，步骤4.1)中的辅助支撑杆的结构为两端的垂直端面板和中间的水平圆钢管焊接而成的钢结构件。

本发明填补了富水软弱地层中更换两道盾尾刷的施工技术空白，具有良好的经济效益和社会效益，克服了因大城市的复杂性、地下建筑物和管线的多样性、地层的不稳定性给隧道施工带来的困难，为软弱地层隧道施工时盾构机尾部盾壳漏浆漏水提供了安全保障及施工技术方法。本发明突破了现有技术只能更换盾构机尾部一道盾尾刷的局限，能同时更换两道盾尾刷，提高了隧道掘进的施工效率，并提供了安全保障，特别是解决了较长距离的盾构掘进施工盾尾安全的技术难题。本发明采用多种注浆措施和合理的注浆顺序对盾构机尾部后已施工完毕的且彼此衔接的10环管片外周面和地层之间进行止水注浆施工，以及在未开挖的风井内增设降水井进行降水的措施，解决了隧道出入风井口的防水问题，并保证了更换盾尾刷作业环境的安全性，使更换盾尾刷施工作业更快更好的完成。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的盾构机尾部露出两道盾尾刷的示意图；

图3是盾构机掘进的隧道的地面上尚未开挖的风井和降水井位置的俯视图；

图4是本发明步骤4)的工序图；

图5是本发明辅助支撑杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和佛山地铁2号线南庄站～湖涌站区间双线隧道施工的工程实例对本发明作进一步说明。

如图3所示，佛山地铁2号线南庄站～湖涌站区间，区间线路长2.29km(左线)，全线穿越河道、高压燃气、高压线塔、建筑群，广明高速等，隧道中间有一座风井40兼做3#联络通道。施工工艺采用先施工隧道100后施工风井40的型式，风井40的位置是南湖区间全线条件最有利的位置，盾构机10在掘进到环体30的标记为442环左右时出现盾构机10尾部漏浆现象，初步判断盾尾刷环20损坏，通过盾构机10尾部封堵聚氨酯、增加盾构机10尾部油脂注入量等措施进行堵漏，盾构机10带病掘进最近的一个盾尾刷20更换点即环体30中标记为528环(以下简称528环)。

如图1和图2所示，本发明的方法，包括以下步骤：

1)更换两道盾尾刷环20前对用于支撑隧道100的管片301进行止水处理

如图2所示，在盾构机10达到预定位置后，对盾构机10尾部后已施工完毕的且彼此衔接的10环管片301(518-527环)外周面和地层之间进行止水注浆施工。盾构机10尾部外的527 环管片301外圆和地层之间采用聚氨酯止水，其余9环均采用双液浆止水；所述双液浆为水泥浆和水玻璃浆的混合物。

2)降低风井40范围内的地下水位

如图3所示，在将要施工的风井40范围内施工4口降水井401进行降水，降水井401的深度超过盾构机10下侧面距地面标高的距离为28.8米，可以有效地降低隧道100施工面的地下水位，改善施工条件。

3)盾构机10向前掘进露出盾构机10尾部需要更换的两道盾尾刷环20

将管片301逐片相邻地安装固定在盾构机10尾部盾壳内壁的下半圆上，组成半圆形的下半圆管片组合体301A。然后在如图2和图4的A所示的盾构机10尾部外周一圈16个水平支撑油缸102中，选择上部3个间隔的水平支撑油缸102，其标记分别为1、3和15，并使所述水平支撑油缸102的活塞杆端头组件103分别通过各自对应的如图5所示的由两端的垂直端面板501和中间的水平圆钢管502焊接而成的辅助支撑杆50支撑在对应位置的三片管片301端面上；盾构机10继续掘进露出需要更换的两道盾尾刷环20。

4)拆除旧盾尾刷并更换新盾尾刷

4.1)先清除盾构机尾部盾壳101上半圆的内周面、油脂仓和待拆除的两道旧盾尾刷上的油脂和砂浆，然后按照图4的B～图4的H所示，按下列顺序先后交替更换标记分别为1、3 的2个间隔的水平支撑油缸102(图4的B)，标记分别为3、15(图4的C)、标记分别为1、 15(图4的D)和标记分别为1、3和15(图4的E)不同间隔排列的、2个或3个间隔的水平支撑油缸102，空出盾构机尾部盾壳101上半圆局部区域进行清理和拆除对应位置的多块盾尾刷块201，接着分别将多块新盾尾刷块邻边相拼地焊接固定在盾构机尾部盾壳101已拆除的两道旧盾尾刷的原位上，组成了两道新盾尾刷的半圆组合块。经过数次2～3个水平支撑油缸102及对应的辅助支撑杆50支撑位置的交替变换和对应位置的新盾尾刷半圆组合块的焊接固定，完成了盾构机尾部盾壳101上半圆内周面区域内的两道旧盾尾刷环的拆除和两道新盾尾刷的半圆组合块的焊接固定。

4.2)按图4的F～图4的H所示，将盾构机尾部盾壳101上半圆内的3个标记分别为1、3和15的水平支撑油缸102，分别通过各自对应的辅助支撑杆50支撑在对应位置的管片301端面上。按照隧道100内壁两侧的对称位置，先用拼装机拆除左侧A1位置的管片301，如图4的F所示；再拆除右侧A3位置的管片301，如图4的G所示；最后拆除最下侧位置的A2位置的管片301，如图4的H所示。这样，分3次拆除盾构机10尾部内的下半圆的3片管片301。接着分别将多块新盾尾刷块邻边相拼地焊接固定在盾构机尾部盾壳101下半圆内周面拆除的两道旧盾尾刷的原位上；两道新盾尾刷块分别焊接固定在盾构机尾部盾壳101内周面的上、下半圆上，构成间隔排列的两道新的盾尾刷环20。在两道新盾尾刷环20上手涂油脂，完成两道盾尾刷环20的更换。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。