專利名稱：盾尾刷更換的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及盾構(gòu)設(shè)備的維修方法，特別涉及一種在隧道施工過程中盾 構(gòu)機尾部密封鋼絲刷更換的施工方法，屬于隧道建筑工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，地下軌道交通、越江隧道等地下工程日益 增多，隧道的盾構(gòu)推進距離也越來越長。但盾構(gòu)機在經(jīng)過長距離連續(xù)推進 后，其尾部的密封鋼絲刷(以下簡稱盾尾刷)會因過量磨損而損壞，從而 導(dǎo)致盾尾密封的失效。為了保證盾構(gòu)推進工作的順利與安全，在隧道盾構(gòu) 施工過程中會采取許多措施來確保工程的質(zhì)量。譬如施工中配置性能良好 的漿液，并定期檢査有效的注漿量和漿液的特性，如比重、塑性、硬度、 凝結(jié)時間、塌落度以及塑變值、粘度等一些流變學(xué)參數(shù)等，確保壓注出的 同步注漿的漿液質(zhì)量；同時根據(jù)相應(yīng)結(jié)果進行針對性的注漿糾正，如調(diào)整 注漿部位、注漿量以及注漿壓力；另外為了加強對正面土體的支護能力， 防止盾構(gòu)超挖，還要嚴格控制泥水質(zhì)量；此外要合理選擇管片旋轉(zhuǎn)角度， 保證合理的環(huán)面超前量，拼裝時精心操作，保證環(huán)面的平整度，同時對管 片軸線位置進行精確定位，防止管片與盾構(gòu)機外殼之間局部間隙過小或過 大對盾尾刷造成損傷或產(chǎn)生滲漏；最后還要從特殊環(huán)前三環(huán)開始拼裝特制 混凝土管片并開始使用特殊凝固漿以及從特殊環(huán)前數(shù)環(huán)開始向盾尾刷間腔 體注入特制防水油脂。盡管如此，依然難免施工過程中因盾尾刷磨損而發(fā) 生滲漏。當盾構(gòu)機因盾尾刷受損而發(fā)生滲漏時，就必須對受損的盾尾刷進 行更換施工?，F(xiàn)有的盾尾刷更換施工過程一般是先從地面對盾構(gòu)周圍的土體進行加固，然后再從盾構(gòu)機內(nèi)部對盾尾刷進行更換。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，《鐵道建筑》2007 年第三期中《盾構(gòu)掘進施工中盾構(gòu)機盾尾密封更換關(guān)鍵技術(shù)研究》 一文披露了一種盾尾刷的更換技術(shù)方案首先對后部管片進行壁后注漿以達到止水效果，然后按一定順序先后拆除靠近盾尾密封鋼絲刷處的一環(huán)相關(guān)管片， 再依次進行舊盾尾刷的拆除與新盾尾刷的安裝，最后按先后順序依次拼裝 之前所拆除的各塊管片。這種施工方法只是針對土壓地鐵盾構(gòu)盾尾刷的更換，其適用性有限，而且是被動性的替換；從止水效果上來看，文章中采 用壁后注漿的方法進行止水，其止水效果較差，很難滿足實際工程的要求； 此外文章所述的盾尾刷更換方法能適用的地層種類非常有限，其很難適用 軟土、高水壓等地層條件；同時從'替換管片的方式來看，文章所述方法需 要不停地旋轉(zhuǎn)楔形管片，出現(xiàn)意外時無法及時將管片拼回。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種 止水效果好、安全可靠、環(huán)境適應(yīng)性強的盾尾刷更換的施工方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下一種盾尾刷更換的施工方法，所用盾構(gòu)機的尾部裝置有預(yù)設(shè)凍結(jié)管， 其操作依序包括有下列步驟(1) 確定更換盾尾刷；(2) 調(diào)整盾構(gòu)推進參數(shù)，控制盾構(gòu)姿態(tài)； '(3) 在普通環(huán)前方用凍結(jié)管片拼裝一凍結(jié)特殊環(huán)，該凍結(jié)管片內(nèi)預(yù)埋 有凍結(jié)管和測溫管；(4) 在凍結(jié)特殊環(huán)前方拼裝一用于盾尾刷j更換操作的更換特殊環(huán)；(5) 連接凍結(jié)管路與凍結(jié)設(shè)備；(6) 對盾尾外圍土體進行凍結(jié)操作，在盾尾刷后側(cè)形成止水的凍結(jié)帷幕；(7) 在凍結(jié)帷幕的保護下逐個更換盾尾刷并向盾尾刷內(nèi)注入防水油脂；(8) 盾尾刷全部更換完成后對凍結(jié)帷幕強制解凍；(9) 恢復(fù)盾構(gòu)正常推進。 本發(fā)明所述的盾尾刷更換的施工方法，其步驟(3)中所述凍結(jié)管呈U形布置于凍結(jié)管片內(nèi)，各凍結(jié)管片上的凍結(jié)管連接成用以通過冷凍液的循環(huán)管路，所述測溫管埋設(shè)于該凍結(jié)管片內(nèi)以監(jiān)測凍結(jié)帷幕的溫度；步驟(5)中所述的凍結(jié)管路由盾構(gòu)尾部的預(yù)設(shè)凍結(jié)管、凍結(jié)管片上的凍結(jié)管、測溫管及凍結(jié)設(shè)備連接而成；所述步驟(1)的具體操作內(nèi)容為當盾構(gòu)推進過程中出現(xiàn)盾尾連續(xù)漏漿時，立即停止推進，注入防水油脂以封堵漏點，拆除相關(guān)管片并觀察盾尾刷狀況，從而決定是否更換盾尾刷；所述步驟(2) 的具體操作內(nèi)容為調(diào)整盾構(gòu)各推進參數(shù)，合理設(shè)置切口水壓力值并控制 其波動范圍，控制盾構(gòu)姿態(tài)使之沿設(shè)計軸線平穩(wěn)推進，并保證盾構(gòu)外殼與 管片間的間隙均勻；步驟(6)所述的凍結(jié)操作中，所使用的冷凍液為鹽水； 所述步驟(7)的具體操作內(nèi)容為由盾構(gòu)頂部開始局部地拆除更換特殊環(huán) 上的楔形管片和鄰接管片，在凍結(jié)帷幕的保護下更換該局部的盾尾刷，并 在該新?lián)Q的盾尾刷內(nèi)注入防水油脂，隨后裝回之前卸下的楔形管片和鄰接 管片，然后按照單方向順序逐個局部區(qū)域地重復(fù)上述更換盾尾刷的操作直至完成整環(huán)上盾尾刷的更換；在步驟(8)所述的強制解凍前，盾構(gòu)尾部內(nèi) 的防水油脂應(yīng)達到必要的壓力值，并且具有可靠的密封效果。與現(xiàn)有技術(shù)采用壁后注漿的止水方式不同的是，本發(fā)明所述的盾尾刷更 換的施工方法以積極預(yù)防為主，采甩了凍結(jié)法的止水方式，其通過包括有 盾構(gòu)尾部的預(yù)設(shè)凍結(jié)管和凍結(jié)特殊環(huán)上的凍結(jié)管、測溫管的凍結(jié)管路對盾尾外圍土體進行凍結(jié)，產(chǎn)生凍結(jié)帷幕，形成止水的工作環(huán)境。該凍結(jié)法不 論是在密封止水效果上還是在安全性能上都比諸如壁后注漿的其它止水方 式更為有效，從而為盾尾刷更換創(chuàng)造更加安全可靠的施工條件。此外本發(fā) 明采用的更換特殊環(huán)能夠方便快捷地拆除和拼裝盾尾刷處的相關(guān)管片，使 盾尾刷的更換具備良好的操作性。由于本發(fā)明所述的盾尾刷更換的施工方 法具有止水效果好、安全可靠、操作簡便的優(yōu)點，因此在軟土、高水壓等 惡劣復(fù)雜的特殊地質(zhì)條件下均能實施，所以所述方法環(huán)境適應(yīng)性很強，尤 其適用于大型、超大型的大直徑越江跨海隧道。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明盾構(gòu)機尾部的局部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明凍結(jié)特殊環(huán)的凍結(jié)管片示意圖。 圖4為圖3的俯視圖。 圖5為本發(fā)明的更換特殊環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明所述的盾尾刷更換的施工方法采用了凍結(jié)法的止水方式，其以 積極預(yù)防為出發(fā)點，因此在盾構(gòu)機制造時就己經(jīng)考慮了可能出現(xiàn)的盾尾刷更換的情況，在盾構(gòu)機的尾部1預(yù)先裝置了預(yù)設(shè)凍結(jié)管7 (參見圖2')。應(yīng)用本發(fā)明所述的施工方法對盾尾刷進行更換的操作依序包括有下列步驟 (l)確定更換盾尾刷。 首先請同時參閱圖1所述方法的流程圖和圖2盾尾的結(jié)構(gòu)示意圖。'在 進行盾尾刷3更換之前必須對盾尾刷3的磨損情況、隧道及盾構(gòu)周圍的土 質(zhì)狀況進行調(diào)查，在充分掌握了施工條件后方可進行施工。盾構(gòu)推進一段距離后應(yīng)及時檢査盾尾刷的磨損情況， 一般可以在推進時先通過觀察盾構(gòu) 尾部1的漏漿情況來判斷。如果盾構(gòu)機正常推進過程中盾構(gòu)尾部1處出現(xiàn)連續(xù)漏漿，則應(yīng)立即停止推進并采取臨時應(yīng)急措施，在盾尾刷3處注入特 制防水油脂以封堵漏點。待盾構(gòu)尾部1處漏點初步被封堵后，拆除最后一 環(huán)普通成環(huán)4的相關(guān)封頂管片，觀察盾尾刷3的磨損狀況，如果盾尾刷3 磨損嚴重或盾尾刷3被結(jié)硬的槳塊包裹，即應(yīng)決定及時進行更換盾尾刷3的施工。(2) 調(diào)整盾構(gòu)推進參數(shù)，控制盾構(gòu)姿態(tài)。當確定需要更換盾尾刷3后，首先調(diào)整盾構(gòu)各推進參數(shù)，合理設(shè)置切 口水壓力值并在實際操作過程中控制該壓力的波動范圍，同時控制盾構(gòu)姿 態(tài)使之盡量沿著設(shè)計軸線保持平穩(wěn)推進，減少糾偏，減少對正面土體的擾 動，使盾構(gòu)在推進過程中姿態(tài)良好，并保證盾構(gòu)外殼與管片間的間隙均勻。(3) 在普通環(huán)前方用凍結(jié)管片拼裝一凍結(jié)特殊環(huán)，該凍結(jié)管片內(nèi)預(yù)埋 有凍結(jié)管和測溫管。請參閱圖2，在沿盾構(gòu)前進方向最前側(cè)的隧道普通環(huán)4 (即施工中最近 拼接的隧道成環(huán))的前方拼裝一凍結(jié)特殊環(huán)5，該凍結(jié)特殊環(huán)5由若干凍結(jié) 管片13構(gòu)成，其主要作用是與盾構(gòu)機的尾部1預(yù)先裝置的預(yù)設(shè)凍結(jié)管7共 同產(chǎn)生凍結(jié)帷幕9 (見圖2)，.從而形成止水的工作環(huán)境。再請結(jié)合參閱圖3 和圖4凍結(jié)管片13的示意圖，圖示凍結(jié)管片13內(nèi)預(yù)埋有幾道凍結(jié)管8和 一測溫管IO，所述凍結(jié)管13呈U形地布置于凍結(jié)管片13內(nèi)，各凍結(jié)管片 13上的凍結(jié)管8相互連接，從而形成凍結(jié)時用以通過冷凍液的循環(huán)管路， 所述測溫管IO埋設(shè)于凍結(jié)管片13內(nèi)，.其作用是在凍結(jié)過程中監(jiān)測凍結(jié)帷 幕9的溫度。(4) 在凍結(jié)特殊環(huán)前方拼裝一用于盾尾刷更換操作的更換特殊環(huán)。再請參閱圖2，完成了上述凍結(jié)特殊環(huán)5的拼裝之后，通過千斤頂2 繼續(xù)推進盾構(gòu)機，將凍結(jié)特殊環(huán)5推出盾構(gòu)尾部1，推出盾構(gòu)尾部1的距離 應(yīng)該嚴格控制，以保證凍結(jié)施工位置的準確性和確保更換盾尾刷3的操作 空間，同時保證管片拆除時盾構(gòu)尾部1閉封區(qū)域的長度，為下一步工序的 施工奠定基礎(chǔ)。然后在凍結(jié)特殊環(huán)5的前方拼裝一用于盾尾刷3更換操作 的更換特殊環(huán)6，請參閱圖5，該更換特殊環(huán)6是由若干楔形管片11和鄰 接管片12拼接而成，其作用是為了快速方便地進行管片的拆除和拼裝以利 于盾尾刷3更換的施工。(5) 連接凍結(jié)管路與凍結(jié)設(shè)備。安裝有關(guān)的凍結(jié)設(shè)備，并且將盾構(gòu)尾部1處的預(yù)設(shè)凍結(jié)管7、凍結(jié)管片 13上的凍結(jié)管8、測溫管IO與安裝好的凍結(jié)設(shè)備連接成凍結(jié)管路，然后調(diào) 試至正常運行。(6) 對盾尾外圍土體進行凍結(jié)操作，在盾尾刷后側(cè)形成止水的凍結(jié)帷幕。啟動凍結(jié)設(shè)備，采用鹽水作為循環(huán)冷凍液通過凍結(jié)管路對盾構(gòu)尾部1 外圍的土體進行凍結(jié)加固，在盾尾刷3后側(cè)形成凍結(jié)帷幕9，使之與盾構(gòu)尾 部1相膠結(jié)，為盾尾刷3的更換施工創(chuàng)造止水的工作環(huán)境。(7) 在凍結(jié)帷幕的保護下逐個更換盾尾刷并向盾尾刷內(nèi)注入防水油 脂。 '更換盾尾刷3的操作是按照拆除管片一更換盾尾刷一注入防水油脂一 裝回管片的工作順序，沿隧道環(huán)環(huán)周單向順序一個局部一個局部地進行的。 請參閱圖5，在凍結(jié)帷幕9的保護下，更換盾尾刷3的具體操作過程為由 盾構(gòu)的頂部開始，先拆除更換特殊環(huán)6上一個局部區(qū)域的楔形管片11和鄰 接管片12，然后更換該局部的盾尾刷3，隨后在該新?lián)Q的盾尾刷3內(nèi)及時注入防水油脂，最后裝回之前卸下的楔形管片和鄰接管片，這樣就完成了該局部的盾尾刷3更換工作。然后，按照順時針或逆時針單向順序在相鄰 的下一個局部區(qū)域進行同樣內(nèi)容的操作，依此輪序，沿隧道環(huán)周單向順序 逐個局部區(qū)域地重復(fù)上述更換盾尾刷3的操作直至完成整環(huán)上盾尾刷3的更換。(8) 盾尾刷全部更換完成后對凍結(jié)帷幕強制解凍。 待整環(huán)上損壞的盾尾刷3全部更換完成后，向盾構(gòu)尾部1內(nèi)注入防水油脂，然后對凍結(jié)帷幕9進行強制解凍。在強制解凍前，盾構(gòu)尾部l內(nèi)的防水油脂應(yīng)達到必要的壓力值，并且具有可靠的密封效果。(9) 恢復(fù)盾構(gòu)正常推進。凍結(jié)帷幕9解凍后，盾尾刷3更換施工即算完成，盾構(gòu)機就可以恢復(fù) 正常的隧道施工推進了。綜上所述，本發(fā)明所述的盾尾刷更換的施工方法增加了拼裝凍結(jié)特殊 環(huán)5的操作內(nèi)容，在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成了凍結(jié)管路，從而采用了凍結(jié)法對盾構(gòu)尾 部1外圍土體進行凍結(jié)，產(chǎn)生凍結(jié)帷幕9，形成止水的工作環(huán)境，為盾尾刷 3更換創(chuàng)造更加安全可靠的施工條件。因此本發(fā)明具有止水效果好、安全可 靠、操作簡便、環(huán)境適應(yīng)性強的優(yōu)點，廣泛適用于各類復(fù)雜的特殊地質(zhì)條 件，尤其適用于大型的大直徑越江跨海隧道的施工。
權(quán)利要求
1、一種盾尾刷更換的施工方法，所用盾構(gòu)機的尾部裝置有預(yù)設(shè)凍結(jié)管，其特征在于所述方法的操作依序包括有下列步驟(1)確定更換盾尾刷；(2)調(diào)整盾構(gòu)推進參數(shù)，控制盾構(gòu)姿態(tài)；(3)在普通環(huán)前方用凍結(jié)管片拼裝一凍結(jié)特殊環(huán)，該凍結(jié)管片內(nèi)預(yù)埋有凍結(jié)管和測溫管；(4)在凍結(jié)特殊環(huán)前方拼裝一用于盾尾刷更換操作的更換特殊環(huán)；(5)連接凍結(jié)管路與凍結(jié)設(shè)備；(6)對盾尾外圍土體進行凍結(jié)操作，在盾尾刷后側(cè)形成止水的凍結(jié)帷幕；(7)在凍結(jié)帷幕的保護下逐個更換盾尾刷并向盾尾刷內(nèi)注入防水油脂；(8)盾尾刷全部更換完成后對凍結(jié)帷幕強制解凍；(9)恢復(fù)盾構(gòu)正常推進。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾尾刷更換的施工方法，其特征在于步驟(3)中所述凍結(jié)管呈u形布置于凍結(jié)管片內(nèi)，各凍結(jié)管片上的凍結(jié)管連接成用以通過冷凍液的循環(huán)管路，所述測溫管埋設(shè)于該凍結(jié)管片內(nèi)以監(jiān)測凍結(jié)帷幕的溫度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾尾刷更換的施工方法，其特征在于步驟(5)中所述的凍結(jié)管路由盾構(gòu)尾部的預(yù)設(shè)凍結(jié)管、凍結(jié)管片上的凍結(jié)管、測溫管及 凍結(jié)設(shè)備連接而成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾尾刷更換的施工方法，其特征在于所述步 驟(1)的具體操作內(nèi)容為當盾構(gòu)推進過程中出現(xiàn)盾尾連續(xù)漏漿時，'立即停 止推進，注入防水油脂以封堵漏點，拆除相關(guān)管片并觀察盾尾刷狀況，從而決 定是否更換盾尾刷。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾尾刷更換的施工方法，其特征在于所述步 驟(2)的具體操作內(nèi)容為調(diào)整盾構(gòu)各推進參數(shù)，合理設(shè)置切口水壓力值并 控制其波動范圍，控制盾構(gòu)姿態(tài)使之沿設(shè)計軸線平穩(wěn)推進，并保證盾構(gòu)外殼與 管片間的間隙均勻。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾尾刷更換的施工方法，其特征在于步驟(6) 所述的凍結(jié)操作中，所使用的冷凍液為鹽水。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾尾刷更換的施工方法，其特征在于所述步 驟(7)的具體操作內(nèi)容為由盾構(gòu)頂部開始局部地拆除更換特殊環(huán)上的楔形 管片和鄰接管片，在凍結(jié)帷幕的保護下更換該局部的盾尾刷，并在該新?lián)Q的盾 尾刷內(nèi)注入防水油脂，隨后裝回之前卸下的楔形管片和鄰接管片，然后按照單 方向順序逐個局部區(qū)域地重復(fù)上述更換盾尾刷的操作直至完成整環(huán)上盾尾刷 的更換。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾尾刷更換的施工方法，其特征在于在步驟 (8)所述的強制解凍前，盾構(gòu)尾部內(nèi)的防水油脂應(yīng)達到必要的壓力值，并且具有可靠的密封效果。
全文摘要
一種盾尾刷更換的施工方法，所用盾構(gòu)機的尾部裝置有預(yù)設(shè)凍結(jié)管，其操作步驟包括有確定更換盾尾刷；調(diào)整盾構(gòu)推進參數(shù)，控制盾構(gòu)姿態(tài)；在普通環(huán)前方用凍結(jié)管片拼裝一凍結(jié)特殊環(huán)，該凍結(jié)管片內(nèi)預(yù)埋有凍結(jié)管和測溫管；在凍結(jié)特殊環(huán)前方拼裝一用于盾尾刷更換操作的更換特殊環(huán)；連接凍結(jié)管路與凍結(jié)設(shè)備；對盾尾外圍土體進行凍結(jié)操作，在盾尾刷后側(cè)形成止水的凍結(jié)帷幕；在凍結(jié)帷幕的保護下逐個更換盾尾刷并向盾尾刷內(nèi)注入防水油脂；盾尾刷全部更換完成后對凍結(jié)帷幕強制解凍；恢復(fù)盾構(gòu)正常推進。本發(fā)明具有止水效果好、安全可靠、操作簡便、環(huán)境適應(yīng)性強的優(yōu)點，廣泛適用于各類復(fù)雜的特殊地質(zhì)條件，尤其適用于大型的大直徑越江跨海隧道的施工。
文檔編號E21D9/06GK101251015SQ20081003550
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者凌宇峰, 巴雅吉呼, 張冠軍, 李慕涵, 楊建剛, 段創(chuàng)峰, 麗 滕, 王吉云, 黃均龍 申請人:上海隧道工程股份有限公司