盾构机钢套筒内防止负环管片上浮的控制方法与流程

本发明涉及盾构隧道工程技术的领域，具体涉及盾构机钢套筒内防止负环管片上浮的控制方法。

背景技术：

目前，盾构法已广泛应用于地下综合管廊、城市轨道交通、市政管网等各大行业中，是城市轨道交通修建的首选工法。在整个盾构施工环节中，最为关键的工序是盾构始发环节。常规的盾构始发工艺采用的是橡胶帘布进行洞门密封，但密封效果难以保证，尤其在透水性较好的地层易引起洞门涌水涌砂，且处理较为困难，严重时甚至会引起周边地层位移过大、基坑塌陷等事故。因此，部分工程目前选择密封性良好且安全性高的钢套筒始发作为首选方案。

钢套筒始发是指在盾构机外部安装直径略大于盾构机外径的钢制筒体，使盾体、负环、基准环、洞门连接环在钢套筒内部形成封闭空间，并在形成封闭空间后进行实物填充，通过此密闭空间为盾构机提供平衡掌子面的水土压力，以实现盾构机安全始发。

但是，采用钢套筒始发也存在一定的缺点，当拼装的负环脱出盾尾后，由于负环外径小于钢套筒内径，这就提供了负环上浮的空间。与此同时，由于负环自重小于钢套筒内填充物和注入浆液所产生的浮力，因此就容易引起负环管片上浮，造成轴线偏差过大，盾构机姿态控制困难，严重时会引起密封刷损坏，造成事故安全事故。

中国专利cn211549709u提供了“一种盾构机钢套筒始发防管片上浮装置”。该装置是在钢套筒顶部两侧开孔安装六角头螺栓，通过螺纹牙的剪切力来克服负环管片受到的浮力。该装置存在的缺点如下：1、单靠螺纹牙的剪切力难以平衡负环管片受到的浮力；2、负环受到的浮力会通过此装置反作用于钢套筒上，由于受力面积小，会引起局部应力过大，轻则损坏该装置，严重时会引起钢套筒破损，浆液和填充物渗漏，保压失败。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供盾构机钢套筒内防止负环管片上浮的控制方法，解决钢套筒内负环上浮引起轴线偏差过大，姿态控制困难等难题，完善了钢套筒始发工艺，保障了始发质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

盾构机钢套筒内防止负环管片上浮的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在隧道的始发井满足始发条件后，钢套筒与盾构机安装始发方案正常吊装下井进行拼装；

步骤二、在钢套筒端部设置基准环，拼接的第一块负环管片端面预埋有预埋钢板，钢板上焊接有搭接焊钢条；

步骤三、第一块负环管片端部的预埋钢板抵靠贴合钢套筒端部的基准环，其中搭接焊钢条抵靠在基准环内，并通过焊枪将预埋钢板与基准环焊接牢靠，保证整环的密封性；

步骤四、在钢套筒提前设置多个压缩囊，钢套筒上设有与多个压缩囊连接的固定孔座，压缩囊中的填充管通过固定孔座贯穿钢套筒到外侧；

步骤五、在钢套筒外侧的填充管端部安装三通管，三通管两端安装压力表与压力阀，保证三通管三端的连接的密封性；

步骤六、盾构机试掘进，同时向压缩囊内填充空气或水进行密封，观察压力表显示压力值的变化；

步骤七、在始发过程中，若压力表显示的压力值未达上限时，则继续掘进，当压力达到上限值时，则打开压力阀排气并向压缩囊内填充惰性浆液，用于快速凝固以防负环管片上浮。

上述步骤二的具体过程为：

第一块负环管片需提前在工厂内进行预埋钢板，预埋钢板位于负环管片靠近钢套筒基准环的内弧端面侧，长度与每块管片内弧长相同。

上述步骤三的具体过程为：

预埋钢板在贴合基准环后，将预埋钢板与基准环通过搭接焊钢条连接为整体，搭接焊钢条的搭接位置为底部负环管片的预埋钢板与基准环贴合处，搭接高度不影响盾构机台车轨道的铺设，在完成焊接后需检测整环的密封性。

上述步骤四的具体过程为：

钢套筒上分块筒体在吊装之前，需要在地面提前安装多个压缩囊，压缩囊材质为高强韧性防渗布，在钢套筒建压完成并进行气密性试验后，从压缩囊上的填充管内进行充气，填充饱满的压缩囊通过压力阀密封，同时通过压力表可观察压力的变化。

优选方案中，压缩囊呈弧形，压缩囊设在钢套筒与负环管片之间的间隙顶部，弧形压缩囊的外侧与钢套筒内壁相匹配，内侧与负环管片的外壁相匹配。

上述步骤六中压缩囊填充过程为：

压缩囊的填充管上连接有三通管，三通管一侧有压力表用于显示压力值，另一侧有压力阀通过管道与泵出口连通，泵进口连接有多个充填料，多个充填料与泵之间有独立的阀门，根据压力表的变化打开不同的充填料上的阀门，从而对压缩囊进行填充。

优选方案中，充填料有空气、水与惰性浆液，压力表显示压力值小于0.3mpa充填料为空气或水，压力表显示压力值大于0.3mpa充填料为惰性浆液。

本发明提供了盾构机钢套筒内防止负环管片上浮的控制方法，钢套筒、盾构机按照始发方案正常下井拼装；拼装的第一块环负环管片，与基准环贴合的内弧端面部分提前预埋钢板；在预埋钢板贴合基准环后，进行焊接并检查密封性；钢套筒顶部提前预制有多个压缩囊，在钢套筒建压完成并进行气密性试验后，从压缩囊预留的填充管进行充气，并采用压力单向阀密封，观察压力的变化；在始发过程中，若压力未达到上限值，则继续浇筑；当压力达到上限值时，向压缩囊内填充水泥砂浆。本发明施工工艺简单，能够防止钢套筒内负环上浮，实现安全始发。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明控制流程图；

图2是本发明整体结构轴侧视图；

图3是本发明整体结构正视图；

图4是本发明整体结构爆炸视图；

图5是本发明整体结构轴侧内部局部剖视图；

图6是本发明压缩气囊填充流程图；

图中：钢套筒1；固定孔座101；基准环102；负环管片2；搭接焊钢条201；预埋钢板202；压力阀3；三通管4；压力表5；压缩囊6；填充管601；泵7；充填料8；阀门9。

具体实施方式

实施例1

如图1~6所示，盾构机钢套筒内防止负环管片上浮的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在隧道的始发井满足始发条件后，钢套筒1与盾构机安装始发方案正常吊装下井进行拼装；

步骤二、在钢套筒1端部设置基准环102，拼接的第一块负环管片2端面预埋有预埋钢板202，钢板202上焊接有搭接焊钢条201；

步骤三、第一块负环管片2端部的预埋钢板202抵靠贴合钢套筒1端部的基准环102，其中搭接焊钢条201抵靠在基准环102内，并通过焊枪将预埋钢板202与基准环102焊接牢靠，保证整环的密封性；

步骤四、在钢套筒1提前设置多个压缩囊6，钢套筒1上设有与多个压缩囊6连接的固定孔座101，压缩囊6中的填充管601通过固定孔座101贯穿钢套筒1到外侧；

步骤五、在钢套筒1外侧的填充管601端部安装三通管4，三通管4两端安装压力表5与压力阀3，保证三通管4三端的连接的密封性；

步骤六、盾构机试掘进，同时向压缩囊6内填充空气或水进行密封，观察压力表5显示压力值的变化；

步骤七、在始发过程中，若压力表5显示的压力值未达上限时，则继续掘进，当压力达到上限值时，则打开压力阀3排气并向压缩囊6内填充惰性浆液，用于快速凝固以防负环管片2上浮。

上述步骤二的具体过程为：

第一块负环管片2需提前在工厂内进行预埋钢板202，预埋钢板202位于负环管片2靠近钢套筒1基准环102的内弧端面侧，长度与每块管片内弧长相同。

上述步骤三的具体过程为：

预埋钢板202在贴合基准环102后，将预埋钢板202与基准环102通过搭接焊钢条201连接为整体，搭接焊钢条201的搭接位置为底部负环管片2的预埋钢板202与基准环102贴合处，搭接高度不影响盾构机台车轨道的铺设，在完成焊接后需检测整环的密封性。

上述步骤四的具体过程为：

钢套筒1上分块筒体在吊装之前，需要在地面提前安装多个压缩囊6，压缩囊6材质为高强韧性防渗布，在钢套筒1建压完成并进行气密性试验后，从压缩囊6上的填充管601内进行充气，填充饱满的压缩囊6通过压力阀3密封，同时通过压力表5可观察压力的变化。

优选方案中，压缩囊6呈弧形，压缩囊6设在钢套筒1与负环管片2之间的间隙顶部，弧形压缩囊6的外侧与钢套筒1内壁相匹配，内侧与负环管片2的外壁相匹配。

上述步骤六中压缩囊6填充过程为：

压缩囊6的填充管601上连接有三通管4，三通管4一侧有压力表5用于显示压力值，另一侧有压力阀3通过管道与泵7出口连通，泵7进口连接有多个充填料8，多个充填料8与泵7之间有独立的阀门9，根据压力表5的变化打开不同的充填料8上的阀门9，从而对压缩囊6进行填充。

优选方案中，充填料8有空气、水与惰性浆液，压力表5显示压力值小于0.3mpa充填料8为空气或水，压力表5显示压力值大于0.3mpa充填料8为惰性浆液。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。