本发明提供了一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，首先设置基座纵向支撑、基座横向支撑和防转动装置，然后使推进油缸与管片分离，从而让铰接油缸全伸状态至盾尾后退，再将盾尾壳体与基座焊接，全缩铰接油缸并推进油缸顶住管片，接着启动刀盘，刀盘转动后，使盾构壳体与基座分离，最后盾构机继续始发。本发明提供的方法克服了现有技术的不足，盾构始发阶段刀盘能够在冻土中快速脱困，具有程序化操作、工艺针对性强、参数合理、高效快捷、安全可靠的特点。
1.一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，始发井的底板上设有基座(7)，洞门(4)、反力装置(2)分别位于基座(7)前后两侧，反力装置(2)连接始发井地下连续墙(1)，负环管片(3)位于基座(7)上方；盾构机(5)放置在基座(7)的导轨(9)上，盾构机(5)上设有铰接油缸(6)和推进油缸(8)，始发阶段盾构机(5)前方的刀盘已经贯入冻土中，其特征在于：包含以下步骤：步骤1：准备工作
1.1基座纵向支撑：通过第一型钢(10)将基座(7)与反力装置(2)连接牢固，通过第二型钢(13)将基座(7)与洞门(4)连接牢固，始发井地下连续墙(1)-反力装置(2)-第一型钢(10)-基座(7)-第二型钢(13)-洞门(4)形成明确的纵向传力体系；
1.2基座横向支撑：在基座(7)与始发井地下连续墙(1)之间设置横向支撑，基座(7)的左右两侧对称形成始发井地下连续墙(1)-横向支撑-基座(7)的横向传力体系；
1.3防转动装置：在盾构机(5)的左右两侧对称焊接防转动装置(19)，防转动装置(19)与基座(7)间的距离控制在10-20mm；
2.1推进油缸与管片分离：将负环管片(3)通过“7”字型连接钢板(21)与盾构机(5)的盾尾固定；盾构机(5)开启拼装模式，将推进油缸(8)按油压分区依次回缩，使推进油缸(8)与负环管片(3)分离，并保证推进油缸(8)与负环管片(3)的间距满足铰接油缸(6)的最大行程要求；
2.2铰接油缸全伸状态至盾尾后退：在全伸状态下开启铰接油缸(6)，单次全伸铰接油缸(6)行程控制在10mm/次，盾构机(5)的盾尾后退行程累计至50mm时停止；
2.3盾尾壳体与基座焊接：通过钢板(27)将盾构机(5)的壳体和基座(7)连接为整体；
3.1全缩铰接油缸：在全缩状态下开启铰接油缸(6)，使盾构机(5)的前部后退；单次全缩铰接油缸(6)行程控制在5mm/次；
3.2推进油缸顶住管片：盾构机(5)开启拼装模式，推进油缸(8)按油压分区依次伸出顶住负环管片(3)；
3.3启动刀盘：盾构机(5)开启推进模式，额定扭矩下左右方向各启动刀盘一次；
3.4刀盘转动：刀盘转动的情况下进入步骤4的后续工作；刀盘无法启动的情况下，返回步骤3.1；
4.1盾构壳体与基座分离：刀盘转动后，割除盾构机(5)的盾尾壳体与基座(7)间的钢板(27)，并将盾尾壳体上的焊迹打磨光滑；
4.2盾构机继续始发：以1-1.2rpm的速度、1500-2000KNm的扭矩转动刀盘，在8000-
2.如权利要求1所述的一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，其特征在于：所述步骤1.1中，第一型钢(10)两端分别与基座(7)及反力装置(2)焊接；第二型钢(13)一端与基座(7)焊接，第二型钢(13)另一端与洞门(4)之间的空隙采用双快水泥(14)填塞密实。
3.如权利要求1所述的一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，其特征在于：所述步骤1.2中，基座(7)两端及前1/3处共对称设置三道横向支撑。
4.如权利要求1或3所述的一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，其特征在于：所述步骤1.2中，横向支撑由圆形钢围檩(16)与活络头(17)组成，活络头(17)上设有可在基座(7)和始发井地下连续墙(1)之间对称施加预应力的千斤顶(18)；基座(7)的左右两侧对称形成始发井地下连续墙(1)-活络头(17)-圆形钢围檩(16)-基座(7)的横向传力体系。
5.如权利要求1所述的一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，其特征在于：所述步骤1.3中，防转动装置为由20mm厚的钢板焊接而成的牛腿。
6.如权利要求1所述的一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，其特征在于：所述步骤2.1中，“7”字型连接钢板(21)上部与盾构机(5)的壳体内壁连接，下部悬挂住负环管片(3)。
7.如权利要求1所述的一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，其特征在于：所述步骤2.3中，钢板(27)在基座(7)左右对称设置，沿盾构机(5)的盾尾长度范围内分散设置。
8.如权利要求1所述的一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，其特征在于：所述步骤4.2中，刀盘停转时间控制在5min以内，拼装时间超过30min时停止拼装并正反转动螺旋机(30)两次。
盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及盾构法隧道工程施工技术领域，尤其涉及一种始发阶段盾构机刀盘在冻土中快速脱困的施工方法。
背景技术
[0002] 始发阶段是指盾构机按设计高程及坡度贯入洞门地层并向前推进，直至盾构机完全进入土体的一系列作业。在土体自立性较差的情况下，盾构始发前须对洞口范围内一定厚度的土体进行加固。盐水冻结法相比注浆、深层搅拌桩、旋喷桩、降水等工法具有加固厚度小、均匀性好、隔水性好、污染小、施工设备占地小等优点，特别适用于场地狭小的施工环境。但在地下水位高或者有地下水补给的条件下，即使冷冻机组处于停机状态下，冻土冰析效应致使盾构机刀盘被冻住的现象时有发生。
[0003] 处理上述问题通常的做法有极限扭矩脱困、局部解冻脱困、开仓清理冻土脱困、外部设置千斤顶脱困等。在实际施工中，极限扭矩脱困成功率低且存在损坏设备的风险；局部解冻脱困耗时长且有局部融沉现象发生；开仓清理冻土脱困只能进行局部减荷，减荷效果与刀盘开口率、盾构机直径密切相关，其耗时较多且脱困成功率低；外部设置千斤顶脱困因推力较小也难以保证刀盘在冻土中成功脱困。
发明内容
[0004] 本发明要解决的是始发阶段刀盘在冻土中现有脱困做法所存在的成功率低、耗时长、设备损伤风险大的技术问题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种盾构始发阶段刀盘在冻土中快速脱困的施工方法，始发井的底板上设有基座，洞门、反力装置分别位于基座前后两侧，反力装置连接始发井地下连续墙，负环管片位于基座上方；盾构机放置在基座的导轨上，盾构机上设有铰接油缸和推进油缸，始发阶段盾构机前方的刀盘已经贯入冻土中，其特征在于：包含以下步骤：
[0006] 步骤1：准备工作
[0007] 1.1基座纵向支撑：通过第一型钢将基座与反力装置连接牢固，通过第二型钢将基座与洞门连接牢固，始发井地下连续墙—反力装置—第一型钢—基座—第二型钢—洞门形成明确的纵向传力体系；
[0008] 1.2基座横向支撑：在基座与始发井地下连续墙之间设置横向支撑，基座的左右两侧对称形成始发井地下连续墙—横向支撑—基座的横向传力体系；
[0009] 1.3防转动装置：在盾构机的左右两侧对称焊接防转动装置，防转动装置与基座间的距离控制在10-20mm；
[0010] 步骤2：盾尾后退工作
[0011] 2.1推进油缸与管片分离：将负环管片通过“7”字型连接钢板与盾构机的盾尾固定；盾构机开启拼装模式，将推进油缸按油压分区依次回缩，使推进油缸与负环管片分离，并保证推进油缸与负环管片的间距满足铰接油缸的最大行程要求；
[0012] 2.2铰接油缸全伸状态至盾尾后退：在全伸状态下开启铰接油缸，单次全伸铰接油缸行程控制在10mm/次，盾构机的盾尾后退行程累计至50mm时停止；
[0013] 2.3盾尾壳体与基座焊接：通过钢板将盾构机的壳体和基座连接为整体；
[0014] 步骤3：刀盘脱困工作
[0015] 3.1全缩铰接油缸：在全缩状态下开启铰接油缸，使盾构机的前部后退；单次全缩铰接油缸行程控制在5mm/次；
[0016] 3.2推进油缸顶住管片：盾构机开启拼装模式，推进油缸按油压分区依次伸出顶住负环管片；
[0017] 3.3启动刀盘：盾构机开启推进模式，额定扭矩下左右方向各启动刀盘一次；
[0018] 3.4刀盘转动：刀盘转动的情况下进入步骤4的后续工作；刀盘无法启动的情况下，返回步骤3.1；
[0019] 步骤4：后续工作
[0020] 4.1盾构壳体与基座分离：刀盘转动后，割除盾构机的盾尾壳体与基座间的钢板，并将盾尾壳体上的焊迹打磨光滑；
[0021] 4.2盾构机继续始发：以1-1.2rpm的速度、1500-2000KNm的扭矩转动刀盘，在8000-12000KN的推力状态下切削冰冻土体。
[0022] 优选地，所述步骤1.1中，第一型钢两端分别与基座及反力装置焊接；第二型钢一端与基座焊接，第二型钢另一端与洞门之间的空隙采用双快水泥填塞密实。
[0023] 优选地，所述步骤1.2中，基座两端及前1/3处共对称设置三道横向支撑。
[0024] 优选地，所述步骤1.2中，横向支撑由圆形钢围檩与活络头组成，活络头上设有可在基座和始发井地下连续墙之间对称施加预应力的千斤顶；基座的左右两侧对称形成始发井地下连续墙—活络头—圆形钢围檩—基座的横向传力体系。
[0025] 优选地，所述步骤1.3中，防转动装置为由20mm厚的钢板焊接而成的牛腿。
[0026] 优选地，所述步骤2.1中，“7”字型连接钢板上部与盾构机的壳体内壁连接，下部悬挂住负环管片。
[0027] 优选地，所述步骤2.3中，钢板在基座左右对称设置，沿盾构机的盾尾长度范围内分散设置。
[0028] 优选地，所述步骤4.2中，刀盘停转时间控制在5min以内，拼装时间超过30min时停止拼装并正反转动螺旋机两次。
[0029] 本发明提供的方法克服了现有技术的不足，盾构始发阶段刀盘能够在冻土中快速脱困，具有程序化操作、工艺针对性强、参数合理、高效快捷、安全可靠的特点。
附图说明
[0030] 图1为本发明提供的构始发阶段刀盘快速脱困的施工方法流程图；
[0031] 图2为盾构始发过程主视示意图；
[0032] 图3为盾构始发过程侧视示意图；
[0033] 图4为基座纵向支撑主视示意图；
[0034] 图5为基座纵向支撑侧视示意图；
[0035] 图6为基座横向支撑主视示意图；
[0036] 图7为基座横向支撑侧视示意图；
[0037] 图8为防转动装置主视示意图；
[0038] 图9为防转动装置侧视示意图；
[0039] 图10为盾尾后退工作主视示意图；
[0040] 图11为盾尾后退工作侧视示意图；
[0041] 图12为刀盘脱困工作主视示意图；
[0042] 图13为刀盘脱困工作侧视示意图；
[0043] 图14为后续工作主视示意图；
[0044] 图15为后续工作侧视示意图。
具体实施方式
[0045] 本发明提供了一种盾构始发阶段刀盘快速脱困的施工方法，尤其适用于刀盘在冻土中快速脱困。为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0046] 图1为本发明的施工流程图，包含准备工作、盾尾后退工作、刀盘脱困工作、后续工作四个步骤。其中，准备工作包括的工序有：基座纵向支撑，基座横向支撑，防转动装置；盾尾后退工作包括的工序有：推进油缸与管片分离，铰接油缸全伸状态至盾尾后退，盾尾壳体与基座焊接；刀盘脱困工作包括的工序有：全缩铰接油缸，推进油缸顶住管片，启动刀盘，根据刀盘转动情况决定是否重复刀盘脱困工作；后续工作包括的工序有：盾构与基座分离，盾构机继续始发。
[0047] 图2和图3为盾构始发过程示意图，始发井地下连续墙1、负环管片3和洞门4为钢筋混凝土结构，反力装置2和基座7由型钢焊接而成，盾构机5放置在基座7的导轨9上，并设有铰接油缸6和推进油缸8；始发过程中，盾构机5前方的刀盘已经贯入冻土中，此过程中极易出现刀盘被冻住的现象。
[0048] 图4和图5为基座纵向支撑示意图，基座7与反力装置2之间的空隙塞入第一型钢10，第一型钢10通过焊缝11、12分别与基座7和反力装置2连接，第一型钢10在基座7的横断面上共对称设置两排；基座7与洞门4之间插入第二型钢13，第二型钢13与基座7通过焊缝15连接，第二型钢13与洞门4的间隙通过双快水泥14填塞密实，第二型钢13在横断面上共对称设置一排；纵向传力体系由始发井地下连续墙1—反力装置2—第一型钢10—基座7—第二型钢13—洞门4组成。
[0049] 图6和图7为基座横向支撑示意图，基座7与始发井地下连续墙1之间设置横向支撑；横向支撑由圆形钢围檩16与活络头17的组成，基座7的两端及前1/3处共对称设置三道横向支撑；活络头17上设有千斤顶18，可在基座7和地下连续墙1之间对称施加预应力；基座7的左右两侧对称形成始发井地下连续墙1—活络头17—圆形钢围檩16—基座7的横向传力体系。
[0050] 图8和图9为防转动装置示意图，防转动装置19为由20mm厚钢板焊接而成的牛腿，在盾构机5的重心位置左右对称布置，且尽量靠近盾构机重心；防转动装置19与盾构机5壳体的外部通过焊缝20连接，防转动装置19与基座7的距离为10-20mm。
[0051] 图10和图11盾尾后退工作示意图，连接钢板21由20mm厚钢板切割而成，平面形式如“7”字，亦称“7”字板，“7”字板上部与盾构机5的壳体内壁通过焊缝22连接，下部悬挂住负环管片3，以防止负环管片3上部产生横向椭圆的变形；盾构机5开启拼装模式，将推进油缸8按油压分区依次回缩，使其与负环管片3分离，回缩范围由推进油缸8与负环管片3的接触界面23至界线24，其回缩距离满足铰接油缸6最大行程的要求；推进油缸8依次回缩完成后，在全伸状态下开启铰接油缸6，单次全伸铰接油缸6的行程控制在10mm/次，密切观察盾构机5盾尾在基座导轨9上的相对运动，盾构机5的盾尾由界线25退至界线26时结束，其后退距离约50mm；钢板27通过焊缝28将盾构机5的壳体和基座7连接，钢板的厚度及焊缝长度按铰接油缸最大推力进行计算；钢板27在基座7左右对称设置，沿盾构机5的盾尾长度范围内分散设置。
[0052] 图12和图13为刀盘脱困工作示意图，以洞门4轮廓线向盾构机5壳体投影并标记出观测线29，全缩状态下开启铰接油缸6，单次全缩铰接油缸6的行程控制在5mm/次，利用观测线29确定盾构机5前部单次后退的情况；推进油缸8由界线24至接触界面23，盾构机5开启推进模式，额定扭矩下刀盘左右向各转动一次；通过盾构机5的操作界面观察刀盘是否转动，如刀盘未能转动，重复步骤三的工序直至刀盘成功启动。
[0053] 图14和图15为后续工作示意图，割除钢板27，并将盾构机5壳体上的焊缝28打磨光滑，盾构机5继续始发工作，后续工作中刀盘以低转速(1-1.2rpm)、高扭矩(1500-2000KNm)的形式运转，低推力(8000-12000KN)的状态下贯入冰冻土体，刀盘停转时间控制在5min以内，拼装时间超过30min时停止拼装并正反转动螺旋机30两次，防止螺旋机30被冻住。
