盾构脱困方法

摘要

本发明公开了一种盾构脱困方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：对盾构机的开挖刀组进行改造，以增加盾构机的开挖直径；S20：将中盾和盾尾之间的多组铰接油缸相应替换为刚性结构的连接防护构件；S30：在中盾和盾尾之间增加多组分别与两者相连的辅助油缸。与现有技术相比，本发明的盾构脱困方法，思路巧妙、便捷高效，有效解决了现有盾构施工时由于特殊工况下盾构机出现大推力时作业效率低下甚至难以掘进的难题，本发明的方法多方面配合解决该问题，可在数环之内恢复正常掘进，进而提高作业效率，保证施工流畅、安全，为今后在盾构机出现大推力难以掘进时提供方法借鉴，具有很强的通用性和良好的社会效益以及较好的推广应用前景。

权利要求

1.一种盾构脱困方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10：对盾构机的开挖刀组进行改造，以增加盾构机的开挖直径；

S20：将中盾和盾尾之间的多组铰接油缸相应替换为刚性结构的连接防护构件(10)；采用连接防护构件(10)将中盾和盾尾之间、受作用力较大的铰接油缸进行替换；连接后，连接防护构件(10)的两端分别与中盾的内壁面及盾尾的内壁面相连，以用于在大推力状态下承力，进而防止铰接油缸在大推力作用下断裂；

连接防护构件(10)包括连接钢板组(11)，连接钢板组(11)的一端与中盾的内壁面铰接，连接钢板组(11)的另一端与盾尾的内壁面铰接；连接钢板组(11)包括多块连接钢板，连接钢板为高强度钢板，且连接钢板的长度等于或小于铰接油缸伸长到极限位置时的长度；

多块连接钢板依次叠加设置，多块连接钢板的一端通过高强度并经热处理的钢销与中盾的内壁面铰接，多块连接钢板的另一端通过高强度并经热处理的钢销与盾尾的内壁面铰接；

或者

连接防护构件(10)包括前拉板组(12)、后拉板组(13)、及连接件(14)；前拉板组(12)的第一端与中盾的内壁面相连，且前拉板组(12)上设有沿其长度方向延伸的行程槽(120)；连接件(14)滑动连接于行程槽(120)中；后拉板组(13)的第一端与盾尾的内壁面相连，后拉板组(13)的第二端与连接件(14)相连；行程槽(120)的长度不超过铰接油缸的有效行程；前拉板组(12)包括呈条状的第一拉板(121)，第一拉板(121)的第一端与中盾的内壁面铰接，行程槽(120)为贯穿第一拉板(121)的通槽；后拉板组(13)包括呈条状的第二拉板(131)和第三拉板(132)，第二拉板(131)和第三拉板(132)分设于第一拉板(121)的两侧，且第二拉板(131)和第三拉板(132)两者的第一端与盾尾的内壁面铰接，第二拉板(131)和第三拉板(132)两者的第二端通过装设于行程槽(120)中的连接件(14)相连；第一拉板(121)、第二拉板(131)、及第三拉板(132)均为高强度钢板；第一拉板(121)的第一端通过高强度并经热处理的钢销与中盾的内壁面铰接；第二拉板(131)和第三拉板(132)两者的第一端通过高强度并经热处理的钢销与盾尾的内壁面铰接；

S30：在中盾和盾尾之间增加多组分别与两者相连的辅助油缸；

步骤S30中，多组辅助油缸沿周向依次间隔布设，且各辅助油缸位于原有相邻铰接油缸之间；连接后，辅助油缸的一端与中盾的内壁面相连，辅助油缸的另一端用于顶抵盾尾处的管片的端面，辅助油缸用于为盾构脱困提供辅助推力、及用于对盾构机的姿态进行调整；

步骤S30之后，还包括步骤：S40：在盾构推进过程中，在辅助油缸与管片之间卡设增程构件(20)，以用于增加辅助油缸对中盾的推进行程；

步骤S40中，增程构件(20)包括增程垫柱(21)、及用于与管片拼装机对应连接的管片拼装头(22)；增程垫柱(21)卡紧于辅助油缸的端部与管片的端面之间；管片拼装头(22)与增程垫柱(21)的外壁面固定。

2.根据权利要求1所述的盾构脱困方法，其特征在于，步骤S10中，对开挖刀组的改造具体包括：更换保径刀(40)：将刀盘上最外圈的保径刀(40)更换为外径尺寸更大的刀具，以增加盾构机的开挖直径；

增加刀具垫块(50)的厚度：使用于支撑保径刀刀轴的刀具垫块(50)的厚度增加，进而使保径刀(40)沿径向向外移动，以增加盾构机的开挖直径。

3.根据权利要求1所述的盾构脱困方法，其特征在于，

辅助油缸为单组推力大于200t的双作用油缸。

4.根据权利要求1所述的盾构脱困方法，其特征在于，步骤S10之前还包括步骤：

根据盾构机的停机位置，确定盾构机的开仓方案。

说明书

盾构脱困方法

技术领域

[0001] 本发明涉及盾构施工领域，特别地，涉及一种盾构脱困方法。

背景技术

[0002] 随着我国城市发展越来越饱和，地下空间开发的需求不断增大，采用盾构法施工越来越普遍。由于施工控制水平层次不齐、地质因素或长时间停机等影响，盾构机难免会出现推力增大，难以掘进的情况，在这种极端的盾构工况下，现有的处理方式主要为增大盾构推力进行脱困。依靠增大盾构推进力进行脱困，一方面脱困速度非常慢，进而导致施工效率低，施工周期延长；另一方面，盾构机强力推进时，其姿态容易超限，进而导致隧道的成型质量差，且强力脱困过程中也容易对盾构机的开挖刀、铰接油缸等产生损伤。

发明内容

[0003] 本发明提供了一种盾构脱困方法，以解决现有的盾构机受困时存在的脱困速度慢、姿态容易超限、脱困过程中铰接油缸容易受损的技术问题。

[0004] 本发明采用的技术方案如下：

[0005] 一种盾构脱困方法，包括以下步骤：S10：对盾构机的开挖刀组进行改造，以增加盾构机的开挖直径；S20：将中盾和盾尾之间的多组铰接油缸相应替换为刚性结构的连接防护构件；S30：在中盾和盾尾之间增加多组分别与两者相连的辅助油缸。

[0006] 进一步地，步骤S10中，对开挖刀组的改造具体包括：更换保径刀：将刀盘上最外圈的保径刀更换为外径尺寸更大的刀具，以增加盾构机的开挖直径；增加刀具垫块的厚度：使用于支撑保径刀刀轴的刀具垫块的厚度增加，进而使保径刀沿径向向外移动，以增加盾构机的开挖直径。

[0007] 进一步地，步骤S20中，采用连接防护构件将中盾和盾尾之间、受作用力较大的铰接油缸进行替换；连接后，连接防护构件的两端分别与中盾的内壁面及盾尾的内壁面相连，以用于在大推力状态下承力，进而防止铰接油缸在大推力作用下断裂。

[0008] 进一步地，步骤S20中，连接防护构件包括连接钢板组，连接钢板组的一端与中盾的内壁面铰接，连接钢板组的另一端与盾尾的内壁面铰接。

[0009] 进一步地，步骤S20中，连接防护构件包括前拉板组、后拉板组、及连接件；前拉板组的第一端与中盾的内壁面相连，且前拉板组上设有沿其长度方向延伸的行程槽；连接件滑动连接于行程槽中；后拉板组的第一端与盾尾的内壁面相连，后拉板组的第二端与连接件相连。

[0010] 进一步地，步骤S30中，多组辅助油缸沿周向依次间隔布设，且各辅助油缸位于原有相邻铰接油缸之间；连接后，辅助油缸的一端与中盾的内壁面相连，辅助油缸的另一端用于顶抵盾尾处的管片的端面，辅助油缸用于为盾构脱困提供辅助推力、及用于对盾构机的姿态进行调整。

[0011] 进一步地，辅助油缸为单组推力大于200t的双作用油缸。

[0012] 进一步地，步骤S30之后，还包括步骤：S40：在盾构推进过程中，在辅助油缸与管片之间卡设增程构件，以用于增加辅助油缸对中盾的推进行程。

[0013] 进一步地，步骤S40中，增程构件包括增程垫柱、及用于与管片拼装机对应连接的管片拼装头；增程垫柱卡紧于辅助油缸的端部与管片的端面之间；管片拼装头与增程垫柱的外壁面固定。

[0014] 进一步地，步骤S10之前还包括步骤：根据盾构机的停机位置，确定盾构机的开仓方案。

[0015] 本发明具有以下有益效果：

[0016] 本发明的盾构脱困方法中，当对盾构机的开挖刀组进行改造，增加盾构机的开挖直径后，可有效提高盾构机的可通过性，同时便于控制盾构机的姿态；当将中盾和盾尾之间的多组铰接油缸相应替换为刚性结构的连接防护构件后，由于连接防护构件为刚性结构，且设置于中盾和盾尾之间作用力较大的位置，以将原有设于该位置处的铰接油缸替换，从而不仅对原有设置于中盾和盾尾之间作用力较大位置处的铰接油缸进行安全防护，且还用于在大推力状态下承力，进而对设置于其它位置处的铰接油缸进行安全防护，以防止该些铰接油缸在大推力作用下断裂，进而降低脱困所需成本，使盾构机快速、安全脱困，进而提高施工效率；当在中盾和盾尾之间增加多组分别与两者相连的辅助油缸后，增加辅助油缸，一方面可增加推进力，进而提高推进速度，最终提高推进效率，另一方面通过辅助油缸的伸缩可便于盾构机姿态的调整、控制，进而防止盾构机姿态超限；

[0017] 与现有技术相比，本发明的盾构脱困方法，思路巧妙、便捷高效，有效解决了现有盾构施工时由于特殊工况下盾构机出现大推力时作业效率低下甚至难以掘进的难题，本发明的方法多方面配合解决该问题，可在数环之内恢复正常掘进，进而提高作业效率，保证施工流畅、安全，为今后在盾构机出现大推力难以掘进时提供方法借鉴，具有很强的通用性和良好的社会效益以及较好的推广应用前景。

[0018] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

[0019] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0020] 图1是本发明优选实施例的连接防护构件的第一实施例的结构示意图；

[0021] 图2是本发明优选实施例的连接防护构件的第二实施例的俯视结构示意图；

[0022] 图3是本发明优选实施例的连接防护构件的第二实施例的主视结构示意图；

[0023] 图4是本发明优选实施例的增程构件的主视结构示意图；

[0024] 图5是本发明优选实施例的铰接油缸、连接防护构件、及辅助油缸沿周向的布置示意图；

[0025] 图6是本发明优选实施例的刀盘的局部结构示意图；

[0026] 图7是图6中刀具垫块的主视结构示意图。

[0027] 图例说明

[0028] 10、连接防护构件；11、连接钢板组；12、前拉板组；120、行程槽；121、第一拉板；13、后拉板组；131、第二拉板；132、第三拉板；14、连接件；20、增程构件；21、增程垫柱；22、管片拼装头；30、刀具安装座；40、保径刀；50、刀具垫块；501、容置槽；502、支撑限位面。

具体实施方式

[0029] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

[0030] 参照图1‑7，本发明的优选实施例提供了一种盾构脱困方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0031] S10：对盾构机的开挖刀组进行改造，以增加盾构机的开挖直径；

[0032] S20：将中盾和盾尾之间的多组铰接油缸相应替换为刚性结构的连接防护构件10；

[0033] S30：在中盾和盾尾之间增加多组分别与两者相连的辅助油缸。

[0034] 本发明的盾构脱困方法中，当对盾构机的开挖刀组进行改造，增加盾构机的开挖直径后，可有效提高盾构机的可通过性，同时便于控制盾构机的姿态；当将中盾和盾尾之间的多组铰接油缸相应替换为刚性结构的连接防护构件10后，由于连接防护构件10为刚性结构，且设置于中盾和盾尾之间作用力较大的位置，以将原有设于该位置处的铰接油缸替换，从而不仅对原有设置于中盾和盾尾之间作用力较大位置处的铰接油缸进行安全防护，且还用于在大推力状态下承力，进而对设置于其它位置处的铰接油缸进行安全防护，以防止该些铰接油缸在大推力作用下断裂，进而降低脱困所需成本，使盾构机快速、安全脱困，进而提高施工效率；当在中盾和盾尾之间增加多组分别与两者相连的辅助油缸后，增加辅助油缸，一方面可增加推进力，进而提高推进速度，最终提高推进效率，另一方面通过辅助油缸的伸缩可便于盾构机姿态的调整、控制，进而防止盾构机姿态超限；与现有技术相比，本发明的盾构脱困方法，思路巧妙、便捷高效，有效解决了现有盾构施工时由于特殊工况下盾构机出现大推力时作业效率低下甚至难以掘进的难题，本发明的方法多方面配合解决该问题，可在数环之内恢复正常掘进，进而提高作业效率，保证施工流畅、安全，为今后在盾构机出现大推力难以掘进时提供方法借鉴，具有很强的通用性和良好的社会效益以及较好的推广应用前景。

[0035] 可选地，步骤S10中，对开挖刀组的改造具体包括：

[0036] 更换保径刀40：将刀盘上最外圈的保径刀40更换为外径尺寸更大的刀具，以增加盾构机的开挖直径；

[0037] 增加刀具垫块50的厚度：使用于支撑保径刀刀轴的刀具垫块50的厚度增加，进而使保径刀40沿径向向外移动，以增加盾构机的开挖直径。

[0038] 具体地，当盾构机具备开仓条件后进行开仓作业，首先对盾构机的开挖刀组进行改造，改造方法分为两种：一种是更换同型号外径尺寸更大的刀具，如将17寸滚刀更换为18寸滚刀，或者更换为不同型号但作用效果相同的刀具；另一种为增加刀具垫块50的厚度，一般为更换厚度更大的刀具垫块50，刀具则沿用原有刀具。两种改造方法的目的均是增加盾构机的开挖直径，提高盾构机的可通过性，同时便于控制盾构机姿态。

[0039] 本可选方案的具体实施例中，如图6和图7所示，开挖刀组包括设置于刀盘上的刀具安装座30，刀具安装座30上设有用于安装支撑保径刀刀轴的刀具垫块50，刀具垫块50与刀具安装座30可拆卸式连接，以用于快速更换不同支撑高度的刀具垫块50，进而调节保径刀40在刀盘径向的位置，并当更换支撑高度增加的刀具垫块50时，保径刀40距刀盘中心的径向距离更远，进而增加刀盘的开挖直径，提高盾构机的可通过性，同时便于控制盾构机姿态。进一步地，当刀具垫块50增厚后，同时对刀具垫块50的固定螺栓进行加长处理，以保证刀具固定稳定可靠。

[0040] 进一步地，如图7所示，刀具垫块50上设有用于容置保径刀刀轴的容置槽501，容置槽501的槽底面为用于支撑刀轴、并限定保径刀40在刀盘径向高度上位置的支撑限位面502。当盾构机受困时，可更换支撑限位面502距刀盘中心的径向高度更大的刀具垫块50，即更换厚度较厚的刀具垫块50，进而使保径刀40沿径向外移，增加盾构机的开挖直径，进而提高盾构机的可通过性。

[0041] 可选地，步骤S20中，采用连接防护构件10将中盾和盾尾之间、受作用力较大的铰接油缸进行替换。连接后，连接防护构件10的两端分别与中盾的内壁面及盾尾的内壁面相连，以用于在大推力状态下承力，进而防止铰接油缸在大推力作用下断裂。

[0042] 步骤S20中，连接防护构件10的第一具体实施例，如图1所示，连接防护构件10包括连接钢板组11，连接钢板组11的一端与中盾的内壁面铰接，连接钢板组11的另一端与盾尾的内壁面铰接。

[0043] 第一具体实施例中，连接钢板组11包括一块连接钢板，该连接钢板为高强度钢板(屈服强度＞345Mpa)，且连接钢板的长度等于或小于铰接油缸伸长到极限位置时的长度；连接钢板的两端分别通过高强度并经热处理的钢销与中盾的内壁面和盾尾的内壁面铰接。
或者，连接钢板组11包括多块连接钢板，连接钢板为高强度钢板，且连接钢板的长度等于或小于铰接油缸伸长到极限位置时的长度；多块连接钢板依次叠加设置，多块连接钢板的一端通过高强度并经热处理的钢销与中盾的内壁面铰接，多块连接钢板的另一端通过高强度并经热处理的钢销与盾尾的内壁面铰接。

[0044] 步骤S20中，连接防护构件10的第二具体实施例，如图2和图3所示，连接防护构件10包括前拉板组12、后拉板组13、及连接件14；前拉板组12的第一端与中盾的内壁面相连，且前拉板组12上设有沿其长度方向延伸的行程槽120；连接件14滑动连接于行程槽120中；
后拉板组13的第一端与盾尾的内壁面相连，后拉板组13的第二端与连接件14相连。本可选方案中，行程槽120的长度不超过铰接油缸的有效行程。工作时，当盾构机铰接部位受力增大时，随着受力增加，铰接油缸会在安全油压的限制下行程逐渐增大以减小受力；此时，前拉板组12和后拉板组13也会相对远离；当铰接油缸的行程到达极限时，铰接油缸的泄压保护已失去作用，此时受力点集中于前拉板组12、后拉板组13、及连接件14上，从而有效避免铰接油缸继续受力，有效保护铰接油缸不被拉裂；而当铰接部位受力减小时，前拉板组12和后拉板组13不会对铰接油缸行程的回缩产生阻碍作用。

[0045] 第二具体实施例中，如图2和图3所示，前拉板组12包括呈条状的第一拉板121，第一拉板121的第一端与中盾的内壁面铰接，行程槽120为贯穿第一拉板121的通槽。后拉板组13包括呈条状的第二拉板131和第三拉板132，第二拉板131和第三拉板132分设于第一拉板
121的两侧，且第二拉板131和第三拉板132两者的第一端与盾尾的内壁面铰接，第二拉板
131和第三拉板132两者的第二端通过装设于行程槽120中的连接件14相连。进一步地，第一拉板121、第二拉板131、及第三拉板132均为高强度钢板。第一拉板121的第一端通过高强度并经热处理的钢销与中盾的内壁面铰接；第二拉板131和第三拉板132两者的第一端通过高强度并经热处理的钢销与盾尾的内壁面铰接。

[0046] 第二具体实施例中，如图2和图3所示，连接件14包括连接螺钉、及螺纹连接于连接螺钉外圆上的锁紧螺母，连接螺钉依次穿设第二拉板131的第二端、行程槽120、及第三拉板132的第二端后，与锁紧螺母螺纹连接，以用于将第二拉板131、第一拉板121、及第三拉板
132相连。行程槽120为沿第一拉板121的长度方向延伸的腰型槽，连接螺钉的螺杆的外径与行程槽120的宽度配合设置。进一步地，连接螺钉为高强度并经热处理的钢钉。

[0047] 可选地，步骤S30中，多组辅助油缸沿周向依次间隔布设，且各辅助油缸位于原有相邻铰接油缸之间。连接后，辅助油缸的一端与中盾的内壁面相连，辅助油缸的另一端用于顶抵盾尾处的管片的端面，辅助油缸用于为盾构脱困提供辅助推力、及用于对盾构机的姿态进行调整。具体地，根据受困时盾构机的姿态判断，在中盾和盾尾之间增加多组辅助油缸；辅助油缸选用单组推力大于200t的双作用油缸，以便双向作用，进而便于盾构机姿态的调整；增加辅助油缸，一方面可增加推进力，进而提高推进速度，最终提高推进效率，另一方面通过辅助油缸的伸缩可便于盾构机姿态的调整、控制，进而防止盾构机姿态超限。

[0048] 可选地，步骤S30之后，还包括步骤：

[0049] S40：在盾构推进过程中，在辅助油缸与管片之间卡设增程构件20，以用于增加辅助油缸对中盾的推进行程。辅助油缸刚开始作业时，其一端与中盾的内壁面相连，其另一端顶抵盾尾内管片的端面，辅助油缸伸长过程中，中盾在辅助油缸和盾构机推进油缸的作用下前移，当辅助油缸的伸长达到极限位置时，其对中盾的推进也达到极限位置，而由于辅助油缸的推进行程一般小于一环管片的长度，故而辅助油缸还需第二次伸缩以继续推进中盾，故而在辅助油缸和管片之间增加增程构件20以辅助增加辅助油缸对中盾的推进行程，以便尽快完成一环管片的推进任务，进入下一个工作循环。

[0050] 本可选方案中，步骤S40中，增程构件20包括增程垫柱21、及用于与管片拼装机对应连接的管片拼装头22；增程垫柱21卡紧于辅助油缸的端部与管片的端面之间；管片拼装头22与增程垫柱21的外壁面固定。本可选方案的具体实施例中，增程垫柱21为实心圆钢；管片拼装头22用于与管片拼装机可拆卸式连接，进而可利用管片拼装机对增程构件20进而安放。进一步地，增程垫柱21利用直径350mm圆钢进行特殊加工，一般需要增加两次增程垫柱21，即可完成一环管片的推进任务，进入下一个工作循环。待盾构机推力下降到合理范围之后，根据实际情况决定是否换回原有刀具，之后拆除辅助油缸并恢复铰接，进入正常的施工流程。

[0051] 可选地，步骤S10之前还包括步骤：

[0052] 根据盾构机的停机位置，确定盾构机的开仓方案。

[0053] 本可选方案中，首先评估盾构机停机位置，确定盾构开仓方案，一般在硬岩地层、中风化地层或一些强度高、水量小、稳定地层可采用常压开仓外，其余地层优先选用带压开仓。

[0054] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。