技术领域
本发明涉及盾构设计与施工，特别涉及一种同步推进与拼装盾构机及同步推拼施工方法。
背景技术
TBM与盾构机，作为当今国际隧道施工领域的尖端设备，以其显著的优势—安全风险低、隧道成型质量卓越、施工进度高效以及成本相对较低，成为了隧道建设中的首选。TBM适用于硬岩地层，推力作用于已经开挖的隧道成型面上，能够连续推进，月施工进度可达千米以上。盾构机由于土仓压力平衡前方掌子面的水土压力，适用于各种地层，适用地层更广泛，应用场景相比TBM更多、更广，但现有盾构由于推力作用于已经拼装完成的管片前端面上，导致推进与管片拼装交替进行。由于不能连续掘进导致施工进度相对较低。基于此，一些专家与学者希望通过创新能够实现盾构同步推进与管片拼装，以达到提升盾构施工进度的目的。
公开号为CN115539062A的专利申请公开了一种同步掘拼推进油缸的控制方法及系统，在同步拼装过程中，采用高低压两路液压油源，高压油源用于盾构掘进过程中的推进，低压油源用于同步掘拼过程中拼装时的推进油缸的伸缩控制，实现了同步掘拼。同时同步掘拼过程中，油缸伸长压紧管片进行拼装时，同步拼装状态的推进油缸因连接低压油源而压力降低，使用远低于推进状态的推进油缸压力的拼装压力压紧拼装中的管片，这个过程中盾构机继续掘进，避免压紧管片的拼装压力对盾构机姿态和掘进方向造成影响，提高了同步掘拼的施工质量。
现有申请盾构同步推进与拼装的专利一般都是在推进系统的推力分配上进行发明与创新，通过程序调整推进力的分配实现在推进中进行管片拼装。盾构同步推进与拼装所要解决的难题是盾构的推力要来自于已经拼装的管片，推进中还不要影响管片的拼装。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同步推进与拼装盾构机及同步推拼施工方法，通过在盾构机上提供一套推力传递装置，将盾构所需推力由已经拼装成环的管片前端面传递至推进油缸，同时不影响管片拼装机拼装管片。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种同步推进与拼装盾构机，包括刀盘、主驱动、前盾、中盾、盾尾和人闸，刀盘与主驱动连接，刀盘后方依次设置前盾、中盾和盾尾，人闸也设置在刀盘的后方；还包括推进油缸、推力传递装置、管片拼装机和开挖面平衡装置；推进油缸设置在刀盘后方且与推力传递装置连接；管片拼装机设置在推力传递装置处；
推力传递装置包括传力环一、拼装油缸、承力块、液压油缸一和传力环二，拼装油缸一端与传力环一固定，传力环一与传力环二连接，传力环二用于固定液压油缸一，液压油缸一的端部固定承力块，承力块与拼装油缸之间设置一个间隔空间；
开挖面平衡装置包括液压油缸二、传力柱三、液压油缸三、保持机构，保持机构设置在液压油缸二的端部，液压油缸二安装在传力柱三上，传力柱三的侧方与液压油缸三的端部连接。
作为优选方式，前盾或者中盾上设置有连接结构，推进油缸设置在连接结构上。
作为优选方式，中盾内部设置有米字梁，米字梁后部设置有纵向大梁，大梁上固定液压油缸三。
作为优选方式，推进油缸设置于前盾和中盾内侧并穿过米字梁。
作为优选方式，传力柱三上设置有安装空腔，液压油缸二固定在安装空腔的底部。
作为优选方式，保持机构包括真空吸盘、吸盘密封和抗剪柱，真空吸盘固定在液压油缸二的端部，真空吸盘上设置有吸盘密封和抗剪柱。
作为优选方式，抗剪柱与真空吸盘固定，抗剪柱设置在真空吸盘的作业面中部。
作为优选方式，传力环一与传力环二之间设置传力柱一和中间柱，传力环一与传力柱一固定，中间柱设置在传力柱一和传力环二之间。
一种同步推拼施工方法，基于上述一种同步推进与拼装盾构机；包括以下内容：
启动盾构同步推进与拼装步骤：
主驱动驱动刀盘旋转切削土体；推进油缸施加推力，通过推力传递装置将推力传递至已拼装管片前端面；同时，管片拼装机在推力传递装置的间隔空间内拼装需拼装管片，完成一环管片的拼装；
管片连接与推力传递装置前移准备步骤：当盾构掘进一环管片长度且需拼装管片拼装完成后，停止推进；启动开挖面平衡装置，推进油缸卸压至开挖面平衡作用力水平；液压油缸一缩回，使承力块脱离已拼装管片前端面；
管片环间连接步骤：所有拼装油缸同步伸出，推动需拼装管片后移；利用导向棒插入需拼装管片的锥形孔一和已拼装管片的锥形孔二，实现精确对位；将需拼装管片与已拼装管片通过环间管片螺栓紧固连接；
推力传递装置前移步骤：推力传递装置前移一环管片距离；液压油缸一伸出，推进油缸伸出，使承力块顶紧已拼装管片前端面；
恢复同步推拼步骤：关闭开挖面平衡装置；推进油缸加压至目标推力，继续同步推进与拼装下一环管片。
作为优选方式，开挖面平衡装置的工作流程包括：
液压油缸三伸出，调节真空吸盘的纵向位置；微调油缸调节真空吸盘的旋转位置，使其对准已拼装管片内表面；液压油缸二伸出并加压，使吸盘密封压紧已拼装管片，同时抗剪柱插入定位孔；启动真空吸盘，推进油缸推力降至开挖面平衡作用力后继续降低推力，同时液压油缸三增加等值作用力，最终推进油缸推力降低为0，液压油缸三的作用力与开挖面平衡作用力相等，至此完成开挖面平衡作用力的转换。
作为优选方式，在管片环间连接过程中，执行以下导向对位操作：
导向棒预定位：在已拼装管片锥形孔二内预装导向棒，使导向棒的锥形头部突出已拼装管片前端面；管片拼装时需拼装管片后移，使导向棒的锥形头部一部分进入需拼装管片锥形孔一内，形成预定位；
同步后移对位：所有拼装油缸以0.5-1.0mm/s速度同步伸出，推动需拼装管片整环后移；导向棒的锥形头部继续插入需拼装管片的锥形孔一内，通过锥面自校正实现径向偏差准确对位；
环间间隙消除：继续后移需拼装管片直至其后端面与已拼装管片前端面贴合；
螺栓快速紧固：在管片完全贴合状态下，通过自动扳手同步紧固所有环间管片螺栓。
本发明至少具有以下有益效果：安装一套推力传递装置，前端与推进油缸相连，后端与已经拼装成环的管片前端面相接，推进油缸的推进力经推力传递装置直接传递至已经拼装成环的管片前端面上，并向后进行传递，最终推力由已经拼装成环的管片与已经凝固的同步浆液之间的摩擦力来提供。管片拼装机位于推力传递装置处，在盾构推进过程中将一环管片拼装完成。盾构推进与管片拼装一环完成后，辅助利用开挖面平衡装置将需拼装成环管片与已拼装成环管片环与环相连，推力传递装置前移一环距离，继续推进与管片拼装，周而复始，实现盾构同步推进与拼装，提高盾构施工进度。
附图说明
为了揭示本发明实施方式的技术细节，接下来将对实施方式中涉及的附图进行扼要介绍。需要强调的是，这些附图仅呈现了本发明的若干实施例，不应被视为对发明范围的界定。对于本领域的常规技术人员而言，在不进行创造性劳动的前提下，仍可基于这些附图推导出其他相关附图。
图1为盾构同步推拼过程中主机示意图；
图2为盾构同步推拼前盾构主机示意图；
图3为推力传递装置示意图；
图4为推力传递装置后端部件详图；
图5为开挖面平衡装置示意图；
图6为拼装时管片导向示意图；
图7为环与环管片相连示意图。
图中，1-刀盘，2-前盾，3-推进油缸，4-主驱动，5-中盾，6-人闸，7-米字梁，8-大梁，9-推力传递装置，10-管片拼装机，11-需拼装管片，12-盾尾，13-盾尾密封刷，14-已拼装管片，15-开挖面平衡装置，16-螺旋输送机，17-后闸门，18-皮带，101-传力环一，102-拼装油缸，103-传力柱一，104-承力块，105-液压油缸一，106-传力柱二，107-中间柱，108-传力环二，201-真空吸盘，202-吸盘密封，203-抗剪柱，204-微调油缸，205-液压油缸二，206-传力柱三，207-液压油缸三，301-锥形孔一，302-导向棒，303-锥形孔二。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
在接下来的内容中，借助附图对本公开的实施方式进行详细描述。但请明确，本公开并不局限于此处所展示的具体形式。相反，它应被理解为涵盖本公开实施方式的各种变化、等效形式及/或替代方案。在阐述附图的过程中，我们会采用相同的附图标记来标示相似的组成部分。
在本披露中，术语被用于阐述特定的实施例，并且不构成对本披露的限制。在此情境下，单数形式的使用同样涵盖复数形式，除非文中明确表达了其他含义。在阐述过程中，应理解为，“包含”或“具备”等术语旨在指出特征、数量、步骤、操作、结构组件、部件或其组合的存在，并不预先排除存在一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、结构组件、部件或其组合的可能性或添加。
需要明确的是，以下描述中虽提供了详尽的特定细节，旨在帮助全面理解示例实施例。但本领域的专业人士应当知晓，即便缺少这些特定细节，示例实施例同样可以实现。举例来说，系统可以通过框图的形式进行展示，目的是避免过多的细节干扰示例的清晰度。在另外一些情况下，为了保持示例的明确性，可能会省略那些众所周知的过程、结构和技术的不必要细节。
如图1所示，一种同步推进与拼装盾构机，包括刀盘1、主驱动4、前盾2、中盾5、盾尾12和人闸6，刀盘1与主驱动4连接，刀盘1后方依次设置前盾2、中盾5和盾尾12，人闸6也设置在刀盘1的后方；还包括推进油缸3、推力传递装置9、管片拼装机10和开挖面平衡装置15；推进油缸3设置在刀盘1后方且与推力传递装置9连接；管片拼装机10设置在推力传递装置9处；
推力传递装置9包括传力环一101、拼装油缸102、承力块104、液压油缸一105和传力环二108，拼装油缸102一端与传力环一101固定，传力环一101与传力环二108连接，传力环二108用于固定液压油缸一105，液压油缸一105的端部固定承力块104，承力块104与拼装油缸102之间设置一个间隔空间；
开挖面平衡装置15包括液压油缸二205、传力柱三206、液压油缸三207、保持机构（参见图5），保持机构设置在液压油缸二205的端部，液压油缸二205安装在传力柱三206上，传力柱三206的侧方与液压油缸三207的端部连接。
同步推进与拼装盾构机在工作时，首先由主驱动4驱动刀盘1旋转，刀盘1切削土体进入土仓。推进油缸3启动，通过推力传递装置9将推力传递给已拼装管片14前端面，推动盾构机整体向前推进。在推进过程中，承力块104与拼装油缸102之间的间隔空间为管片拼装提供了足够的操作空间。此时，管片拼装机10启动，将预制好的多块管片依次拼装在盾尾内，完成一环管片长度的推进和一环管片的拼装。
本同步推进与拼装盾构机通过推进油缸3和推力传递装置9的协同作用，实现了盾构机的平稳推进。开挖面平衡装置15的设计，有效解决了需拼管管片11与已拼装管片14连接、推力传递装置9前移时开挖面的平衡问题，防止了开开挖面土体坍塌，保障了施工安全。拼装油缸102和管片拼装机10的设置，实现了管片的拼装。承力块104与拼装油缸102之间的间隔空间为管片拼装提供了足够的操作空间，便于管片的精确定位和拼装。
在一个优选实施例中，推进油缸3设置于前盾2和中盾5内侧并穿过米字梁7，推进油缸3推力作用于承力环一101上，经推力传递装置9传递至已拼装管片14前端面上。推进油缸3的数量不受管片拼装点位限制，只要能够满足盾构转弯和最高推力的需求就可以。
在一个优选实施例中，中盾5内部设置有米字梁7，米字梁7后部设置有纵向大梁8，大梁8上固定液压油缸三207。中盾5内部设置的米字梁7和纵向大梁8，可以增强结构的稳定性和承载能力，固定液压油缸三207可以提供开挖面平衡装置15的力传递。开挖面平衡作用力通过盾构机、大梁8、液压油缸三207、传力柱三206、真空吸盘201，最终传递至抗剪柱203的抗剪力和真空吸盘201的摩擦力上，保证了开挖面的平衡。
在一个优选实施例中，传力柱三206上设置有安装空腔，液压油缸二205固定在安装空腔的底部。通过在传力柱三206上设置安装空腔，可以将液压油缸二205稳固地固定在适当的位置，确保真空吸盘201准确伸出与缩回。
在一个优选实施例中，保持机构包括真空吸盘201、吸盘密封202和抗剪柱203，真空吸盘201固定在液压油缸二205的端部，真空吸盘201上设置有吸盘密封202和抗剪柱203。保持机构的设置可以确保在操作过程中保持稳定，吸盘密封202可以防止漏气，而抗剪柱203则可以增强吸盘的抗剪切能力，提高保持机构提供的开挖面平衡作用力。
在一个优选实施例中，抗剪柱203与真空吸盘201固定，抗剪柱203设置在真空吸盘201的作业面中部。将抗剪柱203固定在真空吸盘201的作业面中部，可以更有效地抵抗作业过程中产生的剪切力，从而提高保持机构的稳定性和作业的可靠性。
在一个优选实施例中，传力环一101与传力环二108之间设置传力柱一103和中间柱107，传力环一101与传力柱一103固定，中间柱107设置在传力柱一103和传力环二108之间。通过设置传力柱一103和中间柱107，可以有效地传递力量，确保力量在传力环一101和传力环二108之间均匀分布，该结构能够确保间隔空间的距离，提高整体结构的稳定性和承载能力。
一种同步推拼施工方法，基于上述一种同步推进与拼装盾构机；包括以下内容：
启动盾构同步推进与拼装步骤：
主驱动4驱动刀盘1旋转切削土体；推进油缸3施加推力，通过推力传递装置9将推力传递至已拼装管片14前端面；同时，管片拼装机10在推力传递装置9的间隔空间内拼装需拼装管片11，完成一环管片的拼装；
管片连接与推力传递装置9前移准备步骤：当盾构掘进一环管片长度且需拼装管片11拼装完成后，停止推进；启动开挖面平衡装置15，推进油缸3卸压至开挖面平衡作用力值；液压油缸一105缩回，使承力块104脱离已拼装管片14前端面；
管片环间连接步骤：所有拼装油缸102同步伸出，推动需拼装管片11后移；利用导向棒302插入需拼装管片11的锥形孔一301和已拼装管片14的锥形孔二303，实现精确对位；将需拼装管片11与已拼装管片14通过环间螺栓紧固连接；
推力传递装置9前移步骤：推力传递装置9前移一环管片距离；液压油缸一105伸出，推进油缸3加力，经推力传递装置9传递作用力，使承力块104顶紧新的已拼装管片14前端面；
恢复同步推拼步骤：关闭开挖面平衡装置15，真空吸盘201不再工作并缩回；推进油缸3加压至目标推力，继续同步推进与拼装下一环管片。
同步推拼施工方法通过同步推进与拼装盾构机的主驱动4驱动刀盘1旋转切削土体，推进油缸3施加推力，以及管片拼装机10在推力传递装置9的间隔空间内拼装需拼装管片11，实现了掘进与拼装的同时进行。这种协同作业的方式大大缩短了施工周期，提高了整体施工效率。特别是推力传递装置9的设计，使得推力能够稳定、均匀地传递至已拼装管片14前端面，确保了施工过程的连续性和稳定性。
利用推力传递装置9的精确控制，拼装油缸102伸出推动需拼装管片11后移，并通过导向棒302插入锥形孔实现精确对位，确保了管片环间的精确连接。同时，通过环间螺栓的紧固连接（现有技术，不再赘述），进一步增强了管片环间的连接强度和隧道的稳定性。这种精确的施工方式保证了施工质量，减少了后期维护成本。
开挖面平衡装置15在管片环间连接与推力传递装置9前移过程中起到了关键作用。通过启动开挖面平衡装置15，推进油缸3推力与开挖面平衡装置15向前作用力的转换，有效避免了因开挖面平衡压力过小而引起的施工安全问题。此外，液压油缸的协同作用也确保了承力块104在脱离管片前端面时的平稳过渡，进一步提高了施工安全性。
传统盾构机在进行隧道挖掘时，推进油缸3直接作用于已拼装管片14的前端面来提供推进所需的推力。然而，这种方式存在一个显著的问题：由于推进与管片拼装过程必须交替进行，导致施工效率受限。具体来说，当推进油缸3推动盾构机前进时，无法同时进行管片拼装；反之，在进行管片拼装时，推进油缸3需要停止推进，这大大降低了施工进度。引入推力传递装置9的主要原因在于实现盾构同步推进与管片拼装，从而提高施工效率。
推力传递装置9允许盾构推进和管片拼装这两个过程相对独立地进行。通过将推进油缸3的作用力经由推力传递装置9平稳地传导至已拼装管片14前端面上，而不在拼装过程中直接影响到管片拼装机10的操作，实现了真正的推进与拼装同步作业。推力传递装置9能够确保作用力更加均匀地分布在整个已拼装管片14前端面上，而不是集中在某几个特定点。这种均匀的压力分布有助于减少对单个管片造成的局部应力集中问题，提高了结构的安全性和稳定性。由于推力传递装置9能够在不影响管片拼装的前提下提供持续稳定的推力支持，因此有助于更好地控制盾构机的姿态，保证隧道成型的质量。对于某些特殊情况（如遇到高阻力地质条件），如果直接依赖推进油缸3施加巨大压力可能会造成推力传递装置9的损坏。此时，可通过推进与拼装交替进行，推力直接通过需拼装管片11传递，避免了直接施加过大压力给推力传递装置9带来的风险。
在一个优选实施例中，开挖面平衡装置15的工作流程包括：
液压油缸三207伸出，调节真空吸盘201的纵向位置；微调油缸204调节真空吸盘201的旋转位置，使其对准已拼装管片14内表面；液压油缸二205伸出并加压，使吸盘密封202压紧已拼装管片14内表面，同时抗剪柱203插入定位孔；启动真空吸盘201，推进油缸3推力降至开挖面平衡作用力后继续降低推力，同时液压油缸三207增加等值作用力，最终推进油缸3推力降低为0，液压油缸三207的作用力与开挖面平衡作用力相等，至此完成开挖面平衡作用力的转换。
液压油缸三207伸出，用于调节真空吸盘201的纵向位置，确保吸盘能够准确地对准目标位置。接着，通过微调油缸204对真空吸盘201的旋转位置进行精细调整，使其完全对准已拼装管片14的内表面，确保密封效果。然后，液压油缸二205伸出并施加压力，使真空吸盘201紧密地密封压紧在已拼装管片14上。同时，抗剪柱203插入定位孔中，进一步增强装置的稳定性和准确性。随后，启动真空吸盘201装置（真空吸盘201接抽真空装置），将真空吸盘201与已拼装管片14内表面之间的空气吸出（抽真空的口子设置在真空吸盘201上）。此时，推进油缸3推力降至开挖面平衡作用力后继续降低推力，同时液压油缸三207增加等值作用力，当推进油缸3的推力降低为0，液压油缸三207的作用力与开挖面平衡作用力达到平衡状态（保持），至此完成开挖面平衡作用力的转换。
在一个优选实施例中，在管片环间连接过程中，执行以下导向对位操作：
导向棒302预定位：在已拼装管片14锥形孔二303内预装导向棒，使导向棒302的锥形头部突出已拼装管片14前端面；管片拼装时需拼装管片11后移，使导向棒302的锥形头部一部分进入需拼装管片11的锥形孔一301内，形成预定位；
同步后移对位：所有拼装油缸102以0.5-1.0mm/s速度同步伸出，推动需拼装管片11整环后移；导向棒302的锥形头部继续插入需拼装管片11的锥形孔一301内，通过锥面自校正实现径向偏差准确对位；
环间间隙消除：继续后移需拼装管片11直至其后端面与已拼装管片14前端面贴合；
螺栓快速紧固：在管片完全贴合状态下，通过自动扳手同步紧固所有环间螺栓。
在管片环间连接过程中，执行上述导向对位操作。导向棒302预定位步骤确保了导向棒302准确安装于已拼装管片14的锥形孔内，同时管片拼装时导向棒302前端一部分已进入需拼装管片11锥形孔内，为后续对位提供了精确的引导。如图6和图7所示，导向棒302两端均设置有锥形端，在需拼装管片11和已拼装管片14上分别设置有对应的锥形孔一301和锥形孔二303。同步后移对位步骤通过所有拼装油缸102的同步伸出，实现了需拼装管片11的平稳后移。导向棒302的锥形头部顺利插入需拼装管片11的锥形孔内，利用锥面的自校正功能，迅速且准确地消除了径向偏差，确保了管片之间的精确对位。这一步骤显著提高了连接效率，降低了操作难度。
环间间隙消除步骤通过继续后移需拼装管片11，直至其完全贴合已拼装管片14，有效消除了环间间隙，增强了管片连接的稳定性和密封性。这一步骤对于提高隧道结构的整体强度和耐久性具有重要意义。螺栓快速紧固步骤在管片完全贴合的状态下，通过自动扳手同步紧固所有环间螺栓，确保了连接的牢固性和可靠性。这一步骤进一步提升了管片连接的稳定性和安全性，为隧道的长期安全运行提供了有力保障。
在一个实施例中，同步推进与拼装盾构机构成。如图1所示，同步推进与拼装盾构机由刀盘1、主驱动4、前盾2、中盾5、盾尾12、人闸6、推进油缸3、推力传递装置9、管片拼装机10、开挖面平衡装置15、螺旋输送机16、皮带18（位于螺旋输送机16后闸门17下方）、盾尾密封刷13、后配套台车等部件构成。
盾构同步推进与拼装施工流程如下：电力或液压驱动通过主驱动4带动刀盘1左转或者右转，通过对不同位置的推进油缸3加不同推力，经推力传递装置9作用于已拼装管片14前端面上，实现盾构的推进与转弯。同时管片拼装机10在盾尾12内将需拼装管片11各块依次拼装完成。当盾构掘进一环管片长度和需拼装管片11拼装完成后停止推进，启动开挖面平衡装置15，盾尾12内的需拼装管片11和已拼装管片14环与环通过管片螺栓连接，然后利用推进油缸3将推力传递装置9前移一环管片距离并使其顶在已拼装管片14前端面上（如图2），最后关闭开挖面平衡装置15，继续进行盾构同步推进与拼装，周而复始，实现盾构同步推进与拼装。
推力传递装置9构成与工作原理。如图3所示，推力传递装置9由传力环一101、拼装油缸102、传力柱一103、中间柱107、传力环二108、传力柱二106、液压油缸一105、承力块104等部件构成，各部件通过焊接或栓接等方法连接在一起，要求其传递推力值能达到正常推进力，刚度及强度满足规范要求。如图4所示，推力传递装置9后端部件承力块104由多块构成，以达到已拼装管片14前端面均匀受力的效果，下部未设计承力块104主要用于需拼装管片11的运输与人员、设备的通道。
推力传递装置9的工作原理如下：盾构推进时推进油缸3的作用力作用在传力环一101上，经传力柱一103、中间柱107、传力环二108、传力柱二106、承力块104作用在已拼装管片14前端面上。盾构推进前液压油缸一105伸出，将承力块104伸出至已拼装管片14前端面前方，推进油缸3伸出使其支顶在已拼装管片14前端面上。
拼装油缸102固定于传力环一101的后面，并呈圆形均匀布置，数量与管片的拼装点位一致。如常规内径5.4m、外径6m管片盾构机需呈36度角均匀布置10组拼装油缸102，利用管片拼装机10和拼装油缸102在传力柱一103和传力柱二106之间、中间柱107外侧的空间将需拼装管片11拼装成环。
盾构推进一环长度距离和需拼装管片11拼装完成后，启动开挖面平衡装置15，推进油缸3卸压，液压油缸一105回缩，承力块104缩回至需拼装管片的内表面内。所有拼装油缸102伸出，推动需拼装管片11整环后移，与已拼装管片14相连并将所有环与环螺栓安装上紧。
如图6和图7所示，需拼装管片11后端面与已拼装管片14前端面分别设计锥形孔一301和锥形孔二303。在拼装管片时将导向棒302插入两个锥形孔内，推动需拼装管片11整环后移才能与已拼装管片14精确对位，管片螺栓才能正常穿入。
推力传递装置9设计的注意事项：
（1）拼装油缸102与承力块104之间的净距要满足管片拼装机10拼装管片的需求，尤其是封顶块需径向外推再纵向后移，净距一般要超过一环管片长度300mm以上。
（2）拼装油缸102的伸出长度要满足要求即需拼装管片11整环后移时拼装油缸102全部伸出与已拼装管片14的前端面净距要小于一环管片长度。
（3）中间柱107的位置要避开大梁8、螺旋输送机16、管片拼装机10和拼装管片所需空间。
（4）推力传递装置9设计时要考虑人员及材料的通行通道，如前部分设计成多个传力柱一103而不是封闭的传力环，后部分下部设计无承力块104等。
开挖面平衡装置15的构成与工作原理
承力块104回缩、需拼装管片11后移过程中盾构推进油缸3与管片之间是无支撑力的，这时如无作用力顶在盾构机上，盾构机将后移，土仓压力会降低，盾构开挖面的平衡被打破，存在安全风险，故而设计了开挖面平衡装置15。
开挖面平衡装置15由真空吸盘201、吸盘密封202、抗剪柱203、微调油缸204、液压油缸二205、传力柱三206、液压油缸三207等构成。液压油缸三207无杆腔固定于大梁8上，有杆腔与传力柱三206相连。
开挖面平衡装置15的工作原理：盾构同步推进一环距离和管片拼装一环完成后，推进油缸3推进力卸压至作用力与开挖面平衡作用力相等，伸出或缩回液压油缸三207（调节真空吸盘201的纵向位置），伸出或缩回微调油缸204（调节真空吸盘201的旋转位置），使真空吸盘201对准单块已拼装管片14内表面，伸出液压油缸二205并施加一定作用力，吸盘密封202压紧在已拼装管片14内表面上，同时抗剪柱203伸入已拼装管片14的定位孔内。启动真空吸盘201，然后液压油缸三207继续伸出增加作用力，推进油缸3同时降低作用力，最终推进油缸3推力降低为0，液压油缸三207的作用力与开挖面平衡作用力相等，至此完成开挖面平衡作用力的转换（由推进油缸3传递至承力块104作用在已拼装管片14前端面上的作用力转换至真空吸盘201吸力的摩擦力与抗剪柱203的抗剪作用力传递至已拼装管片14上）。然后，利用推力传递装置9将需拼装管片11和已拼装管片14相连，推力传递装置9再前移一环管片长度，并将承力块104支顶在需拼装管片11前端面上，推进油缸3加推力达到开挖面平衡作用力后关闭真空吸盘201，液压油缸二205缩回，真空吸盘201脱离已拼装管片14内表面，盾构继续同步推进与拼装。
同步推进与拼装盾构的优点及注意事项。
（1）通过设计推力传递装置9推进与拼装相互独立，实现了盾构同步推进与拼装。
（2）推进油缸3经推力传递装置9作用在已拼装管片14上的作用力平稳、均衡，盾构姿态控制容易，管片受力好。
（3）推力传递装置9设计承载力只要高于盾构正常推力就可以了。特殊情况（如盾体被包裹，所需推力特别高）下可先拼装需拼装管片11并与已拼装管片14相连后再推进，高推进力经推进油缸3、传力环一101、拼装油缸102直接作用于需拼装管片11前端面上。这样，就是原先的掘进、拼装循环流程，不需推力传递装置9承受大的传递力。
（4）推力传递装置9中承力块104要保证在每块需拼装管片11上至少有1块，这样需拼装管片11拼装时每块都与已拼装管片14的净距相等，才能在盾构推进过程中完成一环需拼装管片11的拼装作业。
（5）推进油缸3是由多组构成，其中一组要与推力传递装置9上的传力环一101前端面连接，其他推进油缸3不需连接。同时，推进油缸3的数量设计以能够满足盾构转弯与总推进力所需值为原则。
（6）通过设计开挖面平衡装置15有效解决了盾构推进与拼装完成后需拼装管片11后移与推力传递装置9前移时盾构开挖面的平衡问题。
（7）开挖面平衡装置15可有一套或多套并安装于盾构机上，主要以平衡开挖面作用力够用为准则，并安装于时钟3、9点位以上位置。
（8）为保证盾构同步推进与拼装效率，建议土压平衡盾构采用连续皮带18机出渣。
在一个实施例中，微调油缸204调节真空吸盘201旋转位置的原理及实现方式如下：
在开挖面平衡装置15中，真空吸盘201需紧密贴合已拼装管片14的弧形内表面。由于管片存在安装误差或变形，吸盘需具备多自由度调节能力，确保吸盘密封202均匀压紧曲面，形成有效密封。
微调油缸204安装于真空吸盘201与传力柱三206之间，微调油缸204两端采用球铰连接。 通过微调油缸204的伸长或者缩短，可以改变真空吸盘201倾角。微调油缸204可以采用一个，也可以是至少两个。在球铰连接（活动连接）处可以设置连接板，使得安装更加方便。比如，在真空吸盘201的背部固定连接板，连接板上设置连接柱，连接柱上设置可转动的球头，球头连接微调油缸204。同理，在传力柱三206上也设置连接板，连接板上设置连接柱，连接柱上设置可转动的球头，球头连接微调油缸204。根据实际情况，只要微调油缸204的两端为转动连接即可，方便调节真空吸盘201的倾角。液压油缸三207控制真空吸盘201的纵向位移（沿盾构纵向方向）。协同动作：液压油缸三207推动传力柱三206纵向移动，粗调吸盘位置；微调油缸204通过伸缩改变吸盘倾角，实现精细旋转对位。
在另一个实施例中，微调油缸204的活塞杆与真空吸盘201底座通过万向节连接，微调油缸204缸体设置在（优选转动连接）传力柱三206上。当油缸伸缩时，推动吸盘底座绕球铰支点旋转（参见图5），调整吸盘法线与管片曲面的夹角。
实际中，液压油缸三207伸出/缩回，使真空吸盘201贴近管片内壁至预定距离（约10-20mm）。 微调油缸204伸缩，使得真空吸盘201对准管片。液压油缸伸出，真空吸盘201接触管片后，液压油缸二205加压，使得真空吸盘201贴合已拼装管片14的内表面。进一步地，还可以在真空吸盘201上设置压力传感器，通过压力传感器验证接触均匀性。