專利名稱:一種馬蹄形開敞式盾構體結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種馬蹄形開敞式盾構體結構，所述盾構結構包括馬蹄形斷面盾構機，在盾構機馬蹄形斷面的周邊設有若干只液壓千斤頂和支撐工字鋼構成的可拆移式反力結構，在所述反力結構的一側設置有鋼筋混凝土襯砌洞身結構；在馬蹄形盾構機的兩側分別設有十字網(wǎng)格，安裝在盾構機尾部一周的十字網(wǎng)格與液壓千斤頂配合且同時用于反鏟裝車，安裝在盾構機前部的十字網(wǎng)格用于切削土體；將支撐工字鋼安裝在盾構機尾部的防護部下，并與已安裝的支撐工字鋼和鋼筋條焊接在一起。本實用新型結構設計合理，便于制造與組裝，經(jīng)實際使用證實能夠顯著提高施工質(zhì)量。
【專利說明】一種馬蹄形開敞式盾構體結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及基于盾構機的工作原理、為解決飽和黃土地層礦山法開挖的安全問題而研制的馬蹄形開敞式盾構體結構，屬于盾構技術的延伸。
【背景技術】
[0002]目前在土層中開挖隧道，由于土層強度低，尤其是含水量大時成洞穩(wěn)定性極差，因此盾構法施工應運而生。盾構法是利用鋼材的高強度和易加工特點，將鋼板加工成隧洞斷面形狀，形成在土層中對施工人員和設備的防護體；再在頭部設置開挖輔助設施如人工挖掘隔倉、切削刀盤、水力噴頭等；在盾體內(nèi)設置開挖料輸出裝置，如螺旋輸送帶、泥水管路、輕軌斗車；在盾尾設置襯砌支護設施，形成開挖、出土、支護、襯砌配套協(xié)作的結構，完成隧道施工的完整方法。
[0003]回顧盾構法的形成、發(fā)展和現(xiàn)狀，1823年，倫敦泰晤士河隧道建設中，將煤礦礦山工程師的盾構設想變成實際操作嘗試，盡管水下隧道歷時18年，但為類似工程施工開創(chuàng)了有創(chuàng)舉的新方法。
[0004]經(jīng)過百余年的不懈探索和實踐，20世紀90年代開始，各種類型的盾構設備開發(fā)使用逐步進入了繁榮時期。日本東京灣公路隧道被稱為世界超大型道路交通隧道盾構法施工的范例；英法海底隧道更是成為世界盾構技術強國集中施工技術前沿技術成果的典范。盾構技術的不斷發(fā)展，不但使土壓平衡、泥水平衡技術日臻完善，而且使得操作更簡單、系統(tǒng)更完善、自動化程度更高、控制精度更準確。在開挖斷面適應性方面，研制成功了單頭、雙頭和多頭刀盤，利用曲軸傳動技術，開發(fā)出適應矩形斷面、橢圓形斷面或任意斷面的刀盤和支護設備。
[0005]中國在1962年在上海開始進行盾構法試驗隧道開挖，1970年完成上海打浦路公路隧道，這是中國第一條盾構法施工的水下公路隧道。20世紀90年代，中國各大城市地鐵工程蓬勃發(fā)展，一批地下輕軌隧道開始興建，上海、北京、廣州、深圳等地鐵隧道施工都應用了盾構技術。特別是2003年，上海隧道工程有限公司率先采用雙圓隧道工程掘進機施工上海M8線地鐵區(qū)間隧道，將中國盾構法隧道施工帶入了與世界先進技術水平同步發(fā)展的新時代。
[0006]在中國，如今盾構技術研制水平與世界同步，各種盾構機都能在國內(nèi)生產(chǎn)，這極大地提高了這一領域發(fā)展的速度。
[0007]當今盾構技術的優(yōu)缺點，在于從盾構施工的基本原理看，為了支撐掌子面的穩(wěn)定，采用土壓平衡或泥水平衡盾構。土壓平衡盾構適合于地下水少、滲透系數(shù)小的粘性土地層、砂性地層和砂礫土層，通過精確控制開挖倉的排土量，保持開挖艙的土體壓力，與開挖面土體保持平衡，防止坍塌。泥水平衡盾構適合于地下水位高、流沙等富水地層及砂礫石含量較高的地層，通過向開挖艙壓注泥漿，一方面平衡工作面土體，另一方面用管道泥漿將開挖料輸送出洞。隨著盾構技術的發(fā)展，將不同盾構形式和開挖面穩(wěn)定方法進行組合，形成復合盾構法。復合盾構可以根據(jù)土層地質(zhì)和水文條件作調(diào)整，其本質(zhì)上是對開挖面支撐方式以及刀具、出渣運輸系統(tǒng)和其他設備調(diào)整。復合盾構的組合模式有泥水式、敞開式盾構；土壓平衡、敞開式盾構；泥水式、土壓平衡盾構；敞開式、泥水式、土壓平衡盾構等。
[0008]現(xiàn)在，非圓斷面盾構主要是在開挖面將多個刀盤組合，通過雙軸、多軸和曲軸等方法，控制不同刀盤的運動軌跡，開挖出矩形、橢圓形、馬蹄形、雙圓型、三圓形等各種需要的斷面形狀，在地鐵車站的特殊地下結構中開發(fā)利用，并日益成熟。隨著非圓斷面隧道采用盾構施工技術含量越來越高，設計、制造、集成復雜，造價很高。因此工程使用僅限于工程量大的重要工程，在一般工程中很少使用?？傊?，這些盾構機適用于長隧道或大斷面，優(yōu)點是自動化程度高、功能多，缺點是制造周期長、構造復雜，造價高。
實用新型內(nèi)容
[0009]本實用新型的目的是，針對現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種機械強度和受理安全指標符合飽和黃土地層礦山法開挖的安全問題要求而研制的馬蹄形開敞式盾構結構。
[0010]為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術方案是:提供一種馬蹄形開敞式盾構結構，其特征在于，所述盾構結構包括馬蹄形斷面盾構機，在盾構機馬蹄形斷面的周邊設有若干只液壓千斤頂和支撐工字鋼構成的可拆移式反力結構，在反力結構的一側設置有鋼筋混凝土襯砌洞身結構。
[0011]其中優(yōu)選的技術方案是，在所述馬蹄形盾構機的兩側分別設有十字網(wǎng)格，安裝在盾構機尾部一周的十字網(wǎng)格與液壓千斤頂配合且同時用于反鏟裝車，安裝在盾構機前部的十字網(wǎng)格用于切削土體。
[0012]進一步優(yōu)選的技術方案是，將所述支撐工字鋼安裝在盾構機尾部的防護部下，并與已安裝的支撐工字鋼和鋼筋條焊接在一起。
[0013]進一步優(yōu)選的技術方案還有，所述防護部為盾構機推進后由噴射于洞壁上的鋼筋混凝土形成的臨時穩(wěn)定洞室。
[0014]進一步優(yōu)選的技術方案還有，所述液壓千斤頂為14只，每只液壓千斤頂?shù)男谐虨?0cmo
[0015]進一步優(yōu)選的技術方案還有，所述馬蹄形斷面盾構機采用40mm厚Q235鋼板卷制、焊接制成，盾構機的內(nèi)斷面形狀為帶仰拱的馬蹄形設計開挖斷面，斷面尺寸為5900mmX7600mm，盾構機總周長度為6490mm，其中盾構機的前突上護盾的長度為1800mm，盾構機的前艙、后艙的立隔板的前部全斷面長度為1496mm，盾構機的前艙為切土部分，為了軟塑土體的穩(wěn)定用40mm鋼板分割成小方格；盾構機的后艙長度為3194mm，盾構機的結構為敞開式護盾，盾構機上布置千斤頂支座，以及千斤頂收回時安裝支護工字鋼支撐。
[0016]進一步優(yōu)選的技術方案還有，在所述盾構機的盾尾與鋼筋混凝土襯砌之間設置有可組裝的鋼桁架的傳力結構。
[0017]進一步優(yōu)選的技術方案還有，在所述盾構機的前部還加設有縱向和水平加強梁。
[0018]進一步優(yōu)選的技術方案還有，所述液壓千斤頂被設置在馬蹄形盾構機的兩側和底邊，并將其分為4個區(qū)域，通過控制器對每個區(qū)域的液壓千斤頂推進的行程分別進行控制。
[0019]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:該馬蹄形開敞式盾構結構具有如下特點:
[0020](I)該馬蹄形開敞式盾構結構的設計方案經(jīng)有限元模型計算，機構強度和受力安全指標符合規(guī)定要求。
[0021](2)加工制作方便，該馬蹄形開敞式盾構結構通過將加工件分塊、焊接和檢測技術按照鋼結構加工要求進行，在加工廠進行整機試拼裝。液壓系統(tǒng)從市場采購，構建制造與組裝方便。
[0022](3)施工質(zhì)量顯著提高，當該馬蹄形開敞式盾構結構頂進60cm，及時進行掛網(wǎng)噴混凝土支護。鋼筋網(wǎng)焊接在工字鋼支撐上，噴混凝土分三層完成，每次噴層厚度6cm左右，故工程質(zhì)量顯著提高。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型馬蹄形開敞式盾構結構的正面結構示意圖；
[0024]圖2為圖1的側視圖；
[0025]圖3為本實用新型馬蹄形開敞式盾構結構的推進系統(tǒng)及后靠正面圖；
[0026]圖4為本實用新型馬蹄形開敞式盾構結構的推進系統(tǒng)及后靠縱斷面圖。
[0027]圖中:1-盾構機，2-液壓千斤頂，3-支撐工字鋼，4-鋼筋混凝土墻，5-十字網(wǎng)格，6-千斤頂支座，7-鋼桁架。
【具體實施方式】
[0028]本實用新型是一種馬蹄形開敞式盾構結構，該盾構結構包括馬蹄形斷面的盾構機I，在盾構機I馬蹄形斷面的周邊設有若干只液壓千斤頂2和支撐工字鋼3構成的可拆移式反力結構，在所述反力結構的一側設置有鋼筋混凝土墻4襯砌成的洞身結構。
[0029]在本實用新型中優(yōu)選的實施方案是，在所述馬蹄形盾構機I的兩側分別設有十字網(wǎng)格5，安裝在盾構機I尾部一周的十字網(wǎng)格5與液壓千斤頂2配合且同時用于反鏟裝車，安裝在盾構機I前部的十字網(wǎng)格5用于切削土體。
[0030]在本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案是，將所述支撐工字鋼3安裝在盾構機I尾部的防護部下，并將已安裝的支撐工字鋼3與鋼筋條焊接在一起。
[0031]在本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述防護為盾構機I推進后由噴射于洞壁上的鋼筋混凝土墻4形成臨時的穩(wěn)定洞室。
[0032]在本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述液壓千斤頂2為14只，每只液壓千斤頂?shù)男谐虨?0cm。
[0033]在本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述馬蹄形斷面盾構機I采用40mm厚Q235鋼板卷制、焊接制成，盾構機的內(nèi)斷面形狀為帶仰拱的馬蹄形設計開挖斷面，斷面尺寸為5900mmX 7600mm，盾構機總周長度為6490mm，其中盾構機的前突上護盾的長度為1800mm,盾構機的前后艙立隔板的前部全斷面長度為1496mm，盾構機的前艙為切土部分，為了軟塑土體的穩(wěn)定用40mm鋼板分割成小方格；盾構機I的后艙長度為3194mm，盾構機I的結構為敞開式護盾，盾構機I上設置千斤頂支座6，以及在液壓千斤頂2收回時，安裝支撐工字鋼3予以支撐。
[0034]在本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案還有，在所述盾構機I的盾尾與鋼筋混凝土墻4襯砌之間設置有可組裝的鋼桁架7。
[0035]在本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案還有，在所述盾構機I的前部還加設有縱向和水平加強梁。
[0036]在本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述液壓千斤頂2被設置在馬蹄形的盾構機I的兩側和底邊，并將其分為4個區(qū)域，通過控制器對每個區(qū)域的液壓千斤頂2推進的行程分別進行控制。
[0037]本實用新型不限于上述實施方式，本領域技術人員所做出的對上述實施方式任何顯而易見的改進或變更，都不會超出本實用新型的構思和所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種馬蹄形開敞式盾構體結構，其特征在于，所述盾構結構包括馬蹄形斷面盾構機，在盾構機馬蹄形斷面的周邊設有若干只液壓千斤頂和支撐工字鋼構成的可拆移式反力結構，在反力結構的一側設置有鋼筋混凝土襯砌洞身結構。2.如權利要求1所述的馬蹄形開敞式盾構體結構，其特征在于，在所述馬蹄形盾構機的兩側分別設有十字網(wǎng)格，安裝在盾構機尾部一周的十字網(wǎng)格與液壓千斤頂配合且同時用于反鏟裝車，安裝在盾構機前部的十字網(wǎng)格用于切削土體。3.如權利要求2所述的馬蹄形開敞式盾構體結構，其特征在于，將所述支撐工字鋼安裝在盾構機尾部的防護部下，并與已安裝的支撐工字鋼和鋼筋條焊接在一起。4.如權利要求3所述的馬蹄形開敞式盾構體結構，其特征在于，所述防護部為盾構機推進后由噴射于洞壁鋼筋上的混凝土形成的臨時穩(wěn)定洞室。5.如權利要求4所述的馬蹄形開敞式盾構體結構，其特征在于，所述液壓千斤頂為14只，每只液壓千斤頂?shù)男谐虨?0cm。6.如權利要求4所述的馬蹄形開敞式盾構體結構，其特征在于，在所述盾構機的盾尾與鋼筋混凝土襯砌之間設置有可組裝的鋼桁架的傳力結構。7.如權利要求4所述的馬蹄形開敞式盾構體結構，其特征在于，在所述盾構機的前部還加設有縱向和水平加強梁。8.如權利要求2所述的馬蹄形開敞式盾構體結構，其特征在于，所述液壓千斤頂被設置在馬蹄形盾構機的兩側和底邊。
【文檔編號】E21D9-06GK204267036SQ201420329485
【發(fā)明者】趙新民, 顏志強, 衡富安, 徐其陽, 李峰 [申請人]中國水利水電第十一工程局有限公司