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環(huán)形盾構(gòu)機及隧道施工方法

文檔序號:5341590閱讀:626來源:國知局
專利名稱:環(huán)形盾構(gòu)機及隧道施工方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種超大斷面盾構(gòu)法隧道施工技術(shù),屬于建筑隧道工程施工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
我國政府遵循科學(xué)發(fā)展觀,提出了構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求。解決該課題的關(guān)鍵在于運用先進(jìn)的施工設(shè)備和科學(xué)的施工技術(shù)充分開發(fā)利用地下空間,把城市交通(地鐵和軌道交通、地下快速路、越江和越海灣隧道)盡可能轉(zhuǎn)入地下,把其他一切可以轉(zhuǎn)入地下的設(shè)施(如停車庫、污水處理廠、商場、餐飲、休閑、娛樂、健身等)盡可能建于地下,實現(xiàn)土地的多重利用,提高土地利用效率,實現(xiàn)節(jié)地的要求。盾構(gòu)法施工技術(shù)由于對地面結(jié)構(gòu)影響較小,對環(huán)境無不良影響,工作人員勞動強度低,機械化程度高,工程進(jìn)度快,隧洞形狀準(zhǔn)確,質(zhì)量高等優(yōu)點,現(xiàn)已成為我國城市軌道交通建設(shè)中的重要施工技術(shù),已廣泛應(yīng)用于全世界范圍內(nèi)的隧道施工。近年來,盾構(gòu)法隧道呈現(xiàn)朝著超大斷面發(fā)展的趨勢,目前世界上最大的盾構(gòu)法隧道是上海長江隧道工程,采用直徑15. 43米的泥水平衡盾構(gòu)建造。該隧道上層設(shè)三條(3X3. 75米)車道,下層為軌道交通, 同時也為各類管線預(yù)留了設(shè)置空間,是集公路隧道、軌道交通以及城市“共同溝”三大功能為一體的多功能型隧道。但目前制造工藝、設(shè)計施工水平限制了盾構(gòu)法隧道向更大直徑的發(fā)展,為了克服這一難題,實現(xiàn)更大尺寸隧道斷面的施工,本發(fā)明創(chuàng)新性的提出了采用環(huán)形盾構(gòu)建設(shè)隧道的新技術(shù),即先采用環(huán)形盾構(gòu)施工超大尺寸隧道外部支撐結(jié)構(gòu),然后再進(jìn)行內(nèi)部土方開挖, 并施工隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可實現(xiàn)更大尺寸隧道斷面的施工的環(huán)形盾構(gòu)機,采用本發(fā)明技術(shù),隧道形狀和尺寸在理論上不受限制,可以實現(xiàn)建造更大直徑隧道以及超大斷面地下空間的建設(shè)和綜合開發(fā)利用。本發(fā)明的環(huán)形盾構(gòu)機,包括盾構(gòu)殼體,管片牽引機構(gòu)和泥水輸送系統(tǒng),該盾構(gòu)殼體包括外層殼體、內(nèi)層殼體和小盾構(gòu)殼體,所述內(nèi)層殼體、小盾構(gòu)殼體與外層殼體組成一個環(huán)形空腔,在沿該環(huán)形空腔圓周布滿小切削刀盤,在所述小盾構(gòu)殼體內(nèi)設(shè)置主切削刀盤,該主切削刀盤與所述內(nèi)層殼體貫通;小切削刀盤的后方設(shè)有推進(jìn)千斤頂。泥水輸送系統(tǒng)包括排泥管路和進(jìn)泥管路。所述管片牽引機構(gòu)包括托輥裝置和管片牽引機。在外層殼體和內(nèi)殼體上裝有托輥裝置。本發(fā)明還提供一種隧道施工方法,包括步驟1)采用如權(quán)利要求1所述的環(huán)形盾構(gòu)機開挖土層;2)通過管片拼裝機拼裝臨時管片以形成作業(yè)隧道;
3)作業(yè)隧道內(nèi)插入前一環(huán)管片的CT型環(huán)間接頭中,再經(jīng)過管片牽引機帶動主管片沿盾構(gòu)環(huán)向移動,每環(huán)管片每塊管片采用快速接頭連接,從而形成整條隧道的一次襯砌;4)在整條隧道實現(xiàn)貫通之后,同時進(jìn)行作業(yè)隧道的拆除以及環(huán)形隧道中央剩余部分土體的開挖,即二次開挖;5)內(nèi)部土方及臨時管片清理完成之后,再依次進(jìn)行二次襯砌以及內(nèi)部道路的結(jié)構(gòu)施工。本發(fā)明具有安全可靠,簡捷高效,經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點,是可以實現(xiàn)對任意形狀的隧道襯砌部位做開挖,在構(gòu)筑好隧道襯砌后的內(nèi)部進(jìn)行土砂開挖,最后完成隧道工程的新穎隧道施工法。與常規(guī)的盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)相比,本技術(shù)具有以下幾個方面的優(yōu)點①大斷面、任意形狀,通過采用直線或圓弧組成作業(yè)隧道空間,按照相應(yīng)的使用要求,可以任意選定大斷面隧道的形狀;②減少工業(yè)廢棄土,由于用盾構(gòu)機僅開挖襯砌體部分,可實現(xiàn)設(shè)備規(guī)格降低和大量減少廢棄的土體,內(nèi)部地層土的開挖,可作為普通土方處理;③地層穩(wěn)定,由于盾構(gòu)機開挖的斷面變的很小,開挖面容易取得穩(wěn)定性,伴隨開挖而發(fā)生的沉降等地基土的變形也很小,此外,還可減少輔助工法的使用機會;④快速施工,盾構(gòu)機的現(xiàn)場裝配作業(yè)量減少,一次襯砌和二次襯砌可以做到并行作業(yè),可以縮短工期;⑤經(jīng)濟(jì)性,與以往盾構(gòu)工法相比,由于盾構(gòu)機械設(shè)備屬于小規(guī)模化操作,可以期待工程費用較大的減少。


圖1是本發(fā)明的環(huán)形盾構(gòu)機的側(cè)視示意圖;圖2是本發(fā)明的環(huán)形盾構(gòu)機的切削刀盤示意圖;圖3是本發(fā)明管片拼裝示意圖;圖4是本發(fā)明管片拼裝示意圖;圖5是本發(fā)明的泥水輸送系統(tǒng)示意圖;圖6是內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工工藝示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的環(huán)形盾構(gòu)機具有與往常圓形全斷面盾構(gòu)機截然不同的環(huán)形盾構(gòu)殼體1, 其包括外層殼體11、內(nèi)層殼體12和小盾構(gòu)殼體13,內(nèi)層殼體12、小盾構(gòu)殼體13與外層殼體 11組成一個環(huán)形空腔。通過外層殼體11支護(hù)周圍地層土體,同時在外層殼體11的保護(hù)下完成主管片61及臨時管片62的拼裝;在小盾構(gòu)殼體13內(nèi)設(shè)置主切削刀盤21,考慮到整個盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)備布置的需要,出土系統(tǒng)一般選用泥水管路進(jìn)行切削土體的排出。主切削刀盤21必須與環(huán)形盾構(gòu)的內(nèi)殼體 12貫通,以便將通道里的主管片61移送到環(huán)形盾構(gòu)拼裝所需的位置。后方是推進(jìn)千斤頂 23,從拼裝好的主管片61取得反力,進(jìn)行掘進(jìn);在沿環(huán)形空腔圓周布滿小切削刀盤22,用以
4切削環(huán)形盾構(gòu)殼體1前方位于主切削刀盤21之間的土體。隧道襯砌結(jié)構(gòu)6分為主管片61與臨時管片62。臨時管片62通過管片拼裝機3拼裝,形成臨時管片62后方的作業(yè)隧道7,作業(yè)隧道7的主要為施工設(shè)備、管片的運送、主管片61拼裝提供必要的操作空間;主管片61也是用管片拼裝機3進(jìn)行拼裝,當(dāng)主管片61初步就位后,通過管片牽引機構(gòu)4牽引至預(yù)定位置,通過環(huán)間接頭63與后方成型隧道連接,形成整個環(huán)形隧道的襯砌結(jié)構(gòu)。泥水輸送系統(tǒng)5主要作用是將切削機構(gòu)2切削形成的土渣通過排泥管路51外運, 并通過進(jìn)泥管路52補充切削機構(gòu)2掘進(jìn)所需的凈化后的漿液。環(huán)形盾構(gòu)施工實施過程環(huán)形盾構(gòu)的始發(fā)與到達(dá)與通常的盾構(gòu)施工法類似,需要進(jìn)行始發(fā)工作井、設(shè)備安裝、反力設(shè)置、始發(fā)與到達(dá)防護(hù)等施工工序。但是,相比構(gòu)筑同一種構(gòu)造物的圓形盾構(gòu),由于盾構(gòu)機的長度較小,所以,工作井長度亦隨之變的小些;入口襯墊,由于要成為環(huán)形部分內(nèi)外兩層構(gòu)造;此外,對于中央剩余土體部分,有必要考慮采用錨固等方式的擋土措施。盾構(gòu)掘進(jìn)時,盾構(gòu)外層殼體11、內(nèi)殼體12之間的環(huán)形部分與作業(yè)隧道7部分的開挖是同時進(jìn)行的。主切削刀盤21與小切削刀盤22將切削形成的土渣通過泥水輸送系統(tǒng)5 的排泥管路51輸送至地面進(jìn)行處理后,再通過進(jìn)泥管路52將凈化處理后的漿液輸送至盾構(gòu)切削機構(gòu)2。主管片61是整條隧道的的永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的一次襯砌,通過管片拼裝機3拼裝,將環(huán)形部分的管片,從作業(yè)隧道7內(nèi)插入前一環(huán)管片的CT型環(huán)間接頭63中,再經(jīng)過管片牽弓I 機41帶動主管片61沿盾構(gòu)環(huán)向移動,此外,為了減小主管片運轉(zhuǎn)時與環(huán)形盾構(gòu)殼體1之間的阻力,在外層殼體11和內(nèi)殼體12上都裝有托輥裝置42。每環(huán)管片每塊管片采用快速接頭連接。從而形成整條隧道的一次襯砌。在整條隧道實現(xiàn)貫通之后,同時進(jìn)行作業(yè)隧道7的拆除以及環(huán)形隧道中央剩余部分土體的開挖,即二次開挖。二次開挖是采用多層臺階式工法,一邊保持待開挖面的穩(wěn)定, 一邊進(jìn)行土體開挖。開挖臺階數(shù),可根據(jù)土體的自立性作出決定。內(nèi)部土方及臨時管片7 清理完成之后,再依次進(jìn)行二次襯砌81以及內(nèi)部道路82等結(jié)構(gòu)施工。至此,環(huán)形隧道結(jié)構(gòu)施工完成。本發(fā)明具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進(jìn)步,利用本發(fā)明可以用來有效且安全地構(gòu)造起任意形狀的超大斷面隧道的環(huán)形襯砌,隧道內(nèi)部的土層是在形成了環(huán)形襯砌體之后再做開挖的,因此具有安全高效,對周邊環(huán)境影響較小的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)形盾構(gòu)機,包括盾構(gòu)殼體,管片牽引機構(gòu)和泥水輸送系統(tǒng),其特征是該盾構(gòu)殼體包括外層殼體、內(nèi)層殼體和小盾構(gòu)殼體,所述內(nèi)層殼體、小盾構(gòu)殼體與外層殼體組成一個環(huán)形空腔,在沿該環(huán)形空腔圓周布滿小切削刀盤,在所述小盾構(gòu)殼體內(nèi)設(shè)置主切削刀盤, 該主切削刀盤與所述內(nèi)層殼體貫通;小切削刀盤的后方設(shè)有推進(jìn)千斤頂。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)形盾構(gòu)機,其特征是泥水輸送系統(tǒng)包括排泥管路和進(jìn)泥管路。
3.如權(quán)利要求1所述的環(huán)形盾構(gòu)機,其特征是所述管片牽引機構(gòu)包括托輥裝置和管片牽引機。
4.如權(quán)利要求3所述的環(huán)形盾構(gòu)機,其特征是所述托輥裝置裝在外層殼體和內(nèi)殼體上。
5.一種隧道施工方法,其特征是包括步驟1)采用如權(quán)利要求3所述的環(huán)形盾構(gòu)機開挖土層;2)通過管片拼裝機拼裝臨時管片以形成作業(yè)隧道;3)作業(yè)隧道內(nèi)插入前一環(huán)管片的CT型環(huán)間接頭中,再經(jīng)過管片牽引機帶動主管片沿盾構(gòu)環(huán)向移動,每環(huán)管片每塊管片采用快速接頭連接,從而形成整條隧道的一次襯砌;4)在整條隧道實現(xiàn)貫通之后,同時進(jìn)行作業(yè)隧道的拆除以及環(huán)形隧道中央剩余部分土體的開挖,即二次開挖;5)內(nèi)部土方及臨時管片清理完成之后,再依次進(jìn)行二次襯砌以及內(nèi)部道路的結(jié)構(gòu)施工。
全文摘要
本發(fā)明是一種環(huán)形盾構(gòu)機,包括盾構(gòu)殼體,管片牽引機構(gòu)和泥水輸送系統(tǒng),該盾構(gòu)殼體包括外層殼體、內(nèi)層殼體和小盾構(gòu)殼體,所述內(nèi)層殼體、小盾構(gòu)殼體與外層殼體組成一個環(huán)形空腔,在沿該環(huán)形空腔圓周布滿小切削刀盤,在所述小盾構(gòu)殼體內(nèi)設(shè)置主切削刀盤,該主切削刀盤與所述內(nèi)層殼體貫通;小切削刀盤的后方設(shè)有推進(jìn)千斤頂。本發(fā)明還提供一種隧道施工方法。本發(fā)明具有安全可靠,簡捷高效,經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點,是可以實現(xiàn)對任意形狀的隧道襯砌部位做開挖,在構(gòu)筑好隧道襯砌后的內(nèi)部進(jìn)行土砂開挖,最后完成隧道工程的新穎隧道施工法。
文檔編號E21D9/08GK102359379SQ201110281199
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者張露根, 段創(chuàng)峰, 王強華, 趙燕鵬, 魏林春 申請人:上海城建(集團(tuán))公司, 上海隧道工程股份有限公司
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