一種掘進(jìn)面超前保護(hù)式盾構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道及地下建筑工程開(kāi)挖機(jī)械裝置，具體涉及一種掘進(jìn)面超前保護(hù)式盾構(gòu)。應(yīng)用于近距離穿越地下既有建(構(gòu))筑物以及淺覆土工況下的施工，確保施工安全可靠。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市地下空間的不斷開(kāi)發(fā)，一方面，地下既有建(構(gòu))筑物越來(lái)越密集，盾構(gòu)近距離穿越既有建(構(gòu))筑物變得更為頻繁；另一方面，地下空間也變得更加寶貴，但盾構(gòu)在淺覆土中施工困難，使得接近地面的地下空間造成浪費(fèi)。
[0003]盾構(gòu)法施工會(huì)對(duì)隧道周?chē)馏w產(chǎn)生施工擾動(dòng)，受其影響，隧道附近地區(qū)的基礎(chǔ)建(構(gòu))筑物將產(chǎn)生變形、沉降和位移，控制不當(dāng)可能會(huì)使建(構(gòu))筑物性能產(chǎn)生影響甚至發(fā)生破壞性施工事故。此外，開(kāi)挖面對(duì)地層的擾動(dòng)將引起土體顆粒再固結(jié)，是造成地面后期沉降的一個(gè)主要因素，在淺覆土施工時(shí)，盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中正面土體難以形成土拱效應(yīng)，易產(chǎn)生盾構(gòu)切口上部及兩側(cè)土體的坍塌。
[0004]對(duì)于現(xiàn)階段盾構(gòu)的近接和淺覆土施工，主要是以工程經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)，結(jié)合有限元模擬分析以及室內(nèi)模型試驗(yàn)，預(yù)測(cè)施工過(guò)程中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，進(jìn)而確定施工參數(shù)，起到對(duì)實(shí)際施工的輔助性指導(dǎo)作用。但在上述輔助施工措施中，數(shù)值方法并不能真實(shí)模擬復(fù)雜的工程情況，參數(shù)及邊界條件的選取對(duì)模擬結(jié)果也有較大影響，預(yù)測(cè)結(jié)果并不可靠。另外，室內(nèi)模型試驗(yàn)因相似材料的選取、試驗(yàn)操作誤差的影響，也不能完全真實(shí)反應(yīng)實(shí)際施工過(guò)程。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的盾構(gòu)近接和淺覆土施工方法，都不能真正意義上適應(yīng)復(fù)雜多變的施工環(huán)境，不能確保施工安全，從而嚴(yán)重影響施工的順利進(jìn)行。
[0005]在現(xiàn)有的同類型盾構(gòu)設(shè)備中，發(fā)明專利一種土壓平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)(201010130542.2)主要研發(fā)了處于不同地層條件下的對(duì)已有隧道進(jìn)行改造的新型盾構(gòu)，雖然可以保證開(kāi)挖的安全，但其不能在開(kāi)挖新建隧道施工時(shí)對(duì)周?chē)馏w進(jìn)行超前支護(hù)。發(fā)明專利盾構(gòu)機(jī)(201010145279.4)主要研發(fā)了可調(diào)節(jié)角度的切削刀，該盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)了帶有彎度管道的鋪設(shè)功能，但該盾構(gòu)機(jī)對(duì)地層的施工擾動(dòng)破壞較大，不能保證在超近距離穿越施工條件下的安全掘進(jìn)。實(shí)用新型專利大粒徑砂卵石地層用土壓平衡盾構(gòu)(201220062771.X)主要對(duì)現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了局部改進(jìn)，縮短了施工周期，穩(wěn)定了掘進(jìn)參數(shù)，但其主要改進(jìn)僅是針對(duì)無(wú)水大粒徑砂卵石地層，對(duì)軟粘土地區(qū)的隧道施工具有局限性，不具推廣價(jià)值。發(fā)明專利盾構(gòu)挖掘裝置及盾構(gòu)機(jī)(201310697532.0)通過(guò)對(duì)挖掘裝置的改進(jìn)，減小了盾構(gòu)機(jī)的挖掘裝置的體積，采用回轉(zhuǎn)支承的形式可以承受較大的挖掘力。但這部分改進(jìn)并沒(méi)有考慮近距離施工產(chǎn)生的地層擾動(dòng)，未能真正實(shí)現(xiàn)減小施工擾動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)近距離施工的技術(shù)要求。發(fā)明專利敞口式盾構(gòu)機(jī)(201410174390.4)通過(guò)設(shè)置支護(hù)網(wǎng)格能夠有效保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，減小了塌方風(fēng)險(xiǎn)。但該發(fā)明專利中的支護(hù)網(wǎng)格將開(kāi)挖面分區(qū)處理，切削后的土體可自由滑落，上方土體不可避免會(huì)出現(xiàn)坍塌空隙，這會(huì)對(duì)近距離施工造成極大危險(xiǎn)。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有的同類盾構(gòu)機(jī)裝置均存在諸多技術(shù)上或者操作上的不足之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種掘進(jìn)面超前保護(hù)式盾構(gòu)，該盾構(gòu)主要針對(duì)普通盾構(gòu)施工時(shí)，掘進(jìn)面對(duì)周?chē)馏w的影響范圍大，臨近土體受施工控制影響的敏感度高，對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)進(jìn)行改進(jìn)，從而使得開(kāi)挖面對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)大大減少。該盾構(gòu)能確保更近距離安全地穿越地下既有建(構(gòu))筑物，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)在淺覆土甚至超淺覆土中安全掘進(jìn)，對(duì)于提高地下空間利用率和施工安全有著重要的意義。
[0008]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種掘進(jìn)面超前保護(hù)式盾構(gòu)，包括內(nèi)刀盤(pán)、環(huán)形刀盤(pán)、滑動(dòng)伸縮調(diào)節(jié)裝置、環(huán)形刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸、內(nèi)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、環(huán)形刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、隔板、螺旋出土機(jī)、電動(dòng)機(jī)、渣土傳送機(jī)和盾構(gòu)千斤頂；所述盾構(gòu)內(nèi)刀盤(pán)與隔板后方的內(nèi)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)器連接，調(diào)節(jié)內(nèi)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)器以調(diào)整內(nèi)刀盤(pán)切削參數(shù)；所述內(nèi)刀盤(pán)外圍安裝有伸縮式環(huán)形刀盤(pán)，內(nèi)刀盤(pán)和環(huán)形刀盤(pán)之間設(shè)有滑動(dòng)伸縮調(diào)節(jié)裝置，所述環(huán)形刀盤(pán)通過(guò)環(huán)形刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸與隔板相連，刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)控制室控制環(huán)形刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)隔板以及環(huán)形刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸，帶動(dòng)環(huán)形刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)切削；所述內(nèi)刀盤(pán)和隔板之間為土艙，內(nèi)刀盤(pán)后部安裝攪拌棒，所述螺旋出土機(jī)與土艙下部相連，切削渣土經(jīng)攪拌棒充分?jǐn)嚢瑁ㄟ^(guò)電動(dòng)機(jī)控制螺旋出土機(jī)并經(jīng)渣土傳送機(jī)排出艙體；盾殼尾部安裝有呈環(huán)狀布置的盾構(gòu)千斤頂，內(nèi)置管片經(jīng)盾構(gòu)千斤頂推脫離盾尾安裝成環(huán)。
[0009]所述環(huán)形刀盤(pán)安裝有呈環(huán)狀分布的刀具；內(nèi)刀盤(pán)布置有選型比刀具大的刀具。
[0010]所述滑動(dòng)伸縮調(diào)節(jié)裝置包括滾動(dòng)滑輪、伸縮控制室和伸縮軸，所述環(huán)形刀盤(pán)通過(guò)滾動(dòng)滑輪與內(nèi)刀盤(pán)連接，伸縮控制室通過(guò)與之相連的伸縮軸控制環(huán)形刀盤(pán)伸縮量。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明掘進(jìn)面超前保護(hù)式盾構(gòu)采用環(huán)形刀盤(pán)的設(shè)計(jì)，可預(yù)先切斷土體，使得內(nèi)刀盤(pán)掘進(jìn)面對(duì)周?chē)翆訑_動(dòng)大大減少；
2.可伸縮環(huán)形刀盤(pán)的設(shè)計(jì)可以根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑以及實(shí)際穿越間距動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)刀盤(pán)伸縮量，進(jìn)而及時(shí)調(diào)整保護(hù)土的厚度范圍，降低掘進(jìn)對(duì)土層的擾動(dòng)，進(jìn)而合理保護(hù)周?chē)?構(gòu))筑物；
3.超前保護(hù)式盾構(gòu)采用兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)環(huán)形刀盤(pán)和內(nèi)刀盤(pán)分別驅(qū)動(dòng)，可協(xié)調(diào)內(nèi)刀盤(pán)與環(huán)形刀盤(pán)的同步切削，進(jìn)而更加合理地減小施工擾動(dòng)；
4.本發(fā)明中環(huán)形刀盤(pán)與內(nèi)刀盤(pán)的結(jié)合使用設(shè)計(jì)，由于環(huán)形刀盤(pán)使開(kāi)挖面與周?chē)馏w發(fā)生隔離，使盾構(gòu)在緊鄰既有建(構(gòu))筑物穿越施工時(shí)進(jìn)一步減小新建隧道與既有隧道的穿越間距，減小施工風(fēng)險(xiǎn)，有效增加開(kāi)挖面的整體穩(wěn)定性；
5.本發(fā)明盾構(gòu)內(nèi)刀盤(pán)前方、上方土體可允許出現(xiàn)坍塌空隙，螺旋出土機(jī)出土過(guò)快時(shí)，由于環(huán)形刀盤(pán)使開(kāi)挖面與周?chē)馏w發(fā)生