一種掘進面超前保護式盾構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道及地下建筑工程開挖機械裝置，具體涉及一種掘進面超前保護式盾構。應用于近距離穿越地下既有建(構)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】
[0002]隨著城市地下空間的不斷開發(fā)，一方面，地下既有建(構)筑物越來越密集，盾構近距離穿越既有建(構)筑物變得更為頻繁；另一方面，地下空間也變得更加寶貴，但盾構在淺覆土中施工困難，使得接近地面的地下空間造成浪費。
[0003]盾構法施工會對隧道周圍土體產(chǎn)生施工擾動，受其影響，隧道附近地區(qū)的基礎建(構)筑物將產(chǎn)生變形、沉降和位移，控制不當可能會使建(構)筑物性能產(chǎn)生影響甚至發(fā)生破壞性施工事故。此外，開挖面對地層的擾動將引起土體顆粒再固結，是造成地面后期沉降的一個主要因素，在淺覆土施工時，盾構在掘進過程中正面土體難以形成土拱效應，易產(chǎn)生盾構切口上部及兩側土體的坍塌。
[0004]對于現(xiàn)階段盾構的近接和淺覆土施工，主要是以工程經(jīng)驗為主要依據(jù)，結合有限元模擬分析以及室內(nèi)模型試驗，預測施工過程中的關鍵風險因素，進而確定施工參數(shù)，起到對實際施工的輔助性指導作用。但在上述輔助施工措施中，數(shù)值方法并不能真實模擬復雜的工程情況，參數(shù)及邊界條件的選取對模擬結果也有較大影響，預測結果并不可靠。另外，室內(nèi)模型試驗因相似材料的選取、試驗操作誤差的影響，也不能完全真實反應實際施工過程。由此可見，現(xiàn)有的盾構近接和淺覆土施工方法，都不能真正意義上適應復雜多變的施工環(huán)境，不能確保施工安全，從而嚴重影響施工的順利進行。
[0005]在現(xiàn)有的同類型盾構設備中，發(fā)明專利一種土壓平衡式環(huán)形盾構機(201010130542.2)主要研發(fā)了處于不同地層條件下的對已有隧道進行改造的新型盾構，雖然可以保證開挖的安全，但其不能在開挖新建隧道施工時對周圍土體進行超前支護。發(fā)明專利盾構機(201010145279.4)主要研發(fā)了可調(diào)節(jié)角度的切削刀，該盾構機實現(xiàn)了帶有彎度管道的鋪設功能，但該盾構機對地層的施工擾動破壞較大，不能保證在超近距離穿越施工條件下的安全掘進。實用新型專利大粒徑砂卵石地層用土壓平衡盾構(201220062771.X)主要對現(xiàn)有盾構機進行了局部改進，縮短了施工周期，穩(wěn)定了掘進參數(shù)，但其主要改進僅是針對無水大粒徑砂卵石地層，對軟粘土地區(qū)的隧道施工具有局限性，不具推廣價值。發(fā)明專利盾構挖掘裝置及盾構機(201310697532.0)通過對挖掘裝置的改進，減小了盾構機的挖掘裝置的體積，采用回轉支承的形式可以承受較大的挖掘力。但這部分改進并沒有考慮近距離施工產(chǎn)生的地層擾動，未能真正實現(xiàn)減小施工擾動進而實現(xiàn)近距離施工的技術要求。發(fā)明專利敞口式盾構機(201410174390.4)通過設置支護網(wǎng)格能夠有效保持開挖面的穩(wěn)定，減小了塌方風險。但該發(fā)明專利中的支護網(wǎng)格將開挖面分區(qū)處理，切削后的土體可自由滑落，上方土體不可避免會出現(xiàn)坍塌空隙，這會對近距離施工造成極大危險。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有的同類盾構機裝置均存在諸多技術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)有技術的不足，并提供一種掘進面超前保護式盾構，該盾構主要針對普通盾構施工時，掘進面對周圍土體的影響范圍大，臨近土體受施工控制影響的敏感度高，對盾構刀盤進行改進，從而使得開挖面對周圍土體的擾動大大減少。該盾構能確保更近距離安全地穿越地下既有建(構)筑物，可實現(xiàn)盾構在淺覆土甚至超淺覆土中安全掘進，對于提高地下空間利用率和施工安全有著重要的意義。
[0008]為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術方案:
一種掘進面超前保護式盾構，包括內(nèi)刀盤、環(huán)形刀盤、滑動伸縮調(diào)節(jié)裝置、環(huán)形刀盤驅動軸、內(nèi)刀盤驅動器、環(huán)形刀盤驅動器、隔板、螺旋出土機、電動機、渣土傳送機和盾構千斤頂；所述盾構內(nèi)刀盤與隔板后方的內(nèi)刀盤驅動器連接，調(diào)節(jié)內(nèi)刀盤驅動器以調(diào)整內(nèi)刀盤切削參數(shù)；所述內(nèi)刀盤外圍安裝有伸縮式環(huán)形刀盤，內(nèi)刀盤和環(huán)形刀盤之間設有滑動伸縮調(diào)節(jié)裝置，所述環(huán)形刀盤通過環(huán)形刀盤驅動軸與隔板相連，刀盤驅動控制室控制環(huán)形刀盤驅動器驅動隔板以及環(huán)形刀盤驅動軸，帶動環(huán)形刀盤轉動實現(xiàn)切削；所述內(nèi)刀盤和隔板之間為土艙，內(nèi)刀盤后部安裝攪拌棒，所述螺旋出土機與土艙下部相連，切削渣土經(jīng)攪拌棒充分攪拌，通過電動機控制螺旋出土機并經(jīng)渣土傳送機排出艙體；盾殼尾部安裝有呈環(huán)狀布置的盾構千斤頂，內(nèi)置管片經(jīng)盾構千斤頂推脫離盾尾安裝成環(huán)。
[0009]所述環(huán)形刀盤安裝有呈環(huán)狀分布的刀具；內(nèi)刀盤布置有選型比刀具大的刀具。
[0010]所述滑動伸縮調(diào)節(jié)裝置包括滾動滑輪、伸縮控制室和伸縮軸，所述環(huán)形刀盤通過滾動滑輪與內(nèi)刀盤連接，伸縮控制室通過與之相連的伸縮軸控制環(huán)形刀盤伸縮量。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下實質性特點和優(yōu)點:
1.本發(fā)明掘進面超前保護式盾構采用環(huán)形刀盤的設計，可預先切斷土體，使得內(nèi)刀盤掘進面對周圍土層擾動大大減少；
2.可伸縮環(huán)形刀盤的設計可以根據(jù)轉彎半徑以及實際穿越間距動態(tài)調(diào)節(jié)刀盤伸縮量，進而及時調(diào)整保護土的厚度范圍，降低掘進對土層的擾動，進而合理保護周圍建(構)筑物；
3.超前保護式盾構采用兩套驅動系統(tǒng)，對環(huán)形刀盤和內(nèi)刀盤分別驅動，可協(xié)調(diào)內(nèi)刀盤與環(huán)形刀盤的同步切削，進而更加合理地減小施工擾動；
4.本發(fā)明中環(huán)形刀盤與內(nèi)刀盤的結合使用設計，由于環(huán)形刀盤使開挖面與周圍土體發(fā)生隔離，使盾構在緊鄰既有建(構)筑物穿越施工時進一步減小新建隧道與既有隧道的穿越間距，減小施工風險，有效增加開挖面的整體穩(wěn)定性；
5.本發(fā)明盾構內(nèi)刀盤前方、上方土體可允許出現(xiàn)坍塌空隙，螺旋出土機出土過快時，由于環(huán)形刀盤使開挖面與周圍土體發(fā)生