一种新型盾构机及其隧道施工方法技术

本发明专利技术公开了一种新型盾构机，其特征在于：包括外侧盾壳(2)，在所述外侧盾壳(2)内沿圆周方向布置若干台小型盾构(1)，在所述小型盾构(1)内缘布置内侧盾壳(3)；所述小型盾构(1)可自转，以开挖小型盾构范围内的开挖区域I；同时所述小型盾构(1)可公转，以开挖所述外侧盾壳(2)、所述内侧盾壳(3)和所述小型盾构(1)所围成的开挖区域II；所述内侧盾壳(3)在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面(7)的后方设置运输装置。本发明专利技术可充分发挥小盾构的掘进速度优势，快速开挖隧道轮廓；中间部分地层已稳定，不需采用原盾构的旋转刀具开挖，在提高隧道掘进效率的同时，可减少能耗。

A New Shield Machine and Its Tunnel Construction Method

The invention discloses a new type of shield machine, which is characterized by: an outer shield shell (2), several small shield machines (1) arranged along the circumferential direction in the outer shield shell (2), an inner shield shell (3) arranged on the inner edge of the small shield machine (1), a small shield machine (1) rotated to excavate the excavation area I within the scope of the small shield machine, and a small shield machine (1) rotated to excavate the said shield machine. The excavation area II enclosed by the outer shield shell (2), the inner shield shell (3) and the small shield machine (1) is provided with a transport device behind the excavation surface (7) of the middle part of the soil body, which is L from the end of the small shield machine. The invention can give full play to the advantages of small shield tunneling speed and quickly excavate the tunnel outline; the middle part of the stratum is stable, and the rotary cutter of the original shield is not needed to excavate, so as to improve the tunneling efficiency and reduce energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种新型盾构机及其隧道施工方法
本专利技术属于隧道施工领域，具体涉及一种新型盾构机及其隧道施工方法。
技术介绍
现有盾构机施工原理为通过刀盘连续的旋转、刀盘上的刀具切削前方的地层，开挖出隧道轮廓，从盾体内部外运渣土，并在盾壳后方拼装管片衬砌支撑开挖后的隧道周边地层，最终形成隧道结构。盾构机是现有隧道施工的主要成套设备，已具有较为广泛的应用，但现有盾构机多采用一个覆盖整个隧道断面的刀盘，施工时存在以下问题：1、盾构施工进度相对较慢，满足不了日益提高的施工进度要求。为控制盾构外圈刀的线速度，盾构直径越大其转速越慢，对应其施工进度越低。直径6米的盾构施工进度一般在250m～300m/月，大直径盾构则更低。提高盾构的施工进度是后续隧道创新的方向；2、隧道全断面开挖，盾构机需全部开挖出掌子面，消耗较多的能量去开挖地层；3、盾构整个刀盘绕中心旋转开挖，刀具在掌子面各地层无差别的走行，导致在不同的地层之间存在不同的受力状态、不同的磨损程度。盾构在软硬不均地层掘进效率低、刀具磨损大是一直困恼盾构施工的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术方案的问题，现在需要解决的关键技术包括：1、受现有机械设备性能限制，盾构施工速度受到限制，尤其是大盾构施工速度难以进一步提高。2、盾构机在全断面开挖时消耗较多的能量去开挖地层，容易加剧刀具的磨损，导致掘进效率低下。针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本专利技术提供了一种新型盾构机及其隧道施工方法，可充分发挥小盾构的掘进速度优势，快速开挖隧道轮廓；中间部分地层已稳定，不需采用原盾构的旋转刀具开挖，在提高隧道掘进效率的同时，可减少能耗；将整个隧道开挖断面分成若干部分进行开挖，每个小盾构开挖的地层范围较原盾构的小，可大幅减小地层软弱不均开挖面对掘进的影响。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种新型盾构机，包括外侧盾壳，在所述外侧盾壳内沿圆周方向布置若干台小型盾构，在所述小型盾构内缘布置内侧盾壳；所述小型盾构可自转，以开挖小型盾构范围内的开挖区域I；同时所述小型盾构可公转，以开挖所述外侧盾壳、所述内侧盾壳和所述小型盾构所围成的开挖区域II；所述内侧盾壳在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面的后方设置运输装置。优选地，所述运输装置包括皮带机、运输车，用于不透水软土的运输。优选地，所述运输装置包括一筒体，用于透水或高水压土体的运输，与所述内侧盾壳直径相同，在所述中间部分土体出土面处与所述内侧盾壳对接，在所述筒体与所述内侧盾壳之间设置可封闭的闸门。优选地，所述内侧盾壳在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面的后方还设置破碎机，用于破碎基岩；所述运输装置用于岩块的运输。为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，还提供如前所述的新型盾构机的隧道施工方法，包括如下步骤：S1：开挖区域划分；将隧道开挖轮廓范围划分为三个部分，即，所述小型盾构范围内为开挖区域I，所述外侧盾壳、所述内侧盾壳和所述小型盾构所围成区域为开挖区域II，所述内侧盾壳范围内为开挖区域III；S2：利用如权利要求-任一项所述的新型盾构机进行土层开挖；开挖区域I利用所述小型盾构的自转进行开挖；所述开挖区域Ⅱ利用所述外侧盾壳、所述内侧盾壳和所述小型盾构的组合结构进行开挖，即所述小型盾构在自转的同时进行公转，切削所述开挖区域II；所述小型盾构开挖预定距离L后，在所述内侧盾壳内的形成中间部分土体，该中间部分土体的后端形成中间土体出土面；S3：根据地层条件的不同，所述开挖区域III采用不同的工法形式进行开挖。优选地，所述步骤S2中，每开挖一个循环，所述小型盾构的公转旋转角度α应大于等于两个相邻所述小型盾构之间的夹角。优选地，所述步骤S3中，对于不透水的软土地层：通过设置小型盾构长度L，保证盾构前方掌子面稳定后，直接在所述中间部分土体出土面处接包括皮带机、运输车的运输设备，将不透水软土快速地运输出隧道。优选地，所述步骤S3中，对于透水、高水压地层：在所述中间部分土体出土面处与所述内侧盾壳对接相同直径的筒体，在所述筒体与所述内侧盾壳之间设置可封闭的闸门，闸门打开时，碴土直接出至所述筒体内；闸门关闭后，将所述筒体内渣土排出。优选地，所述步骤S3中，对于基岩地层：直接在中间部分土地出土面处接破碎机，将岩体破碎至满足运输要求的岩块，再通过所述运输装置将岩块运出。优选地，还包括步骤S4：在隧道掘进后在所述外侧盾壳的保护下施工后续拼装管片衬砌，形成隧道结构。上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1、可充分发挥小盾构的掘进速度优势，快速开挖隧道轮廓。现小盾构不考虑拼接管片，同样的刀盘刀具标准下，本专利技术可大幅提高盾构掘进进度。2、小盾构距离中间出土面一定距离时，中间部分地层已稳定，不需采用原盾构的旋转刀具开挖，在提高隧道掘进效率的同时，可减少能耗。3、将整个隧道开挖断面分成若干部分进行开挖，每个小盾构开挖的地层范围较原盾构的小，可大幅减小地层软弱不均开挖面对掘进的影响。附图说明图1是本专利技术的示意图1；图2是本专利技术的示意图2；图3是本专利技术的示意图3。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本专利技术进一步详细说明。如图1-3所示，本专利技术的新型盾构机，包括隧道开挖轮廓附近设置的外侧盾壳2，在所述外侧盾壳2内沿圆周方向布置若干台小型盾构1，在所述小型盾构1内缘布置内侧盾壳3。所述小型盾构1可自转，以开挖小型盾构范围内的开挖区域I；同时所述小型盾构1可公转，以开挖所述外侧盾壳2、所述内侧盾壳3和所述小型盾构1所围成的开挖区域II(图2中的两个大致三角区域)。所述内侧盾壳3在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面7的后方设置运输装置，根据不同的地层条件，设置不同的运输装置和/或按需增加破碎装置。优选地，所述小型盾构1在每个开挖循环中的公转旋转角度α大于等于两个相邻所述小型盾构1之间的夹角。优选地，所述运输装置包括皮带机、运输车，用于不透水软土的运输。优选地，所述运输装置包括一筒体，用于透水或高水压土体的运输，与所述内侧盾壳3直径相同，在所述中间部分土体出土面7处与所述内侧盾壳3对接，在所述筒体与所述内侧盾壳3之间设置可封闭的闸门。优选地，所述内侧盾壳3在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面7的后方还设置破碎机，用于破碎基岩；所述运输装置用于岩块的运输。本专利技术的新型盾构机的隧道施工方法，包括如下步骤：S1：开挖区域划分。将隧道开挖轮廓范围划分为三个部分，即，所述小型盾构范围内为开挖区域I，所述外侧盾壳2、所述内侧盾壳3和所述小型盾构1所围成区域为开挖区域II，所述内侧盾壳3范围内为开挖区域III。S2：利用如权利要求1-4任一项所述的新型盾构机进行土层开挖。开挖区域I利用所述小型盾构1的自转进行开挖。所述开挖区域Ⅱ利用所述外侧盾壳2、所述内侧盾壳3和所述小型盾构1的组合结构进行开挖，即所述小型盾构1在自转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型盾构机，其特征在于：包括外侧盾壳(2)，在所述外侧盾壳(2)内沿圆周方向布置若干台小型盾构(1)，在所述小型盾构(1)内缘布置内侧盾壳(3)；所述小型盾构(1)可自转，以开挖小型盾构范围内的开挖区域I；同时所述小型盾构(1)可公转，以开挖所述外侧盾壳(2)、所述内侧盾壳(3)和所述小型盾构(1)所围成的开挖区域II；所述内侧盾壳(3)在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面(7)的后方设置运输装置。

【技术特征摘要】
1.一种新型盾构机，其特征在于：包括外侧盾壳(2)，在所述外侧盾壳(2)内沿圆周方向布置若干台小型盾构(1)，在所述小型盾构(1)内缘布置内侧盾壳(3)；所述小型盾构(1)可自转，以开挖小型盾构范围内的开挖区域I；同时所述小型盾构(1)可公转，以开挖所述外侧盾壳(2)、所述内侧盾壳(3)和所述小型盾构(1)所围成的开挖区域II；所述内侧盾壳(3)在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面(7)的后方设置运输装置。2.如权利要求1所述的新型盾构机，其特征在于：所述运输装置包括皮带机、运输车，用于不透水软土的运输。3.如权利要求1所述的新型盾构机，其特征在于：所述运输装置包括一筒体，用于透水或高水压土体的运输，与所述内侧盾壳(3)直径相同，在所述中间部分土体出土面(7)处与所述内侧盾壳(3)对接，在所述筒体与所述内侧盾壳(3)之间设置可封闭的闸门。4.如权利要求1所述的新型盾构机，其特征在于：所述内侧盾壳(3)在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面(7)的后方还设置破碎机，用于破碎基岩；所述运输装置用于岩块的运输。5.如权利要求1-4任一项所述的新型盾构机的隧道施工方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：开挖区域划分；将隧道开挖轮廓范围划分为三个部分，即，所述小型盾构范围内为开挖区域I，所述外侧盾壳(2)、所述内侧盾壳(3)和所述小型盾构(1)所围成区域为开挖区域II，所述内侧盾壳(3)范围内为开挖区域III；S2：利用如权利要求1-4任一项所述的新型盾构机进行土层开挖；开挖区域I利用所述小型盾构(1)的自转进行开挖；所述开挖区域Ⅱ利用所述外侧盾壳(2)、所述内侧盾壳(...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓朝辉，肖明清，王均勇，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42