CN106437735B - 隧道联络通道用盾构机及其联络通道掘进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道施工设备技术领域。一种隧道联络通道用盾构机及其联络通道掘进方法,包括分别设置在两主隧道内物料运输轨道上的始发端支撑行走平台和接收端支撑行走平台、盾构机主机、分别设置在始发端支撑行走平台和对应的主隧道管片上的反力支撑架和主隧道支护组件、以及分别设置在联络通道的始发端和接收端的始发端端头密封组件和接收端端头密封组件,所述的始发端支撑行走平台上设置有管片吊装组件,反力支撑架与盾构机主机之间设置有顶推掘进组件。本发明能够实现自动化机械化挖掘,大大降低了劳动强度,减少能源消耗,节约成本,同时其设备施工稳定,效率高,有效控制地面沉降,降低施工风险。

Description

隧道联络通道用盾构机及其联络通道掘进方法
技术领域
[0001]本发明属于隧道施工设备技术领域,具体涉及一种隧道联络通道用盾构机及其联 络通道掘进方法。
背景技术
[0002] —般情况下地铁隧道或铁路隧道为双线隧道,且两隧道间距离比较短,隧道间每 隔一定距离需设计联络通道以满足后期服务、避险等多项需求。传统的联络通道施工采用 对地层加固、止水,人工开挖的方式进行。存在沉降控制复杂,安全风险高,施工效率低,成 本高等特点,迫切需要寻找一种安全、可靠、经济的机械化、智能化设备以完成联络通道的 施工。
[0003]盾构机是一种采用盾构法的集机械、电子、液压、激光和控制等技术于一体的高度 机械化和自动化的开挖衬砌成套设备。盾构技术不用大量拆迀,不用开挖地面,地面上无噪 音、无尘土、不扰民,而且全部采用自动化控制,工程进度较快,因此,是一种即可减少工程 污染,又可大幅度节约工程投资的施工技术。
[0004]盾构机本身为集机、电、液成套化复杂设备,始发时需要设计适合的始发台、反力 架,并做好端面的加固、反力支撑的固定等。需要特定始发竖井,空间场地要求高。如何将盾 构机系统简化,制作特殊的始发平台,反力架。实现其能够在隧道外组装,隧道内始发掘进 尚属空白。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对上述存在的问题和不足,提供一种结构设计合理、紧凑,设备 施工稳定,效率高,有效控制地面沉降,降低施工风险的隧道联络通道用盾构机及其联络通 道掘进方法。
[0006] 为达到上述目的所采取的技术方案是:
[0007] —种隧道联络通道用盾构机,包括分别设置在两主隧道内物料运输轨道上的始发 端支撑行走平台和接收端支撑行走平台、盾构机主机、分别设置在始发端支撑行走平台和 对应的主隧道管片上的反力支撑架和主隧道支护组件、以及分别设置在联络通道的始发端 和接收端的始发端端头密封组件和接收端端头密封组件,所述的始发端支撑行走平台上设 置有管片吊装组件,反力支撑架与盾构机主机之间设置有顶推掘进组件。
[0008]所述的始发端端头密封组件和接收端端头密封组件均包括固定在联络通道端部 的主隧道管片上的密封套筒、设置在密封套筒内壁上的两道环形的密封刷、和开设在两道 密封刷之间的密封套筒筒壁上的油脂注入孔,所述的接收端端头密封组件还包括有接收端 封盖和连通设置在密封套筒上的加压保持系统,密封套管内端部与主隧道管片之间设置有 端头连接板和密封圈。
[0009]所述的盾构机主机包括盾体、盾体前隔板、设置在盾体内的主驱动系统和驱动马 达、设置盾体前端并与主驱动系统的连接的刀盘、以及设置在盾体内的排渣螺旋输送机,在 盾体后%部与联络通道支撑管片匹配对接,所述的顶推掘进组件通过顶推盾体后端对接的 联络通道支撑管片,完成开挖掘进作业;所述的刀盘为辐条式结构,刀盘前部的刀梁上布置 有相应的开挖刀具。
[0010]所述的顶推掘进组件为布设在反力支撑架上的多组顶推油缸。
[0011所述的主隧道支护组件包括主隧道管片、格栅状交错布设并与反力支撑架平行设 置的5力格栅架、设置在受力格栅架与主隧道管片之间的环形加强筋梁,所述的反力支撑 架与受力格栅架匹配贴合支撑,且在与反力支撑架对应的受力格栅架上设置有均力承载面 板,环形加强筋梁与主隧道管片匹配连接,配合受力隔栅架,提供设备顶推反力支持。
[0012]所述的始发端支撑行走平台和接收端支撑行走平台上均设置有限位支撑盾构机 主机的对接支撑架,所述的管片吊装组件包括吊装架、设置在始发端支撑行走平台上的管 片运输轨道、匹配设置在管片运输轨道上的管片运输设备、和设置在反力支撑架顶部的管 片起吊设备,始发端支撑行走平台上的管片运输轨道设置有与地面对接的轨道道岔。
[0013]所述的始发端支撑行走平台和接收端支撑行走平台均为多节首尾相连的平台单 元对接而成,各个平台单元的底部设置有行走机构,实现设备在隧道内快速移动,以满足不 同位置联络通道施工的需求。在始发端支撑行走平台和接收端支撑行走平台底部两侧均设 置有稳定撑靴;在始发端支撑行走平台上还设置有液压系统、电气系统、控制系统、渣土改 良系统和排渣系统。
[0014] 一种利用上述任一所述的盾构机的联络通道掘进方法,对于相邻两主隧道之间挖 掘联络通道,其具体包括以下步骤:
[0015] ①始发端和接收端稳固处理:对联络通道的始发端和接收端处及其周边的主隧道 壁体和管片进行加固处理,满足盾构机的开挖通过的需求;在与联络通道的始发端对应的 主隧道的后侧壁上设置主隧道支护组件,满足盾构机掘进过程中的设备顶推需求;
[0016] ②整体设备的固定和支撑:将盾构机及其附属设备安装放置在始发端支撑行走平 台上,并将始发端支撑行走平台通过牵引车牵引至开挖联络通道位置,完成整体设备的支 撑和固定,待设备即将贯通时,将接收端支撑行走平台通过牵引车牵引至联络通道对应的 接收位置,完成固定;
[0017] ③始发端端头密封的安装和掘进:首先安装始发端端头密封组件,通过联络通道 处端头连接板及密封圈实现对接,并使盾构机的盾体与端头密封组件的密封套筒完成对 接,通过油脂注入孔向盾体与密封套筒之间注入密封油脂,完成始发端的密封和保压;盾构 机及其附属设备接通电源,联调掘进,由反力支撑架上的顶推掘进组件控制盾构机的掘进 行程和掘进姿态;完成一个行程的掘进后,通过管片吊装组件在盾构机的盾体后部拼装联 络通道支撑管片,由顶推掘进组件顶推联络通道支撑管片继续掘进,重复上述行程掘进,直 至待到达联络通道的接收端;
[0018] ④接收端端头密封:将接收端端头密封组件固定安装在联络通道的接收端的主隧 道管片上,由加压保持系统向接收端端头密封组件的密封套筒内填充满渣土,满足盾构机 的刀盘贯穿联络通道的接收端后地层和管片的稳定;待接收端端头密封加压保持完成后, 盾构机及其附属设备继续掘进,直至掘进贯穿联络通道的接收端并支护完成;
[0019] ⑤拆除接收端端头密封组件,由接收端支撑行走平台装载盾构机主机,并由牵引 车牵引出隧道,对始发端支撑行走平台、附属设备及隧道支护组件完成拆卸,并由牵引车牵 引出隧道,完成一个联络通道的掘进。
[0020]采用上述技术方案,所取得的有益效果是:
[0021]本发明结构设计紧凑合理,通过反力支撑架和主隧道支护组件的结构设计,为盾 构机的掘进提供了稳定的顶推反力支撑,在盾构机的掘进过程中,能够将施加在反力支撑 架上的作用力分散到整个主隧道管片上,从而保障盾构机主机开挖掘进时能够提供足够的 反力支撑。
[0022]本发明的联络通道的始发端和接收端设置端头密封组件,通过盾体的前隔板与端 头密封组件,实现主隧道与地层的隔离,保障了顶推的安全,并且能够有效的抵抗地层压 力,保障刀盘开挖位置与地层压力一致,防止开挖坍塌或涌水至主隧道。
[0023]本发明的始发端支撑行走平台和接收端支撑行走平台通过牵引在主隧道内灵活 周转,大大提高了联络通道的盾构机的灵活性,能够适应有限的工作空间,实现在有限的工 作空间内的掘进和管片支护;采用在掘进过程中,单个掘进行程为管片的宽度,完成一个行 程后顶推油缸收回,从而留出空间进行联络通道的管片拼装,从而能够实现多工步连续掘 进,在始发端和接收端的掘进过程中,能够有效的利用有限的空间,从而实现掘进稳定有序 的开挖。
[0024]本发明能够实现自动化机械化挖掘,大大降低了劳动强度,减少能源消耗,节约成 本,同时其设备施工稳定,效率高,有效控制地面沉降,降低施工风险,本申请所采用的盾构 机主机的行走支撑平台为便捷移动的形式,附属设计的主隧道管片支撑系统拆装方便,可 实现多个联络通道的快速、循环开挖,本发明整体结构设计合理,很好的填补了隧道间联络 通道采用盾构机完成掘进开挖的空白,具有效率高,风险小,经济环保等特点。
附图说明
[0025]图1为本发明的整体结构示意图。
[0026]图2为本发明联络通道始发端的主隧道布设结构示意图之一。
[0027]图3为本发明联络通道始发端的主隧道布设结构示意图之二。
[0028]图4为盾构机主机的结构示意图。
[0029]图5为图4的左视结构示意图。
[0030]图6为主隧道支护组件的结构示意图。
[0031]图7为图6的左视结构示意图。
[0032]图8为始发端端头密封组件和接收端端头密封组件的结构示意图。
[0033]图9为反力支撑架和管片吊装组件的结构示意图。
[0034] 图10为图9中A-A向的结构不意图。
[0035] 图11为图9中B-B向的结构示意图。
[0036]图中序号:1为始发端支撑行走平台、2为接收端支撑行走平台、3为盾构机主机、31 为盾体、32为盾体前隔板、33为主驱动系统、34为驱动马达、35为刀盘、36为排渣螺旋输送 机、37为开挖刀具、4为反力支撑架、5为主隧道支护组件、51为主隧道管片、52为受力格栅 架、53为加强筋梁、54为均力承载面板、6为始发端端头密封组件、7为接收端端头密封组件、 8为管片吊装组件、81为管片输送轨道、82为管片运输设备、83为管片起吊设备、84为轨道道 岔、85为吊装架、9为顶推油缸、10为联络通道、11为密封套筒、12为密封刷、13为油脂注入 孔、14为接收端封盖、15为加压保持系统、16为端头连接板、17为密封圈、18为联络通道支撑 管片、19为对接支撑架、20为稳定撑靴、21为液压系统、22为电气系统、23为控制系统、24为 渣土改良系统、25为排渣系统、26为主隧道。
具体实施方式
[0037]以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
[0038]实施例一:参见图1-图11,本发明一种隧道联络通道用盾构机,包括分别设置在两 主隧道26内物料运输轨道上的始发端支撑行走平台1和接收端支撑行走平台2、盾构机主机 3、分别设置在始发端支撑行走平台1和对应的主隧道管片上的反力支撑架4和主隧道支护 组件5、以及分别设置在联络通道10的始发端和接收端的始发端端头密封组件6和接收端端 头密封组件7,所述的始发端支撑行走平台1上设置有管片吊装组件8,反力支撑架与盾构机 主机之间设置有顶推掘进组件,所述的顶推掘进组件为布设在反力支撑架上的多组顶推油 缸9。
[0039]其中,始发端支撑行走平台1和接收端支撑行走平台2均为多节首尾相连的平台单 元对接而成,在始发端支撑行走平台1和接收端支撑行走平台2底部两侧均设置有稳定撑靴 20;在始发端支撑行走平台2上还设置有液压系统21、电气系统22、控制系统23、渣土改良系 统24和排渣系统25,始发端支撑行走平台1和接收端支撑行走平台2均可沿主隧道的物料运 输轨道曲线灵活行走。
[0040] 联络通道两端的始发端端头密封组件6和接收端端头密封组件7均包括固定在联 络通道10端部的主隧道管片上的密封套筒11、设置在密封套筒11内壁上的两道环形的密封 刷12、和开设在两道密封刷12之间的密封套筒11筒壁上的油脂注入孔13,所述的接收端端 头密封组件还包括有接收端封盖14和连通设置在密封套筒11上的加压保持系统15,密封套 管11内端部与主隧道管片51之间设置有端头连接板16和密封圈17。设置的始发端端头密封 组件,能够在盾构机开始进入地层及掘出地层时保持刀盘开挖位置与地层压力保持一致, 以防止开挖面坍塌、涌水至主隧道。始发端端头密封组件与主隧道的管片连接,密封套筒靠 近后部的位置布置两道密封刷,两道密封刷之间沿轴向布置油脂注入孔。盾构机主机推进, 密封刷包裹住盾体后,向密封刷间注入油脂,满足端头密封需求。设置的接收端端头密封组 件类似始发端端头密封,但其后部为封闭形式,盾构机主机驶出前,在接收端端头密封内注 入一定量渣土,满足盾构机主机掘出后,其前部压力与地层压力保持一致,以保持地层的稳 定。
[0041] 本实施例中的盾构机主机3包括盾体31、盾体前隔板32、设置在盾体31内的主驱动 系统33和驱动马达34、设置盾体前端并与主驱动系统的连接的刀盘35、以及设置在盾体内 的排渣螺旋输送机36,在盾体31后端部与联络通道支撑管片18匹配对接,所述的顶推掘进 组件通过顶推盾体后端对接的联络通道支撑管片,完成开挖掘进作业,本实施例中顶推掘 进组件为布设在反力支撑架上的多组顶推油缸9;本申请中的刀盘35为辐条式结构,刀盘35 前部的刀梁上布置有相应的开挖刀具37。通过驱动马达直接驱动刀盘掘进,无需使用减速 机,一定程度上减少了主机的长度,为主險道内横向布置盾构机提供条件;通过设置具有独 立的排渣系统,在盾体隔板底部布置螺旋输送机,通过电机驱动螺旋叶片完成渣土的排渣。 螺旋输送机长度设计短小,以满足隧道内布置盾构机主机的需求,在螺机出渣端端部连接 管路,将排出的渣土引导至盾构机主机侧部,通过排渣泵将渣土泵送至渣车内。控制螺旋输 送机的转速及排渣泵的流量以实现土舱压力的控制。
[0042]对于主隧道支护组件5,其包括主隧道管片51、格栅状交错布设并与反力支撑架4 平行设置的受力格栅架52、和设置在受力格栅架52与主隧道管片51之间的环形加强筋梁 53,反力支撑架4与受力格栅架52匹配贴合支撑,且在与反力支撑架4对应的受力格栅架52 上设置有均力承载面板54,本实施例中的主隧道支护组件在对主隧道开挖联络通道处管片 进行加强支护,结合管片后部地层加固,满足盾构机主机开挖时反力的需求。该支护组件在 管片内环形成分散支撑,这样将盾构机主机施加在管片后部的应力分散到多个管片环上, 从而保证盾构机主机开挖掘进时提供足够的反力支持。
[0043]所述的始发端支撑行走平台1和接收端支撑行走平台2上均设置有限位支撑盾构 机主机的对接支撑架19,用来支撑限位盾构机主机,所述的管片吊装组件8包括吊装架85、 设置在始发端支撑行走平台上的管片运输轨道81、匹配设置在管片运输轨道81上的管片运 输设备82、和设置在反力支撑架顶部和吊装架上的管片起吊设备83,始发端支撑行走平台1 上的管片运输轨道设置有与地面对接的轨道道岔84,在盾构机主机掘进完成一个行程后, 顶推油缸收回,通过管片吊装组件,进行联络通道支撑管片的吊装和拼接,从而由顶推掘进 组件进行下一行程的掘进。
[0044]实施例二:参见图1-图11一种利用上述实施例所述的盾构机的联络通道掘进方 法,对于相邻两主隧道之间挖掘联络通道,其具体包括以下步骤:
[0045]①始发端和接收端稳固处理:对联络通道的始发端和接收端处及其周边的主隧道 壁体和管片进行加固处理,满足盾构机的开挖通过的需求;在与联络通道的始发端对应的 主隧道的后侧壁上设置主隧道支护组件,满足盾构机掘进过程中的设备顶推需求;
[0046]②整体设备的固定和支撑:将盾构机及其附属设备安装放置在始发端支撑行走平 台上,并将始发端支撑行走平台通过牵引车牵引至开挖联络通道位置,完成整体设备的支 撑和固定,待设备即将贯通时,将接收端支撑行走平台通过牵引车牵引至联络通道对应的 接收位置,完成固定;
[0047] ③始发端端头密封的安装和掘进:首先安装始发端端头密封组件,通过联络通道 处端头连接板及密封圈实现对接,并使盾构机的盾体与端头密封组件的密封套筒完成对 接,通过油脂注入孔向盾体与密封套筒之间注入密封油脂,完成始发端的密封和保压;盾构 机及其附属设备接通电源,联调掘进,由反力支撑架上的顶推掘进组件控制盾构机的掘进 行程和掘进姿态;完成一个行程的掘进后,通过管片吊装组件在盾构机的盾体后部拼装联 络通道支撑管片,由顶推掘进组件顶推联络通道支撑管片继续掘进,重复上述行程掘进,直 至待到达联络通道的接收端;
[0048] ④接收端端头密封:将接收端端头密封组件固定安装在联络通道的接收端的主隧 道管片上,由加压保持系统向接收端端头密封组件的密封套筒内填充满渣土,满足盾构机 的刀盘贯穿联络通道的接收端后底层的稳定;待接收端端头密封加压保持完成后,盾构机 及其附属设备继续掘进,直至掘进贯穿联络通道的接收端并支护完成;
[0049] ⑤拆除接收端端头密封组件,由接收端支撑行走平台装载盾构机主机,并由牵引 车牵引出隧道,对始发端支撑行走平台、附属设备及隧道支护组件完成拆卸,并由牵引车牵 引出隧道,完成一个联络通道的掘进。
[0050] 在本申请中,附属设备便于拆装和运输周转,如果在两主隧道之间需要挖掘多个 联络通道,在完成一个联络通道的掘进后,可实现多个联络通道的快速、循环开挖。
[0051] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明 的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和 改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。

Claims (8)

1. 一种隧道联络通道用盾构机,其特征在于:包括两主隧道,两主隧道内均设置有物料 输送轨道,其中一主隧道的物料输送轨道上设置有始发端支撑行走平台,另一主隧道的物 料输送轨道上设置有接收端支撑行走平台,所述始发端支撑行走平台上还设置有盾构机主 机和反力支撑架,始发端对应的主隧道管片上设置有主隧道支护组件;还包括分别设置在 联络通道的始发端和接收端的始发端端头密封组件和接收端端头密封组件,所述的始发端 支撑行走平台上设置有管片吊装组件,反力支撑架与盾构机主机之间设置有顶推掘进组 件。
2. 根据权利要求1所述的隧道联络通道用盾构机,其特征在于:所述的始发端端头密封 组件和接收端端头密封组件均包括固定在联络通道端部的主隧道管片上的密封套筒、设置 在密封套筒内壁上的两道环形的密封刷、和开设在两道密封刷之间的密封套筒筒壁上的油 脂注入孔,所述的接收端端头密封组件还包括有接收端封盖和连通设置在密封套筒上的加 压保持系统,密封套管内端部与主隧道管片之间设置有端头连接板和密封圈。
3. 根据权利要求1所述的隧道联络通道用盾构机,其特征在于:所述的盾构机主机包括 盾体、盾体前隔板、设置在盾体内的主驱动系统和驱动马达、设置在盾体前端并与主驱动系 统的连接的刀盘、以及设置在盾体内的排渣螺旋输送机,在盾体后端部与联络通道支撑管 片匹配对接,所述的顶推掘进组件通过顶推盾体后端对接的联络通道支撑管片,完成开挖 掘进作业;所述的刀盘为辐条式结构,刀盘前部的刀梁上布置有相应的开挖刀具。
4. 根据权利要求1所述的隧道联络通道用盾构机,其特征在于:所述的顶推掘进组件为 布设在反力支撑架上的多组顶推油缸。
5. 根据权利要求1所述的隧道联络通道用盾构机,其特征在于:所述的主隧道支护组件 包括主隧道管片、格栅状交错布设并与反力支撑架平行设置的受力格栅架、和设置在受力 格栅架与主隧道管片之间的加强筋梁,所述的反力支撑架与受力格栅架匹配贴合支撑,且 在与反力支撑架对应的受力格栅架上设置有均力承载面板。
6. 根据权利要求1所述的隧道联络通道用盾构机,其特征在于:所述的始发端支撑行走 平台和接收端支撑行走平台上均设置有限位支撑盾构机主机的对接支撑架,所述的管片吊 装组件包括吊装架、设置在始发端支撑行走平台上的管片运输轨道、匹配设置在管片运输 轨道上的管片运输设备、以及设置在反力支撑架顶部和吊装架上的管片起吊设备,始发端 支撑行走平台上的管片运输轨道设置有与地面对接的轨道道岔。
7. 根据权利要求1所述的隧道联络通道用盾构机,其特征在于:所述的始发端支撑行走 平台和接收端支撑行走平台均为多节首尾相连的平台单元对接而成,在各节平台单元底部 设置有行走机构,在始发端支撑行走平台和接收端支撑行走平台底部两侧均设置有稳定撑 靴;在始发端支撑行走平台上还设置有液压系统、电气系统、控制系统、渣土改良系统和排 渣系统。
8. —种利用权利要求1-7任一所述的盾构机的联络通道掘进方法,其特征在于:对于相 邻两主隧道之间挖掘联络通道,其具体包括以下步骤: ① 始发端和接收端稳固处理:对联络通道的始发端和接收端处及其周边的主隧道壁体 和管片进行加固处理,满足盾构机的开挖通过的需求;在与联络通道的始发端对应的主隧 道的后侧壁上设置主隧道支护组件,满足盾构机掘进过程中的设备顶推需求; ② 整体设备的固定和支撑:将盾构机及其附属设备安装放置在始发端支撑行走平台 上,并将始发端支撑行走平台通过牵引车牵引至开挖联络通道位置,完成整体设备的支撑 和固定,待盾构机掘进联络通道即将贯通时,再将接收端支撑行走平台通过牵引车牵引至 联络通道对应的接收位置,完成固定; ③ 始发端端头密封的安装和掘进:首先安装始发端端头密封组件,通过联络通道处端 头连接板及密封圈实现对接,并使盾构机的盾体与端头密封组件的密封套筒完成对接,通 过油脂注入孔向盾体与密封套筒之间注入密封油脂,完成始发端的密封和保压;盾构机及 其附属设备接通电源,联调掘进,由反力支撑架上的顶推掘进组件控制盾构机的掘进行程 和掘进姿态;完成一个行程的掘进后,顶推掘进组件的顶推油缸收回,通过管片吊装组件在 盾构机的盾体后部连续拼装联络通道支撑管片,由顶推掘进组件顶推联络通道支撑管片继 续掘进,重复上述行程掘进,直至待到达联络通道的接收端; ④ 接收端端头密封:将接收端端头密封组件固定安装在联络通道的接收端的主隧道管 片上,由加压保持系统向接收端端头密封组件的密封套筒内填充满渣土,满足盾构机的刀 盘贯穿联络通道的接收端后地层及管片的稳定;待接收端端头密封加压保持完成后,盾构 机及其附属设备继续掘进,直至掘进贯穿联络通道的接收端并支护完成; ⑤ 拆除接收端端头密封组件,由接收端支撑行走平台装载盾构机主机,并由牵引车牵 引出隧道,对始发端支撑行走平台、附属设备及隧道支护组件完成拆卸,并由牵引车牵引出 隧道,完成一个联络通道的掘进。
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