CN106761802B - 一种水下隧道顶管掘进装置及其施工法 - Google Patents
一种水下隧道顶管掘进装置及其施工法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出的是一种水下隧道顶管掘进装置及其施工法,其顶管掘进装置由顶管装置和掘进段组成,顶管装置位于工作井内;掘进段由前段和后舱组成,后舱的下部截面与隧道截面相同,后舱下部尾端与第一管节的前端相连,后舱底面与管节底面齐平,后舱下部两外侧面与管节两外侧面平齐,施工时掘进段的下部位于岩土中,掘进段的上部平面高于水底,在掘进段不但对隧道截面投影面积的岩土进行挖掘,还对位于隧道之上的掘进段上部截面投影面积的岩土进行挖掘。优点:施工操作都在工程船内完成,施工快捷、安全;由于工程船前段在半敞开式的U型舱内挖掘岩土,施工方便,由于U型舱的两侧墙对基坑的支护作用,所以土方开挖量小。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种水下隧道顶管掘进装置及其施工法,属于土木工程基础施工技术领域。
背景技术
现有水底隧道施工有沉管法,沉管法是将若干个预制段分别浮运到海面(河面)现场,并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内,以此方法修建的水下隧道,但基槽施工土方量大,施工周期长。
发明内容
本发明提出的是一种水下隧道顶管掘进装置及其施工法,其目的旨在克服现有技术存在的缺陷,由于顶管掘进装置的前段 在半敞开式的U型舱内挖掘岩土,施工方便,由于U型舱的两侧墙对基坑的支护作用,土方开挖量小。
本发明的技术解决方案:顶管掘进装置由顶管装置和掘进段组成,顶管装置位于工作井内;掘进段由前段和后舱组成,后舱的下部截面与隧道截面相同,后舱下部尾端与第一管节的前端相连,后舱底面与管节底面齐平,后舱下部两外侧面与管节两外侧面平齐,施工时掘进段的下部位于岩土中,掘进段的上部平面高于水面,在掘进段不但对隧道截面投影面积的岩土进行挖掘,还对位于隧道之上的掘进段上部截面投影面积的岩土进行挖掘;掘进段的上部高于水面;所述的后舱是上部开口或有盖的室体,后舱和前段之间设有高于水面的挡水墙,后舱的下部尾端洞口与隧道相通;前段由U型舱和挖掘装置组成,U型舱由两侧墙和底板组成,即U型舱的前部和上部均开口,U型舱的两侧墙和底板的前端均设有链刀运行的轨道,挖掘装置由传动装置和链刀组成,传动装置由驱动装置和链轮组成,链刀由链条和固定于链条上的刀具组成;施工时驱动装置驱动链刀,链刀沿着轨道运行,U型舱前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙和底板前方的岩土;前段由两侧墙和位于两侧墙前端的挖掘装置组成,即前段的前部和上下均开口,两侧墙的前端设有链刀运行的轨道,(两侧墙还设有链刀运行的轨道;)挖掘装置由传动装置和链刀组成,传动装置由驱动装置和链轮组成,链刀由链条和固定于链条上的刀具组成;施工时驱动装置驱动链刀,链刀沿着轨道运行,前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙前方的岩土。
本发明的优点:施工操作都在工程船内完成,施工快捷、安全;由于工程船前段在半敞开式的U型舱内挖掘岩土,施工方便,由于U型舱的两侧墙对基坑的支护作用,所以土方开挖量小。
附图说明
图1是顶管掘进装置的顶管装置1在工作井9内推顶升管节10,掘进段2的掘装置4挖掘岩土的结构示意图,也是由U型舱3-1和挖掘装置4组成的前段3A的结构示意图;
图2是图1的A向视图,也是由驱动装置4-1-1和链轮4-1-2组成的传动装置4-1的结构式示意图,也是前段3内链刀6运行的轨道3-3的结构示意图;
图3是图1的B向视图,也是传动装置4-1和链刀6组成的挖掘装置4的结构示意图;
图4是图2的C-C视图, 也是在U型舱3-1的两侧墙的上方设有的轨道7-1,轨道7-1上有运行的挖掘机7的结构示意图;
图5是链刀6的结构示意图,也是链条6-1和刀具6-2的结构示意图,也是由A十字节6-1-1和B十字节6-1-2组成的链条6-1的十字节的结构示意图;也是链条6-1实现空间弯曲的结构示意图是链刀6的结构示意图,(a)是链条6-1和刀具6-2的结构示意图,也是由A十字节6-1-1和B十字节6-1-2组成的链条6-1的十字节的结构示意图;也是链条6-1实现空间弯曲的结构示意图;(b)是链刀6由柔性带6-1B和刀具6-2B组成的结构示意图;也是柔性带6-1B和刀具6-2B的结构示意图;
图6是前段3的后部设有无底板的隧道基础处理段8的结构示意图,也是后舱5的下部尾端洞口与隧道的管节10相通,抽水后形成人行通道的结构示意图;
图7是由两侧墙3-2和位于两侧墙前端的挖掘装置4组成的前段3B的结构示意图,也是施工好的隧道上部在淤泥之中的结构示意图;
图8是A法中的建工作井,搭建作业平台,安装顶进装置1和掘进段2的结构示意图;
图9是图8的下一步工作示意图,也是将导向装置13与导向拉杆12相连,将第一管节10的前端与掘进段2的尾段连接的结构示意图;
图10是图9的下一步工作示意图,也是掘进段2挖掘前方的岩土,顶进装置1顶推管节10的尾端,管节10向前运行的结构示意图;
图11是图10的下一步工作示意图,也是第一管节10顶推至设定距离后,顶进装置1缩回,放下第二管节10,将第二管节10的头部与第一管节10的尾部相连的结构示意图;
图12是B法中的建两工作井9,搭建作业平台,安装顶进装置1和掘进段2的结构示意图;
图13是图12的下一步工作示意图,也是两工作井内分别将导向装置13与导向拉杆12相连,将第一管节10的前端与掘进段2的尾段连接的结构示意图;
图14是图13的下一步工作示意图,也是两套掘进段2各自挖掘前方的岩土,顶进装置1顶推管节10的尾端,管节10向前运行的结构示意图;
图15是图14的下一步工作示意图,也是两套顶管掘进装置的第一管节10顶推至设定距离后,顶进装置1缩回,放下第二管节10,将第二管节10的头部与第一管节10的尾部相连的结构示意图;
图16是在掘进段的后方建新的工作井9的结构示意图;
图17是挖掘装置4的链刀轨道的结构示意图,轨道的类型包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ共5种,其中Ⅰ是平面型,Ⅱ是凸型,Ⅲ、Ⅳ是凹型;
图18是Ⅴ为纵向多排轨道错开成锥型的结构示意图;
图19是Ⅴ型轨道和多排链刀的结构示意图;
图中的1是顶管掘进装置的顶管装置;2是顶管掘进装置的掘进段,由前段3和后舱5组成;3是掘进段2的前段,有3A和3B两种结构形式;3A是由U型舱3-1和挖掘装置4组成的前段;3B是由两侧墙3-2和位于两侧墙前端的挖掘装置4组成的前段,即前段3B的前部和上下均开口;3-1是前段3的U型舱;3-2是前段3的两侧墙;3-3是前段3内链刀6运行的轨道;4是前段3的挖掘装置,由传动装置4-1和链刀6组成;4-1是传动装置,由驱动装置4-1-1和链轮4-1-2组成;4-1-1是传动装置4-1的驱动装置;4-1-2是传动装置4-1的链轮;5是掘进段3的后舱;6是组成挖掘装置4的链刀;6-1是组成链刀6的链条,包括履带、绳索和柔性带;6-1-1是组成链条6-1的十字节的A十字节;6-1-2是组成链条6-1的十字节的B十字节;6-1B是组成链刀6的柔性带;6-2是固定在链条6-1上的挖掘岩土的刀具;6-2B是固定在柔性带6-1B上的挖掘岩土的刀具;7是挖掘机;7-1是在两侧墙的上方设有挖掘机7行走的轨道;8是隧道基础处理段;9是工作井;10是管节;11是前段3和后舱5间设有高于水面的挡水墙;12是导向拉杆;13是用于导向拉杆12上的导向装置或牵引装置。
具体实施方式
一种水下隧道顶管掘进装置由顶管装置和掘进段组成,顶管装置位于工作井内;掘进段由前段和后舱组成,后舱的下部截面与隧道截面相同,后舱下部尾端与第一管节的前端相连,后舱底面与管节底面齐平,后舱下部两外侧面与管节两外侧面平齐,施工时掘进段的下部位于岩土中,掘进段的上部平面高于水面,在掘进段不但对隧道截面投影面积的岩土进行挖掘,还对位于隧道之上的掘进段上部截面投影面积的岩土进行挖掘。
所述的后舱是上部开口或有盖的室体,后舱和前段之间设有高于水面的挡水墙,后舱的下部尾端洞口与隧道相通。
所述的前段由U型舱和挖掘装置组成,U型舱由两侧墙和底板组成,即U型舱的前部和上部均开口,U型舱的两侧墙和底板的前端均设有链刀运行的轨道,挖掘装置由传动装置和链刀组成,传动装置由驱动装置和链轮组成,链刀由链条和固定于链条上的刀具组成;施工时驱动装置驱动链刀,链刀沿着轨道运行,U型舱前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙和底板前方的岩土。
所述的前段由两侧墙和位于两侧墙前端的挖掘装置组成,即前段的前部和上下均开口,两侧墙的前端设有链刀运行的轨道,两侧墙还设有链刀运行的轨道;挖掘装置由传动装置和链刀组成,传动装置由驱动装置和链轮组成,链刀由链条和固定于链条上的刀具组成;施工时驱动装置驱动链刀,链刀沿着轨道运行,前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙前方的岩土。
所述的高于水面的两侧墙的上方设有挖掘机行走的轨道,挖掘机挖掘两侧墙内的岩土。
所述的前段的后部设有无底板的隧道基础处理段。
所述的隧道顶进至一定的长度后,在掘进段的后方建新的工作井,排水后拆除部分已建的临时管节,安装顶进装置,形成新的作业平台。
所述的工作井与工作井设定的距离间或两工作井间安装有导向拉杆,所述的掘进段的上部设有导向装置和/或牵引装置,导向装置与导向拉杆相连或在导向拉杆上滑动,牵引装置的力作用于导向拉杆上。
所述的施工法包括A法一端顶进和B法两端往中间顶进:
A法包括如下步骤:
1)建工作井,搭建作业平台;
2)安装顶进装置和掘进段;
3)在距离工作井设定的位置安装导向拉杆安装座,安装导向拉杆;
4)将导向拉杆的另一端与工作井固定;
5)将掘进段中的导向装置与导向拉杆相连;
6)将第一管节的前端与掘进段的尾段连接;
7)掘进段挖掘前方的岩土,顶进装置顶推管节的尾端,管节向前运行;
8)第一管节顶推至设定距离后,顶进装置缩回,放下第二管节,将第二管节的头部与第一管节的尾部相连;
9)掘进段继续挖掘前方的岩土,顶进装置顶推第二管节的尾端,管节向前运动;
10)重复上述动作,完成全部管节的施工;
B法包括如下步骤:
1)建两工作井,搭建作业平台;
2)安装顶进装置和掘进段;
3)在两工作井间安装导向拉杆;
4)将导向拉杆的两端分别与两工作井固定;
5)将掘进段的导向装置与导向拉杆相连;
6)在两工作井内,分别将各自的第一管节前端与两掘进段的尾段连接;
7)掘进段挖掘前方的岩土,顶进装置顶推管节的尾端,管节向前运行;
8)第一管节顶推至设定距离后,顶进装置缩回,放下第二管节,将第二管节的头部与第一管节的尾部相连;
9)掘进段继续挖掘前方的岩土,顶进装置顶推第二管节的尾端,管节向前运动;
10)重复上述动作,完成全部管节的施工;
所述的隧道上部在水底之上或淤泥之中。
下面结合附图进一步描述本发明:
如图1~图5所示,顶管掘进装置由顶管装置1和掘进段2组成,顶管装置1位于工作井9内;掘进段2由前段3A和后舱5组成,后舱5的下部截面与隧道截面相同,后舱5下部尾端与第一管节10的前端相连,后舱5底面与管节10底面齐平,后舱5下部两外侧面与管节两外侧面平齐,施工时掘进段2的下部位于岩土中,掘进段的上部平面高于水面,在掘进段不但对隧道截面投影面积的岩土进行挖掘,还对位于隧道之上的掘进段上部截面投影面积的岩土进行挖掘。
如图1~图5所示,前段3A由U型舱3-1和挖掘装置4组成,U型舱3-1由两侧墙和底板组成,即U型舱3-1的前部和上部均开口,U型舱3-1的两侧墙和底板的前端均设有链刀6运行的轨道3-3,挖掘装置4由传动装置4-1和链刀6组成,传动装置4-1由驱动装置4-1-1和链轮4-1-2组成,链刀6由链条6-1和固定于链条6-1上的刀具6-2组成;施工时驱动装置驱动链刀6,链刀6沿着轨道3-3运行,U型舱3-1前端轨道上的链刀6仅挖掘两侧墙和底板前方的岩土。
如图4所示,掘进段2的上部高于水面,后舱5是上部开口或有盖的室体,后舱5和前段2之间设有高于水面的挡水墙11;高于水面的两侧墙3-2的上方设有挖掘机7行走的轨道7-1,挖掘机7挖掘两侧墙内的岩土,如果有需要,增加挖泥船配合施工。
如图6所示,前段3的后部设有无底板的隧道基础处理段8,后舱5的下部尾端洞口与隧道的管节10相通,抽水后形成人行通道。
如图7所示,前段3B由两侧墙3-2和位于两侧墙前端的挖掘装置4组成,即前段的前部和上下均开口,两侧墙3-2的前端设有链刀6运行的轨道3-2,挖掘装置4由传动装置4-1和链刀6组成,传动装置4-1由驱动装置4-1-1和链轮4-1-2组成,链刀6由链条6-1和固定于链条6-1上的刀具6-2组成;施工时驱动装置4-1-1驱动链刀6,链刀6沿着轨道3-3运行,前端轨道3-3上的链刀6仅挖掘两侧墙前方的岩土。
如图8~图11所示,A施工法是一端顶进,括如下步骤:
1)建工作井9搭建作业平台;
2)安装顶进装置1和掘进段2;
3)在距离工作井设定的位置安装导向拉杆12安装座,安装导向拉杆12;
4)将导向拉杆12的另一端与工作井固定;
5)将掘进段2中的导向装置13与导向拉杆12相连;
6)将第一管节10的前端与掘进段2的尾段连接;
7)掘进段2挖掘前方的岩土,顶进装置1顶推管节10的尾端,管节10向前运行;
8)第一管节10顶推至设定距离后,顶进装置1缩回,放下第二管节10,将第二管节10的头部与第一管节10的尾部相连;
9)掘进段2继续挖掘前方的岩土,顶进装置顶1推第二管节10的尾端,管节向前运动;
10)重复上述动作,完成全部管节10的施工。
如图12~图15所示,B施工法是两端往中间顶进,括如下步骤:
1)建两工作井9,搭建作业平台;
2)安装顶进装置1和掘进段2;
3)在两工作井间9安装导向拉杆12;
4)将导向拉杆12的两端分别与两工作井9固定;
5)将掘进段2的导向装置13与导向拉杆12相连;
6)在两工作井9内,分别将各自的第一管节10前端与两掘进段2的尾段连接;
7)掘进段挖2掘前方的岩土,顶进装置1顶推管节10的尾端,管节10向前运行;
8)第一管节10顶推至设定距离后,顶进装置1缩回,放下第二管节10,将第二管节10的头部与第一管节10的尾部相连;
9)掘进段2继续挖掘前方的岩土,顶进装置顶1推第二管节10的尾端,管节10向前运动;
10)重复上述动作,完成全部管节10的施工。
如图16所示,隧道顶进至一定的长度后,在掘进段2的后方建新的工作井9,排水后拆除部分已建的临时管节10,安装顶进装置1,形成新的作业平台。
Claims (10)
1.一种水下隧道顶管掘进装置,其特征是顶管掘进装置由顶管装置和掘进段组成,顶管装置位于工作井内;掘进段由前段和后舱组成,后舱的下部截面与隧道截面相同,后舱下部尾端与第一管节的前端相连,后舱底面与管节底面齐平,后舱下部两外侧面与管节两外侧面平齐,施工时掘进段的下部位于岩土中,掘进段的上部平面高于水面,在掘进段不但对隧道截面投影面积的岩土进行挖掘,还对位于隧道之上的掘进段上部截面投影面积的岩土进行挖掘。
2.根据权利要求1所述的一种水下隧道顶管掘进装置,所述的后舱是上部开口或有盖的室体,后舱和前段之间设有高于水面的挡水墙,后舱的下部尾端洞口与隧道相通。
3.根据权利要求2所述的一种水下隧道顶管掘进装置,其特征是所述的前段由U型舱和挖掘装置组成,U型舱由两侧墙和底板组成,即U型舱的前部和上部均开口,U型舱的两侧墙和底板的前端均设有链刀运行的轨道,挖掘装置由传动装置和链刀组成,传动装置由驱动装置和链轮组成,链刀由链条和固定于链条上的刀具组成;施工时驱动装置驱动链刀,链刀沿着轨道运行,U型舱前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙和底板前方的岩土。
4.根据权利要求2所述的一种水下隧道顶管掘进装置,其特征是所述的前段由两侧墙和位于两侧墙前端的挖掘装置组成,即前段的前部和上下均开口,两侧墙的前端设有链刀运行的轨道,两侧墙还设有链刀运行的轨道;挖掘装置由传动装置和链刀组成,传动装置由驱动装置和链轮组成,链刀由链条和固定于链条上的刀具组成;施工时驱动装置驱动链刀,链刀沿着轨道运行,前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙前方的岩土。
5.根据权利要求3或4所述的一种水下隧道顶管掘进装置,其特征是所述的两侧墙高于水面,在其上方设有挖掘机行走的轨道,挖掘机挖掘两侧墙内的岩土。
6.根据权利要求3或4所述的一种水下隧道顶管掘进装置,其特征是所述的前段的后部设有无底板的隧道基础处理段。
7.根据权利要求1所述的一种水下隧道顶管掘进装置,其特征是所述的隧道顶进至一定的长度后,在掘进段的后方建新的工作井,排水后拆除部分已建的临时管节,安装顶进装置,形成新的作业平台。
8.根据权利要求1所述的一种水下隧道顶管掘进装置,其特征是所述的工作井与工作井设定的距离间或两工作井间安装有导向拉杆,所述的掘进段的上部设有导向装置和/或牵引装置,导向装置与导向拉杆相连或在导向拉杆上滑动,牵引装置的力作用于导向拉杆上。
9.根据权利要求8所述的一种水下隧道顶管掘进装置施工法,其特征是所述的施工法包括A法一端顶进和B法两端往中间顶进;
A法包括如下步骤:
1)建工作井,搭建作业平台;
2)安装顶进装置和掘进段;
3)在距离工作井设定的位置安装导向拉杆安装座,安装导向拉杆;
4)将导向拉杆的另一端与工作井固定;
5)将掘进段中的导向装置与导向拉杆相连;
6)将第一管节的前端与掘进段的尾段连接;
7)掘进段挖掘前方的岩土,顶进装置顶推管节的尾端,管节向前运行;
8)第一管节顶推至设定距离后,顶进装置缩回,放下第二管节,将第二管节的头部与第一管节的尾部相连;
9)掘进段继续挖掘前方的岩土,顶进装置顶推第二管节的尾端,管节向前运动;
10)重复上述步骤6)-9)动作,完成全部管节的施工;
B法包括如下步骤:
1)建两工作井,搭建作业平台;
2)安装顶进装置和掘进段;
3)在两工作井间安装导向拉杆;
4)将导向拉杆的两端分别与两工作井固定;
5)将掘进段的导向装置与导向拉杆相连;
6)在两工作井内,分别将各自的第一管节前端与两掘进段的尾段连接;
7)掘进段挖掘前方的岩土,顶进装置顶推管节的尾端,管节向前运行;
8)第一管节顶推至设定距离后,顶进装置缩回,放下第二管节,将第二管节的头部与第一管节的尾部相连;
9)掘进段继续挖掘前方的岩土,顶进装置顶推第二管节的尾端,管节向前运动;
10)重复上述步骤8)-9)动作,完成全部管节的施工。
10.根据权利要求1所述的一种水下隧道顶管掘进装置,其特征是所述的隧道上部在水底之上或淤泥之中。
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