CN109736822A - 900-2000毫米口径隧道的盾构工法及所应用的盾构机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种900‑2000毫米口径隧道的盾构工法及所应用的盾构机，具有管片拼装过程，所述的管片拼装过程是使用非安装于盾构机主机尾段的、独立的管片拼装机实现管片的拼装，即由设置在管片输送车上并位于管片输送车最前端的该管片拼装机接受管片输送车输送滚轮上的管片并将其拼装在隧道内圆周壁上；所述的管片拼装机设置在管片输送车上并位于管片输送车的前端，管片拼装机的拼装手臂安装在旋转驱动装置上，旋转驱动装置安装在伸缩油缸的活动端上，伸缩油缸的固定端固定在管片输送车上。本发明能够消除小口径管网开挖和顶管非开挖施工中的不利影响，具有设备占地面积小、一次性掘进距离长、最小R15m急曲线转弯、施工成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是一种900-2000毫米口径隧道的盾构工法及所使用的盾构机。
背景技术
近年来，随着城市化进程不断稳定快速发展，为满足现代化的生产、生活，城市市政管网随着城市化进程进行升级改造已迫在眉睫，例如污水管网的扩容改造，高压架空线缆入地，燃气管道中压成环、低压成网等等，使得城市地下空间的使用越来越密集。
在既有老城区进行市政管网升级改造过程中，存在以下问题：既有建筑物多、地下管线错综复杂、居住人员密集，交通繁忙等。
在小口径管道敷设施工中通常采用以下两种方式，一是采用开挖的方式敷设管网，往往造成马路不断的开肠破肚，缺乏统一的规划和管理，对城市生产生活、交通出行产生较大的不利影响；二是采用顶管非开挖方式，每隔200米左右需设置工作井，在避让既有建筑物时也只能增加工作井以改变管路敷设方向，在老城区施工同样影响较大。
此外，在需要管片铺设的施工过程中，现有的盾构机采用专门的拼装机拼装管片，拼装机安装在盾构机主机尾段内，其工作流程是：管片运输车运输管片至管片喂片机，通过管片吊机运至喂片机，再通过喂片机运至拼装位置，由拼装机完成管片拼装作业。由于管片吊机、喂片机需要一定的放置空间，因此对管道内的空间大小具有一定的要求，对于小口径管道则不适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种900-2000毫米口径隧道的盾构工法及所应用的盾构机，以消除背景技术中关于小口径管网开挖和顶管非开挖施工中的不利影响，具有设备占地面积小、一次性掘进距离长、最小R15m急曲线转弯、施工成本低等特点。
本发明所采用的技术方案为：一种900-2000毫米口径隧道的盾构工法，具有管片拼装过程，所述的管片拼装过程是使用非安装于盾构机主机尾段的、独立的管片拼装机实现管片的拼装，即由设置在管片输送车上并位于管片输送车最前端的该管片拼装机接受管片输送车输送滚轮上的管片并将其拼装在隧道内圆周壁上。
进一步的说，本发明所述的隧道圆周环向上由4只管片形成对内壁的支撑；在管片输送车后方的轨道上设置电瓶运输车、由该电瓶运输车将工作竖井里的管片运送到管片输送车上。
再进一步的说，本发明所述的4只管片的拼装过程是：
1)管片输送车输送滚轮上依次放置第一待装片、第二待装片、第三待装片、第四待装片，4片为一组，直至N组；
2)输送滚轮依次输送待装片至拼装位置；
3)管片输送车上设置的管片拼装机的拼装手臂在拼装位置依次抓取第一组的第一待装片、第二待装片、第三待装片、第四待装片进行拼装，直至N组。
同时，本发明还提供了一种应用于900-2000毫米口径隧道的盾构机，具有管片拼装机，其特征在于：所述的管片拼装机设置在管片输送车上并位于管片输送车的前端，管片拼装机的拼装手臂安装在旋转驱动装置上，旋转驱动装置安装在伸缩油缸的活动端上，所述伸缩油缸的固定端固定在管片输送车上。
进一步的说，本发明所述的管片输送车上还设置有输送滚轮，待拼装的管片由输送滚轮依次输送至拼装位置。
再进一步的说，本发明所述的拼装手臂在拼装位置抓取管片，所述的旋转驱动装置驱动拼装手臂与管片旋转进行拼装。
再进一步的说，本发明在管片输送车后方的轨道上还设有往返于工作竖井与管片输送车之间的运送管片的电瓶运输车。
本发明的有益效果是：
1、一环管片采用4分割形式，采用管片运输车进行管片拼装，其隧道成形内径900-2000mm；
2、长距离施工：可以一次掘进1000m以上无需做中间工作井，相比顶管，减少工作井数量，降低了施工成本，减小了工作井占地对周边环境的影响；
3、急转弯：采用多段主动铰接油缸，精确控制迷你盾构的姿态，完美的避让既有建筑物，迷你盾构工法可以实现弯曲半径R15m的急转弯。
4、成本低：与以往的传统盾构工法相比，迷你盾构工法不需要进行二次衬砌，大大节约了成本并缩短了工期。
附图说明
图1是本发明的施工状态示意图；
图2是本发明拼装机结构示意图；
图3(a)-(d)是本发明管片拼装过程示意图；
图中：1、刀盘；2、盾体；3、刀盘驱动装置；4、铰接油缸；5、推进油缸；6、管片运输拼装车；7、电瓶牵引车；8、龙门吊；9、排泥装置；10、排泥中转箱；11、地面吸排泥土设备；12、运渣车；13、背填注浆设备；14、制泥设备；15、掘进控制室；16、拼装手臂；17、拼装手臂导向套筒；18、旋转驱动装置；19、伸缩油缸；20、轻型钢轨；21、输送滚轮；22、拼装A片；23、拼装B1片；24、拼装B2片；25、拼装K片；26、成型管片。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-2所示，盾构机由刀盘1、盾体2、刀盘驱动装置3、铰接油缸4、推进油缸5、管片运输拼装车6、电瓶牵引车7、龙门吊8、排泥装置9、排泥中转箱10、地面吸排泥土设备11、运渣车12、背填注浆设备13、制泥设备14、掘进控制室15等组成。
刀盘1：根据不同的地质和水文条件，综合考虑设计对应的刀盘形式、开口率、刀具选型以及刀具布置方式。将岩土切削进入土舱内进行搅拌，并保持切削面的水土稳定。
盾体2：包括前盾、若干中盾、尾盾，承受周边土层压力，阻隔地下水进入盾构机内，确保作业空间的安全，同时作为盾构机内部零件的支撑结构。
刀盘驱动装置3：一般采用电机减速机或者液压马达减速机驱动刀盘旋转以切削周边岩土，并可以调整刀盘旋转速度和旋转正反方向。
铰接油缸4：采用主动铰接形式，作为盾体与盾体之间的连接结构；调整铰接的伸缩组合，以调整盾构姿态与隧道设计轴线相吻合。多段铰接方式，可以实现小半径转弯，最小可以达到R15m急转弯。
推进油缸5：提供盾构掘进前进动力，抵抗刀盘正面水土压力和盾体与周边岩土摩擦力。
管片运输拼装车6：在小口径管道中，空间狭小，无法设置专门的管片拼装机，采用管片运输车运输管片并拼装管片成环。
如图2所示，管片拼装机设置在管片输送车上并位于管片输送车的前端，管片拼装机的拼装手臂16安装在旋转驱动装置18上，旋转驱动装置18安装在伸缩油缸19的活动端上，伸缩油缸19的固定端固定在管片输送车上。管片输送车上还设置有输送滚轮21，待拼装的管片由输送滚轮21依次输送至拼装位置。拼装手臂16在拼装位置抓取管片，旋转驱动装置18驱动拼装手臂16与管片旋转进行拼装。
电瓶牵引车7：进行管片与盾构掘进所需物料的水平运输。设于管片输送车后方的轨道上，往返于工作竖井与管片输送车之间。
龙门吊8：管片及物料垂直运输。
排泥装置9：将土舱内的渣土进行排出，排出渣土量与盾构掘进量相匹配，并保证切削面的水土稳定。
排泥中转箱10：刀盘前方排出的渣土临时储存。
地面吸排泥土设备11：采用真空吸排泥装置或者压送装置，通过管道输送渣土。其优点是，一则使用管道输送渣土，避免渣土撒落隧道，造成环境恶劣；二则迷你盾构隧道空间狭小，渣土车运渣效率极低，使用管道可实现连续输送渣土。
运渣车12：运输弃渣至规定渣场。
背填注浆设备13：及时填充成环管片与周边岩土间隙，稳定隧道结构，减少地面沉降。
制泥设备14：调制膨润土泥浆、高分子材料等，注入到刀盘前方切削面和土舱内与渣土充分搅拌混合，改善渣土的流塑性，保护切削刀具，避免刀盘“结泥饼”，使得迷你盾构掘进更加顺畅。
掘进控制室15：操作迷你盾构掘进施工的集成，在掘进控制室内完成迷你盾构的刀盘速度、掘进速度、切削面水土平衡等参数，确保顺利掘进。
本实施例的管片拼装过程，是使用非安装于盾构机主机尾段的、独立的管片拼装机实现管片的拼装，即由设置在管片输送车上并位于管片输送车最前端的该管片拼装机接受管片输送车输送滚轮上的管片并将其拼装在隧道内圆周壁上。隧道圆周环向上由4只管片形成对内壁的支撑，4只管片的拼装过程如图3所示：1)管片输送车输送滚轮上依次放置拼装A片22、拼装B1片23、拼装B2片24、拼装K片25，4片为一组；2)输送滚轮依次输送拼装A片22、拼装B1片23、拼装B2片24、拼装K片25至拼装位置；3)管片输送车上设置的管片拼装机的拼装手臂在拼装位置依次抓取拼装A片22、拼装B1片23、拼装B2片24、拼装K片25进行拼装。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
Claims (8)
1.一种900-2000毫米口径隧道的盾构工法，具有管片拼装过程，其特征在于：所述的管片拼装过程是使用非安装于盾构机主机尾段的、独立的管片拼装机实现管片的拼装，即由设置在管片输送车上并位于管片输送车最前端的该管片拼装机接受管片输送车输送滚轮上的管片并将其拼装在隧道内圆周壁上。
2.根据权利要求1所述的900-2000毫米口径隧道的盾构工法，其特征在于：所述的隧道圆周环向上由4只管片形成对内壁的支撑。
3.根据权利要求2所述的900-2000毫米口径隧道的盾构工法，其特征在于：所述的4只管片的拼装过程是：
1)管片输送车输送滚轮上依次放置第一待装片、第二待装片、第三待装片、第四待装片，4片为一组，直至N组；
2)输送滚轮依次输送待装片至拼装位置；
3)管片输送车上设置的管片拼装机的拼装手臂在拼装位置依次抓取第一组的第一待装片、第二待装片、第三待装片、第四待装片进行拼装，直至N组。
4.根据权利要求1所述的900-2000毫米口径隧道的盾构工法，其特征在于：在管片输送车后方的轨道上设置电瓶运输车、由该电瓶运输车将工作竖井里的管片运送到管片输送车上。
5.一种应用于900-2000毫米口径隧道的盾构机，具有管片拼装机，其特征在于：所述的管片拼装机设置在管片输送车上并位于管片输送车的前端，管片拼装机的拼装手臂安装在旋转驱动装置上，旋转驱动装置安装在伸缩油缸的活动端上，所述伸缩油缸的固定端固定在管片输送车上。
6.根据权利要求1所述的应用于900-2000毫米口径隧道的盾构机，其特征在于：所述的管片输送车上还设置有输送滚轮，待拼装的管片由输送滚轮依次输送至拼装位置。
7.根据权利要求1所述的应用于900-2000毫米口径隧道的盾构机，其特征在于：所述的拼装手臂在拼装位置抓取管片，所述的旋转驱动装置驱动拼装手臂与管片旋转进行拼装。
8.根据权利要求1所述的应用于900-2000毫米口径隧道的盾构机，其特征在于：在管片输送车后方的轨道上还设有往返于工作竖井与管片输送车之间的运送管片的电瓶运输车。
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