CN112796777A - 一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具及方法 - Google Patents

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张忠星
陈希茂
邓历振
陈晓东
邹少鹏
夏华灿
曹阳
王煌森
刘耀星
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Abstract

本发明公开了一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具及方法，涉及隧道开挖技术领域，其技术方案要点是：包括网格工具头、依次连接的多节预制箱涵和液压千斤顶，网格工具头的一端部内嵌于预制箱涵的端部，网格工具头的另一端部顶于隧道掌子面；液压千斤顶的顶端顶于远离网格工具头的箱涵的端部。本发明的开挖工具，能够解决传统的盾构法开挖隧道对大跨度地下工程施工时受到局限且断面适应性差、断面利用率低等问题，在开挖过程中能够维护开挖面的稳定，可避免采用传统喷射混凝土加固土体时混凝土污染施工环境及地下环境的情况；同时，能够使开挖简单，安全且高效。

Description

一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具及方法
技术领域
本发明涉及隧道开挖技术领域，更具体地说，它涉及一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具及方法。
背景技术
随着城市交通的快速发展，大断面浅埋暗挖立交通道日益增多，对隧道结构安全和地表沉降控制的要求越来越高。在浅埋软弱地层中开挖隧道，隧道稳定性差，地表容易发生沉降。
针对浅埋软弱地层中开挖隧道，传统的盾构法对于大跨度的地下工程施工具有很大的局限性，且断面适应性差、断面利用率低。同时，在浅埋软弱地层中开挖隧道过程中，传统的土体加固方法是采用喷射混凝土的方法及时加固地表和掌子面土体，此种方法易污染施工环境及地表环境，施工周期长，且工程成本高。
因此，本发明旨在设计提供一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具及方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具及方法，以解决传统开挖城市地铁过程中采用盾构法时，断面适应性差且断面利用率低，且采用传统喷射混凝土加固土体的方法配合开挖时,混凝土易污染施工环境及地下环境，工序繁琐造成施工周期增长成本增加的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具，包括网格工具头、依次连接的多节预制箱涵和液压千斤顶，所述网格工具头的一端部内嵌于预制箱涵的端部，所述网格工具头的另一端部顶于隧道掌子面；所述液压千斤顶的顶端顶于远离网格工具头的箱涵的端部。
通过采用上述技术方案，针对于浅埋软弱地层隧道的开挖，通过焊接于预制箱涵端部的网格工具头顶于隧道掌子面，便于起到切割土体和维护开挖面稳定的作用；通过顶进土体中的预制箱涵，使其成为隧道结构的一部分，能够起到连续向前推进和减小地面沉降的作用；通过液压千斤顶，便于提供网格工具头切割土体所需的挤压力，进而确保安全高效地开挖隧道；本发明的开挖工具，能够解决传统的盾构法开挖大跨度隧道时受到局限且断面适应性差、断面利用率低等问题，在开挖过程中能够维护开挖面的稳定，可避免采用传统喷射混凝土加固土体时混凝土污染施工环境及地下环境的情况；同时，能够使开挖简单，安全且高效。
本发明进一步设置为：所述网格工具头包括多个小网格，且多个所述小网格远离预制箱涵的端部均设有刃口。
通过采用上述技术方案，网格工具头有多个小网格构成，便于根据隧道掌子面的稳定程度调整网格工具头的网格疏密程度；通过小网格上设置的刃口，便于对土体进行切割。
本发明进一步设置为：多个所述小网格通过钢板焊接而成网格工具头。
通过采用上述技术方案，多个小网格通过钢板焊接而成网格工具头，便于确保该网格工具头能够稳定地维护开挖面的稳定。
本发明进一步设置为：所述网格工具头的多个小网格为矩形网格。
通过采用上述技术方案，多个小网格为矩形网格，便于确保网格工具头维护开挖面的稳定。
本发明还提供一种基于上述用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具的开挖方法，具体包括以下步骤：
S1、将网格工具头内嵌焊接于第一节预制箱涵的端部，并根据隧道掌子面的稳定程度，调整网格工具头的网格疏密程度；
S2、将步骤S1中焊接有网格工具头的第一节预制箱涵顶入土体中，且网格工具头远离第一节预制箱涵的端部顶于隧道掌子面；
S3、根据开挖隧道的长度，将第二节预制箱涵、第三节预制箱涵以及后续的预制箱涵依次连接顶入土土内，并将液压千斤顶的端部顶于最后一节预制箱涵的尾部，液压千斤顶的尾部顶于后靠，然后，对浅埋软弱地层隧道进行顶进开挖，在开挖一定距离后，利用已顶进箱涵和围岩之间的摩阻力提供液压千斤顶顶进的反作用力。
其中，步骤S1中所述的网格工具头由多个小网格组成，多个所述小网格朝向隧道掌子面的端部均设有刃口。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过焊接于预制箱涵端部的网格工具头顶于隧道掌子面，便于起到切割土体和维护开挖面稳定的作用；通过顶进土体中的预制箱涵，使其成为隧道结构的一部分，能够起到连续向前推进和减小地面沉降的作用；通过液压千斤顶，便于提供网格工具头切割土体所需的挤压力，进而确保安全高效地开挖隧道；本发明的开挖工具，能够解决传统的盾构法开挖大跨度隧道时受到局限且断面适应性差、断面利用率低等问题，在开挖过程中能够维护开挖面的稳定，可避免采用传统喷射混凝土加固土体时混凝土污染施工环境及地下环境的情况；同时，能够使开挖简单，安全且高效。
附图说明
图1是本发明实施例1中的结构示意图；
图2是本发明实施例1中网格工具头的示意图(a为立面示意图；b为剖面示意图)；
图3是本发明实施例2中的流程图。
图中：1、网格工具头；2、预制箱涵；3、液压千斤顶；4、刃口；5、小网格。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具，如图1和图2所示，包括网格工具头1、依次连接的多节预制箱涵2和液压千斤顶3，网格工具头1的一端部内嵌于预制箱涵2的端部，网格工具头1的另一端部顶于隧道掌子面。液压千斤顶3的顶端顶于远离网格工具头1的箱涵的端部。
在本实施例中，针对于浅埋软弱地层隧道的开挖，通过焊接于预制箱涵2端部的网格工具头1顶于隧道掌子面，便于起到切割土体和维护开挖面稳定的作用。通过顶进土体中的预制箱涵2，使其成为隧道结构的一部分，能够起到连续向前推进和减小地面沉降的作用。通过液压千斤顶3，便于提供网格工具头1切割土体所需的挤压力，进而确保安全高效地开挖隧道。本发明的开挖工具，能够解决传统的盾构法开挖大跨度隧道时受到局限且断面适应性差、断面利用率低等问题，在开挖过程中能够维护开挖面的稳定，可避免采用传统喷射混凝土加固土体时混凝土污染施工环境及地下环境的情况。同时，能够使开挖简单，安全且高效。
网格工具头1包括多个小网格5，且多个小网格5远离预制箱涵2的端部均设置有刃口4。
在本实施例中，网格工具头1有多个小网格5构成，便于根据隧道掌子面的稳定程度调整网格工具头1的网格疏密程度。通过小网格5上设置的刃口4，便于对土体进行切割。
多个小网格5通过钢板焊接而成网格工具头1。
在本实施例中，多个小网格5通过钢板焊接而成网格工具头1，便于确保该网格工具头1能够稳定地维护开挖面的稳定。
网格工具头1的多个小网格5为矩形网格。
在本实施例中，多个小网格5为矩形网格，便于确保网格工具头1维护开挖面的稳定。
实施例2：本发明还提供一种基于上述用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具的开挖方法，如图3所示，具体包括以下步骤：
S1、将网格工具头1内嵌焊接于第一节预制箱涵2的端部，并根据隧道掌子面的稳定程度，调整网格工具头1的网格疏密程度。
S2、将步骤S1中焊接有网格工具头1的第一节预制箱涵2顶入土体中，且网格工具头1远离第一节预制箱涵2的端部顶于隧道掌子面。
S3、根据开挖隧道的长度，将第二节预制箱涵2、第三节预制箱涵2以及后续的预制箱涵2依次连接，并将液压千斤顶3的端部顶于最后一节预制箱涵2的尾部，液压千斤顶3的尾部顶于后靠(可采用临时施做的石墩或利用施工设备等作为后靠)，然后，对浅埋软弱地层隧道进行顶进开挖，在开挖一定距离后，利用已顶进箱涵和围岩之间的摩阻力提供液压千斤顶3顶进的反作用力。
其中，步骤S1中的网格工具头1由多个小网格5组成，多个小网格5朝向隧道掌子面的端部均设置有用于切割土体的刃口4。
工作原理：通过焊接于预制箱涵2端部的网格工具头1顶于隧道掌子面，便于起到切割土体和维护开挖面稳定的作用。通过顶进土体中的预制箱涵2，使其成为隧道结构的一部分，能够起到连续向前推进和减小地面沉降的作用。通过液压千斤顶3，便于提供网格工具头1切割土体所需的挤压力，进而确保安全高效地开挖隧道。本发明的开挖工具，能够解决传统的盾构法开挖大跨度隧道时受到局限且断面适应性差、断面利用率低等问题，在开挖过程中能够维护开挖面的稳定，可避免采用传统喷射混凝土加固土体时混凝土污染施工环境及地下环境的情况。同时，能够使开挖简单，安全且高效。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具，其特征是：包括网格工具头(1)、依次连接的多节预制箱涵(2)和液压千斤顶(3)，所述网格工具头(1)的一端部内嵌于预制箱涵(2)的端部，所述网格工具头(1)的另一端部顶于隧道掌子面；所述液压千斤顶(3)的顶端顶于远离网格工具头(1)的箱涵的端部。
2.根据权利要求1所述的一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具，其特征是：所述网格工具头(1)包括多个小网格(5)，且多个所述小网格(5)远离预制箱涵(2)的端部均设有刃口(4)。
3.根据权利要求2所述的一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具，其特征是：多个所述小网格(5)通过钢板焊接而成网格工具头(1)。
4.根据权利要求2所述的一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具，其特征是：所述网格工具头(1)的多个小网格(5)为矩形网格。
5.根据权利要求1至4所述的一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具的开挖方法，其特征是：具体包括以下步骤：
S1、将网格工具头(1)内嵌焊接于第一节预制箱涵(2)的端部，并根据隧道掌子面的稳定程度，调整网格工具头(1)的网格疏密程度；
S2、将步骤S1中焊接有网格工具头(1)的第一节预制箱涵(2)顶入土体中，且网格工具头(1)远离第一节预制箱涵(2)的端部顶于隧道掌子面；
S3、根据开挖隧道的长度，将第二节预制箱涵(2)、第三节预制箱涵(2)以及后续的预制箱涵(2)依次连接顶入土土内，并将液压千斤顶(3)的端部顶于最后一节预制箱涵(2)的尾部，液压千斤顶(3)的尾部顶于后靠，然后，对浅埋软弱地层隧道进行顶进开挖，在开挖一定距离后，利用已顶进箱涵和围岩之间的摩阻力提供液压千斤顶(3)顶进的反作用力。
6.根据权利要求5所述的一种用于浅埋软弱地层隧道的开挖工具的方法，其特征是：步骤S1中所述的网格工具头(1)由多个小网格(5)组成，多个所述小网格(5)朝向隧道掌子面的端部均设有刃口(4)。
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