CN113356871B - 带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备及施工方法，本发明掘进装备包括掘进装置和掘进辅助装置，所述掘进装置设有全回转切削钢环，所述全回转切削钢环安装在盾构机或顶管机的前盾盾壳内侧及刀盘的外侧，并可伸缩和绕其轴线旋转。本发明方法是在始发掘进阶段和接收掘进阶段，当全回转切削钢环收藏于掘进装置的盾壳体内不伸出时，其前端的切削齿与刀盘上的切削齿共同切削始发端和接收端的主隧道管片；当全回转切削钢环伸出时，全回转切削钢环单独切削始发端和/或接收端的主隧道管片；在正常的掘进阶段，全回转切削钢环收藏于掘进装置的盾壳体内不伸出，其前端的切削齿与刀盘上的切削齿共同切削其前端介质(土体)。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备及施工方法。
背景技术
隧道联络通道，是为了连接两条隧道而设计的一条通道。若一条隧道出现突发问题，如排水、运行设备因故障停止运行的情况，行人可通过连接通道转移到另外一条隧道，以便快速逃生和救援。
传统联络通道施工方法主要冻结法、矿山法等为主，建设过程中出现较多的安全事故，业界开始探索纯机械式的盾构法/顶管法施工联络通道。目前，纯机械式的盾构法或顶管法施工联络通道通常是采用外凸弧形刀盘切削接收端外凸的弧形隧道管片环，施工时，一方面切入难度较大；切削时间非常长，长时间扰动接收端洞门外侧土体，导致该处地表沉降，同时影响主隧道的稳定，导致安全风险；另一方面，由于切入轴线与接收段隧道轴线一般是不垂直的，故存在切入力的侧向分力，容易导致接收端设计切入位置的偏离，可能产生接收端洞门处掘进装备进入洞门的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备及施工方法，用以解决背景技术中提到的现有施工所存在的技术问题。
为了达到上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备，包括掘进装置和掘进辅助装置，所述掘进装置为盾构机或顶管机，其特征在于，所述掘进装置设有全回转切削钢环，所述全回转切削钢环安装在盾构机或顶管机的前盾盾壳内侧及刀盘的外侧，并与盾壳及刀盘同轴，所述全回转切削钢环与刀盘及盾壳活动连接，并可向刀盘前方同轴伸出一定长度，并可缩回至盾壳内部，全回转切削钢环可绕其轴线旋转，其前端面上安装有刀具。
进一步地，所述掘进装置还设有推进连接杆和推进油缸；所述推进油缸通过推进连接杆连接全回转切削钢环后端。
进一步地，所述的全回转切削钢环的旋转驱动动力与盾构机或顶管机的刀盘旋转驱动动力为同一驱动动力系统。
进一步地，所述盾壳内侧且位于刀盘后方安装有限位环，所述限位环外壁与盾壳内壁之间形成有滑槽，所述全回转切削钢环在滑槽内与限位环滑动接触。
进一步地，所述全回转切削钢环内壁与刀盘外壁设有卡接结构，卡接结构用于限制全回转切削钢环与刀盘之间的相对转动。
进一步地，所述刀具的切削齿在全回转切削钢环前端面外边沿和内边沿上交错排列，成环形阵列分布。
进一步地，所述掘进辅助装置包括支撑台车、始发套筒系统和接受套筒系统，所述始发套筒系统和接受套筒系统分别通过各自前端的环形构件连接对应端的主隧道管片内侧预埋钢板或预埋连接构件。
本发明还公开了一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备的施工方法，包括如下施工步骤：
S1、施工准备：施工前对始发洞门外介质进行加固形成加固体，并检测加固体，安装水平运输轨道、安装水电、焊接洞门处相邻的特殊管片环内弧面预埋钢板缝，安装洞门圈；
S2、设备安装与调试：吊装、运输掘进装备及相关配套装备和材料，并进行定位与组装调试；
S3、始发洞门处主隧道管片切削：设备安装与调试完成后，掘进装置开始始发掘进，收藏在掘进装置的盾壳体内的全回转切削钢环不伸出，利用盾构机主驱动驱动刀盘和全回转切削钢环旋转共同切削始发洞门处主隧道管片，或者全回转切削钢环自掘进装置的盾壳体内伸出到刀盘前方一定长度，全回转切削钢环旋转单独切削始发端主隧道管片；通过开启柔性始发套筒的连接口取出切削的洞门管片体；取出之后，立即连接上柔性始发套筒的连接口；
S4、开始正常掘进：向所述掘进装置的刀盘后方土仓内注入土压平衡介质，掘进装置开始正常掘进和管节拼装；
S5、接收洞门处主隧道管片切削：所述掘进装置掘进至接收端主隧道洞门外时，推进油缸驱动全回转切削钢环伸出，主驱动驱动全回转切削钢环旋转单独切削接收端洞门的主隧道管片；
S6、接收掘进：所述全回转切削钢环携带已经切削穿透的接收洞门处主隧道管片进入接收套筒系统；
S7、接收洞门封堵：接收掘进完毕后，壁后注浆填充，洞门钢板焊接，装备拆除，掘进施工完成，开始洞门结构施工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可通过全回转切削钢环的伸缩来独自切削始发洞门和接收洞门处的主隧道管片，有利于减少洞门处的主隧道管片的切削时间，降低了对接收端洞门外侧土体的扰动，可有效明显控制接收端地表沉降量，保证了主隧道的稳定性和安全性；降低或避免了产生接收端洞门处掘进装备进入洞门的风险。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
附图说明
图1为本发明掘进装备的结构示意图。
图2为本发明掘进装备正面视图。
图3为本发明掘进装备在始发洞门处切削主隧道管片的结构示意图。
图4为本发明掘进装备在接收洞门处切削主隧道管片的结构示意图。
图5为本发明掘进装备进入接收套筒时的状态示意图。
图中各标号和对应的名称为：
1.全回转切削钢环， 11.刀具， 2.刀盘，
3.盾壳， 4.推进油缸， 5.推进连接杆，
6.限位环， 61.滑槽， 7.主驱动，
8.加固体， 9.主隧道管片。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备，包括掘进装置和掘进辅助装置。掘进装置为盾构机或顶管机，掘进辅助装置包括支撑台车、始发套筒系统和接受套筒系统等，始发套筒系统和接受套筒系统分别通过各自前端的环形套筒连接对应端的主隧道管片9。
其中，掘进装置设有全回转切削钢环1、推进连接杆5和推进油缸4。全回转切削钢环1安装在盾构机或顶管机的前盾盾壳3内侧及刀盘2的外侧，并与盾壳3及刀盘2同轴。全回转切削钢环1与刀盘2及盾壳3活动连接，作为优选，盾壳3内侧且位于刀盘2后方安装有限位环6，限位环6外壁与盾壳3内壁之间形成有滑槽61，全回转切削钢环1在滑槽61内与限位环6滑动接触。推进油缸4通过推进连接杆5连接全回转切削钢环1后端。推进油缸4用于驱动全回转切削钢环1向刀盘2前方同轴伸出一定长度和缩回至盾壳3内部。全回转切削钢环1前端面上安装有刀具11。刀具11的切削齿在全回转切削钢环1前端面外边沿和内边沿上交错排列，成环形阵列分布。全回转切削钢环1可绕其轴线旋转，作为优选，全回转切削钢环1内壁与刀盘2外壁设有卡接结构(如刀盘2外壁沿轴向设置卡槽，全回转切削钢环1内壁设置凸块等)，卡接结构用于限制全回转切削钢环1与刀盘2之间的相对转动。全回转切削钢环1的旋转驱动动力与盾构机或顶管机的刀盘2旋转驱动动力为同一驱动动力系统。
如图3-5所示，本发明还公开了一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备的施工方法，包括如下施工步骤：
S1、施工准备：施工前对始发洞门外介质进行加固形成加固体8，并检测加固体8，安装水平运输轨道、安装水电、焊接洞门处相邻的特殊管片环内弧面预埋钢板缝，安装洞门圈；
S2、设备安装与调试：吊装、运输掘进装备及相关配套装备和材料，并进行定位与组装调试；
S3、始发洞门处主隧道管片切削：设备安装与调试完成后，掘进装置开始始发掘进，收藏在掘进装置的盾壳3体内的全回转切削钢环1不伸出，利用盾构机主驱动7驱动刀盘2和全回转切削钢环1旋转共同切削始发洞门处主隧道管片9，也可以利用推进油缸4驱动全回转切削钢环1自掘进装置的盾壳3体内伸出到刀盘2前方一定长度，全回转切削钢环1旋转单独切削始发端主隧道管片7；再通过开启柔性始发套筒的连接口取出切削的洞门管片体，取出之后，立即连接上柔性始发套筒的连接口；
S4、开始正常掘进：向掘进装置的刀盘2后方土仓内注入土压平衡介质，掘进装置开始正常掘进和管节拼装；
S5、接收洞门处主隧道管片切削：掘进装置掘进至接收端主隧道洞门外处，推进油缸4驱动全回转切削钢环1伸出，主驱动7驱动全回转切削钢环1旋转切削接收端洞门处主隧道管片9；
S6、接收掘进：全回转切削钢环1携带已经切削穿透的接收洞门处主隧道管片9进入接收套筒系统；
S7、接收洞门封堵：接收掘进完毕后，壁后注浆填充，洞门钢板焊接，装备拆除，掘进施工完成，开始洞门结构施工。
作为优选方案，在上述施工方法中，本发明公开的全回转切削钢环可以单独切削始发端和/或接收端的主隧道管片，具体切削过程可根据现场施工环境和要求确定。
本发明不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备，包括掘进装置和掘进辅助装置，所述掘进装置为盾构机或顶管机，其特征在于，所述掘进装置设有全回转切削钢环，所述全回转切削钢环安装在盾构机或顶管机的前盾盾壳内侧及刀盘的外侧，并与盾壳及刀盘同轴，所述全回转切削钢环与刀盘及盾壳活动连接，并可向刀盘前方同轴伸出一定长度，并可缩回至盾壳内部，全回转切削钢环可绕其轴线旋转，其前端面上安装有刀具；所述刀具的切削齿每四个为一组在全回转切削钢环前端面外边沿和内边沿上交错排列，若干组成环形阵列分布；
所述的全回转切削钢环的旋转驱动动力与盾构机或顶管机的刀盘旋转驱动动力为同一驱动动力系统；
所述全回转切削钢环内壁与刀盘外壁设有卡接结构，卡接结构用于限制全回转切削钢环与刀盘之间的相对转动。
2.根据权利要求1所述的一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备，其特征在于，所述掘进装置还设有推进连接杆和推进油缸；所述推进油缸通过推进连接杆连接全回转切削钢环后端。
3.根据权利要求2所述的一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备，其特征在于，所述盾壳内侧且位于刀盘后方安装有限位环，所述限位环外壁与盾壳内壁之间形成有滑槽，所述全回转切削钢环在滑槽内与限位环滑动接触。
4.根据权利要求1所述的一种带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备，其特征在于，所述掘进辅助装置包括支撑台车、始发套筒系统和接受套筒系统，所述始发套筒系统和接受套筒系统分别通过各自前端的环形构件连接对应端的主隧道管片内侧预埋连接构件。
5.一种采用权利要求1所述的带有全回转切削钢环的隧道联络通道掘进装备的施工方法，其特征在于，包括如下施工步骤：
S1、施工准备：施工前对始发洞门外介质进行加固形成加固体，并检测加固体，安装水平运输轨道、安装水电、焊接洞门处相邻的特殊管片环内弧面预埋钢板缝，安装洞门圈；
S2、设备安装与调试：吊装、运输掘进装备及相关配套装备和材料，并进行定位与组装调试；
S3、始发洞门处主隧道管片切削：设备安装与调试完成后，掘进装置开始始发掘进，收藏在掘进装置的盾壳体内的全回转切削钢环不伸出，利用盾构机主驱动驱动刀盘和全回转切削钢环旋转共同切削始发洞门处主隧道管片，或者伸出全回转切削钢环，由全回转切削钢环单独切削始发端主隧道管片；通过开启柔性始发套筒的连接口取出切削的洞门管片体；取出之后，立即连接上柔性始发套筒的连接口；
S4、开始正常掘进：向所述掘进装置的刀盘后方土仓内注入土压平衡介质，掘进装置开始正常掘进和管节拼装；
S5、接收洞门处主隧道管片切削：所述掘进装置掘进至接收端主隧道洞门外时，推进油缸驱动全回转切削钢环伸出，主驱动驱动全回转切削钢环旋转切削接收洞门的主隧道管片；
S6、接收掘进：所述全回转切削钢环携带已经切削穿透的接收洞门处主隧道管片进入接收套筒系统；
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