[發明專利]軟土地基雙圓盾構機頭切屑裝置

無效

• 申請號: 201310701465.5
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103670432A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 張凱敏;周銘謙;朱德勇
• 申請（專利權）人: 上海市基礎工程集團有限公司
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

技術領域

本發明涉及一種軟土地基雙圓盾構機，尤其是一種軟土地基雙圓盾構機頭切屑裝置。

背景技術

在上海市地鐵2號線東沿伸段（龍陽路站～浦東國際機場站）的雙園盾構區間，采用日本IHI公司的土壓平衡雙園盾構機進行地鐵盾構隧道施工。該地區的土質較差,在許多地段的土的液性指數IL>1,呈流塑狀態。在施工中，原雙園盾構機不能很好地達到預定的土壓與出土量的平衡，造成出土量大大多于理論的出土量而使地面的沉降量超出設計要求。根據以往的施工實例經驗，在上海地區的軟土地基，土質較理想的區域一般地面沉降量≥-60mm～-70mm,?特別是在液性指數大，呈流塑狀態的土質地帶，雙圓盾構機施工，地面沉降量最大可達500mm~600mm，難以達到沉降量：+10mm～-30mm規范標準。

原因分析：用盾構機進行隧道盾構施工，由于擾動，刀盤前方的土體壓力會改變，產生主動或被動狀態的土壓力即施工壓力（或稱土倉壓力）。理想狀況，它應控制在靜止土壓力值附近，使土體保持動態平衡狀態，其關系為：

???????????????????Pa＜Pi≈Po＜Pp

其中：Pa為主動土壓力、Pi為施工壓力、Po為靜止土壓力；Pp為被動土壓力。

盾構機在軟土地基、特別是呈流塑狀態的土質地帶，用常規參數控制推進時，頂進反力難建立，會使盾構機推力偏小，而出土量偏大，地面超沉降；當加大盾構機推進速度（或控制出土量）時，推力會偏大，而出土量減小，地面隆起。這是因為：盾構機推力偏小，土體處于向下滑動，極限狀況時，水平應力相當最小主應力，即為主動土壓力；盾構機推力偏大，土體處于向上滑動，極限狀況時，水平應力相當最大主應力，為被動土壓力。即主、被動土壓力為最大與最小側向土壓力。

原雙圓盾構機結構的刀盤置于盾構機頭部的密封土艙外側刀盤輻條與密封土艙存有環向間隙，其開挖面土體動態平衡原理圖見圖1，圖1中，Pi1、Pi2為土倉土壓力、Pr為開挖面側向靜止土壓力、Pw為開挖面水壓力、Po為靜止土壓力。常規施工時，機頭土艙與被刀盤切削部分的松動土體區域，形成一個半敞式出泥土倉。在靜止土壓力的作用下，盾構機刀盤前的松馳土體被轉動的輻條等阻擋形成一定的阻力，但盾構機頭上部松馳的覆土就極易進入盾構土艙而流失，造成地面沉降。在本區間的施工中，本公司曾采取了設定土壓參數平衡掘進、出土量控制掘進及日本專家指導下進行盾構推進等不同的控制方法來進行盾構機的操作，都不能有效控制土壓與出土量的平衡，使地面的沉降量滿足設計要求。

因此，如何提供一種可以有效控制土壓和出土量的雙圓盾構機頭切屑裝置是本領域技術人員亟待解決的一個技術問題。

發明內容

本發明的目的就是為了在施工過程中能夠有效控制土壓與出土量的平衡，而提供一種結構簡單、性價比高的軟土地基雙圓盾構機頭切屑裝置。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種軟土地基雙圓盾構機頭切屑裝置，由土壓承載裝置和刀具切屑裝置組成，其特點是:土壓承載裝置套接于雙圓盾構機的機殼內，所述的刀具切屑裝置安裝于雙圓盾構機的中心轉軸上。

土壓承載裝置包括兩個Φ6520mm接長段、兩個圓弧內襯板、兩個R430mm接長段、兩個R430mm內襯板和兩個前沿加強件，所述的Φ6520mm接長段的外徑與雙圓盾構機機殼外徑相同并焊接于加強圓弧內襯板上，所述的加強圓弧內襯板的外徑與雙圓盾構機機殼內徑相同并套接在雙圓盾構機的機殼內，所述的R430mm接長段焊接在左右兩個Φ6520mm接長段之間，所述的R430mm內襯板焊接在左右兩個加強圓弧內襯板之間，所述的前沿加強件焊接在左右兩個Φ6520mm接長段和R430mm接長段之上。

刀具切屑裝置包括Φ550mm大棒、攪拌棒和邊刀座等，所述的Φ550mm大棒安裝于雙圓盾構機圓盤的中心轉軸上，所述的攪拌棒安裝于Φ550mm大棒的內測，所述的邊刀座安裝于Φ550mm大棒的兩段。

與現有切屑裝置相比，本發明具有以下優點及有益效果：

增加改進裝置后，雙園盾構機的刀盤置于盾構機頭部的密封土艙內，厚550mm刀盤輻條前面與密封土艙筒體端面齊平，其開挖面土體動態平衡原理圖見圖2。常規施工時，盾構機頭上部松馳的覆土被機頭密封土艙筒體阻隔。刀盤由轉動的輻條與機頭艙筒似形成動態的格柵，出泥土倉相對封閉，對進入的松馳土體產生一定阻力。使施工土壓力能恢復到正常的控制設定的土壓范圍，達到預定的土壓與出土量的平衡，使地面的沉降量能控制在5－6mm內，滿足設計要求。

附圖說明