[發明專利]一種新型盾構機及其隧道施工方法

在審

• 申請號: 201811401666.2
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109441460A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 鄧朝輝;肖明清;王均勇
• 申請（專利權）人: 中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D9/12;E21D11/08
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

本發明公開了一種新型盾構機，其特征在于：包括外側盾殼(2)，在所述外側盾殼(2)內沿圓周方向布置若干臺小型盾構(1)，在所述小型盾構(1)內緣布置內側盾殼(3)；所述小型盾構(1)可自轉，以開挖小型盾構范圍內的開挖區域I；同時所述小型盾構(1)可公轉，以開挖所述外側盾殼(2)、所述內側盾殼(3)和所述小型盾構(1)所圍成的開挖區域II；所述內側盾殼(3)在距離端部小型盾構長度L的中間部分土體出土面(7)的后方設置運輸裝置。本發明可充分發揮小盾構的掘進速度優勢，快速開挖隧道輪廓；中間部分地層已穩定，不需采用原盾構的旋轉刀具開挖，在提高隧道掘進效率的同時，可減少能耗。

技術領域

本發明屬于隧道施工領域，具體涉及一種新型盾構機及其隧道施工方法。

背景技術

現有盾構機施工原理為通過刀盤連續的旋轉、刀盤上的刀具切削前方的地層，開挖出隧道輪廓，從盾體內部外運渣土，并在盾殼后方拼裝管片襯砌支撐開挖后的隧道周邊地層，最終形成隧道結構。

盾構機是現有隧道施工的主要成套設備，已具有較為廣泛的應用，但現有盾構機多采用一個覆蓋整個隧道斷面的刀盤，施工時存在以下問題：

1、盾構施工進度相對較慢，滿足不了日益提高的施工進度要求。為控制盾構外圈刀的線速度，盾構直徑越大其轉速越慢，對應其施工進度越低。直徑6米的盾構施工進度一般在250m～300m/月，大直徑盾構則更低。提高盾構的施工進度是后續隧道創新的方向；

2、隧道全斷面開挖，盾構機需全部開挖出掌子面，消耗較多的能量去開挖地層；

3、盾構整個刀盤繞中心旋轉開挖，刀具在掌子面各地層無差別的走行，導致在不同的地層之間存在不同的受力狀態、不同的磨損程度。盾構在軟硬不均地層掘進效率低、刀具磨損大是一直困惱盾構施工的問題。

發明內容

針對上述現有技術方案的問題，現在需要解決的關鍵技術包括：

1、受現有機械設備性能限制，盾構施工速度受到限制，尤其是大盾構施工速度難以進一步提高。

2、盾構機在全斷面開挖時消耗較多的能量去開挖地層，容易加劇刀具的磨損，導致掘進效率低下。

針對現有技術以上缺陷或改進需求中的至少一種，本發明提供了一種新型盾構機及其隧道施工方法，可充分發揮小盾構的掘進速度優勢，快速開挖隧道輪廓；中間部分地層已穩定，不需采用原盾構的旋轉刀具開挖，在提高隧道掘進效率的同時，可減少能耗；將整個隧道開挖斷面分成若干部分進行開挖，每個小盾構開挖的地層范圍較原盾構的小，可大幅減小地層軟弱不均開挖面對掘進的影響。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種新型盾構機，包括外側盾殼，在所述外側盾殼內沿圓周方向布置若干臺小型盾構，在所述小型盾構內緣布置內側盾殼；

所述小型盾構可自轉，以開挖小型盾構范圍內的開挖區域I；同時所述小型盾構可公轉，以開挖所述外側盾殼、所述內側盾殼和所述小型盾構所圍成的開挖區域II；

所述內側盾殼在距離端部小型盾構長度L的中間部分土體出土面的后方設置運輸裝置。

優選地，所述運輸裝置包括皮帶機、運輸車，用于不透水軟土的運輸。

優選地，所述運輸裝置包括一筒體，用于透水或高水壓土體的運輸，與所述內側盾殼直徑相同，在所述中間部分土體出土面處與所述內側盾殼對接，在所述筒體與所述內側盾殼之間設置可封閉的閘門。

優選地，所述內側盾殼在距離端部小型盾構長度L的中間部分土體出土面的后方還設置破碎機，用于破碎基巖；所述運輸裝置用于巖塊的運輸。

為實現上述目的，按照本發明的第二方面，還提供如前所述的新型盾構機的隧道施工方法，包括如下步驟：

S1：開挖區域劃分；