[發明專利]一種海域高水壓盾構法隧道應急換刀結構及施工方法

在審

• 申請號: 201910529298.8
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110159274A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 宋超業;賀維國;李少波;段悟哲;杜寶義;李凱;黃寶龍;檀業霖;劉遠法
• 申請（專利權）人: 中鐵第六勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種海域高水壓盾構法隧道應急換刀結構及施工方法，冷凍作業平臺的下方設有盾構機，冷凍作業平臺、盾構機之間通過土體凍結帷幕連接；土體凍結帷幕由前端垂直凍結結構、下方垂直凍結結構組成；盾構機朝向土體凍結帷幕的一端設有刀盤；盾構機設有多個盾構管片。施工步驟為：定位盾構機位置，施工海面冷凍作業平臺；在盾構機內部進行盾構機保護工作；施做前端垂直凍結結構和下方垂直凍結結構；進行積極凍結，檢查核實凍結效果；開挖修復隧洞；在修復隧洞內修復刀盤刀箱；修復完成后拔除凍結管。本發明實現海底盾構隧道出現風險事故下應急換刀和修復刀盤等，且結構形式和工法工藝簡單，施工風險低，對海面影響小。

技術領域

本發明屬于隧道和地下工程設計與施工技術領域，尤其涉及一種在海域及水下高水壓條件下盾構隧道施工時，非常狀態下采用的應急修復結構和相應實施方法，保障盾構機脫困安全掘進。

背景技術

海底或水下隧道作為一種對環境影響小、防災能力強的通道方式被越來越多的采用。采用盾構法修建水下隧道是一種常見的形式，相比礦山法來說機械化程度高、施工速度快。

長距離穿越水域的隧道建設風險大，尤其是對于高水壓、長距離掘進條件下的盾構法隧道。由于海底隧道一般地質條件復雜，硬質巖層和軟弱土層都有可能存在，故盾構刀具的磨損在所難免。當盾構機掘進距離較長時，就需要采用更換刀具的方式保證盾構機的破巖能力和繼續掘進能力。目前常用的幾種換刀方式包括以下幾種：

1)開艙常壓換刀技術——硬巖或加固后具有良好自穩性與隔水性的地層。

2)帶壓進艙換刀技術——各類軟弱地層，單次作業時間受限，工效較低。

3)飽和氣體帶壓進艙換刀技術——各類軟弱地層，作業連續。

4)基于換刀裝置的常壓換刀技術——能更換35％～40％的刀具。

上述換刀方法和技術主要應用于盾構正常掘進階段，掌子面具有一定的穩定性，可以建立盾構機土倉或泥水倉的平衡。但對于長距離的海底隧道，盾構掘進時難免可能遇到掌子面不穩定或塌方、刀盤磨損、盾構機被困等非常狀態，這是就需要應急狀態下進行刀具更換、修復刀盤，使得盾構機可以脫困。

目前工程上對于刀具更換研究主要集中在正常掘進下的換刀方法，而對于水下隧道特殊出現風險事故下的應急換刀技術研究未見相關報道。對于在陸地上采用盾構法施工的隧道，出現風險事故需要進行換刀時，一般都是進行地面加固后開挖豎井至盾構刀盤，進行換刀和刀盤修復。而這種方法對于海底隧道則不可行，盾構機位于海中，海面上無法提供條件開挖豎井。

因此，結合盾構機械和結構處理，為確保海底盾構隧道施工風險可控，提高施工效率，減小施工風險，提出一種由海面洞內凍結、洞內開挖小型洞室組合的海域高水壓盾構應急換刀結構和施工方法，確保盾構機在出現風險事故時可以安然脫困，不釀成更大安全事故。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述傳統盾構法隧道應急處理采用地面豎井方式不能應用于海底隧道的技術問題，提供一種海域高水壓盾構法隧道應急換刀結構，實現海底盾構隧道出現風險事故下應急換刀和修復刀盤等，確保盾構機能夠安全脫困再次掘進，避免發生災難性事故，且結構形式和工法工藝簡單，結構受力合理，施工方便快捷的特點，且換刀和刀盤修復等工作均在洞內進行，施工風險低，對海面影響小。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種海域高水壓盾構法隧道應急換刀結構，包括盾構機(12)，還包括冷凍作業平臺(1)、土體凍結帷幕(4)、盾體保護結構(5)；

所述冷凍作業平臺(1)的下方設有盾構機(12)，冷凍作業平臺(1)、盾構機(12)之間通過土體凍結帷幕(4)連接；所述土體凍結帷幕(4)由前端垂直凍結結構(2)、下方垂直凍結結構(3)組成；