[發明專利]一種抽屜式盾構頂管一體機及施工方法

在審

• 申請號: 202210361927.2
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114607397A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 陳雪華;朱伯錦;陳湘生;姚憲平;卿啟湘;王和川;周麗紅;謝玉芳
• 申請（專利權）人: 廣州金土巖土工程技術有限公司
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D11/08
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 資凱亮;陸應健

一種抽屜式盾構頂管一體機及施工方法，涉及地下空間施工技術領域。適合繁華城市地鐵地下車站、商業街、綜合體等暗挖，施工條件簡約、占用場地小，挖掘平穩。模塊化盾體包括至少上下兩層的掘進單元，掘進單元包括掘進單元殼體、掘進機頭和若干伸縮油缸；相鄰掘進單元的單元殼體通過側面相互可拆卸拼接，構成水平多格狀模塊化盾體的機身；掘進機頭設置在單元殼體內的前部；在單元殼體的后部設有一圈底環板；掘進機頭具有機頭殼體，在機頭殼體內設有胸板；若干伸縮油缸設在底環板與胸板之間，用于驅動掘進機頭在單元殼體內做往復運動。本發明可根據形狀來組配盾體，構成點陣式布局。成型時按照由上至下、同層逐個啟動的原則，進行分區塊掘進。

技術領域

本發明涉及地下空間施工技術領域，尤其涉及對超大斷面隧道(地下空間) 進行分塊化點陣式柔性施工的特種裝備及施工方法的改進。

背景技術

機械法矩形頂管暗挖技術，因具有對土體擾動小、對城市地面環境影響很小，可有效控制地表沉降、機械化程度高等特點，逐漸在地鐵出入口、過街通道、綜合管廊、車行隧道等地下工程的建設中得到廣泛應用，也逐漸在交通隧道、地鐵隧道、地鐵車站、城市綜合體等方面受到越來越多的關注和重視。然而，隨著隧道(地下空間)要求的斷面尺寸越來越大，以及在復雜地質條件下，矩形頂管面臨的挑戰越來越多，對矩形頂管設備在掘進過程中的整體穩定性、地層適應性等方面的要求也越來越高。

從目前城市地下工程建設的施工現狀來看，受周邊建筑物、地下管線、綠化環保、交通倒改等環境因素和條件制約，超大斷面(如寬度≥20米、高度≥10米) 的矩形輪廓斷面暗挖隧道(地下結構)采用暗挖建造的需求日益增多，但富水、軟土、淺覆土等復雜地質條件、工況等因素，導致采用傳統的淺埋暗挖、頂管施工技術存在以下諸多問題。

其一，采用傳統淺埋暗挖技術開挖，對覆土層擾動大，地面變形難以控制，工序多施工風險大，施工效率低下，環境保護難度大，也難以適應矩形輪廓斷面的一次成形。

其二，若采用傳統頂管機，單純按照斷面尺寸制作大規格(即大斷面尺寸) 掘進機，如申請人早期的研發成果，“公告號：CN214499066U，名稱：模塊化頂管機”的專利技術，能夠適應斷面尺寸的要求，但是隨著開挖高度和跨度的加大，覆土厚度減薄，又會出現如下問題：

(1)在開挖高寬比大、淺覆土情況下，背土效應越發明顯，頂面易起拱，地面變形難以控制，掌子面土體易剪切失穩坍塌；

(2)一次性開挖高度過大，掌子面豎向面上空間受力不均勻，頂部、底部土壓力差值過大；同樣地，一次性開挖跨度過大，掌子面橫向面上受力不均勻，左、右側土壓差異也過大。因此，刀盤就產生額外的彎矩和扭矩變形，難以保持一定的平面度，造成頂管機穩定性和掘進姿態控制困難；

(3)開挖斷面越大，掌子面(迎面)阻力和側摩阻力均較大，掘進所需總頂力越大(譬如20米×15米，覆土厚度暫按6米，頂距50m，估算總頂力約為13500噸)，如此對后背基座的要求非常高；

(4)對于特大橫斷面地下空間(譬如20米×15米)，常規方法就是將結構分成多格，每格單獨掘進，再將格與格之間采用二次連接、結構轉換，出現后續結構的整體性、防水，結構受力轉換、工期、成本等諸多問題，且先、后掘進的兩個獨立格很難保證不發生錯臺或偏差，則上述問題更為嚴重。

為此，“申請號：CN202010063647.4，名稱：一種大斷面矩形頂管機”的專利技術，針對傳統矩形地下空間施工中在存在的地層變形控制難度大、程序冗雜、交通及環境影響明顯，掌子面易崩塌等問題，提供一種能有效控制地層沉降和維持掌子面穩定、且經濟可行的大斷面矩形頂管機。其技術方案主要為：盾體外殼內設有多組形成獨立掘進面的掘進系統，每組掘進系統包括多個水平布置的掘進單元，每組掘進系統均布置獨立的排土系統并與泥漿處置槽連接……