[發明專利]一種具備防卡盾功能的刀盤、隧道掘進機及施工方法

在審

• 申請號: 202211485962.1
• 申請日: 2022-11-24
• 公開（公告）號: CN115961967A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 張志國;鄭亮奎;馬鋼建;白巖龍;張鵬豪;高亞飛;周亞輝
• 申請（專利權）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D9/093;G01B21/16
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 趙敏

本發明涉及隧道全斷面掘進施工領域，特別是涉及到了一種具備防卡盾功能的刀盤、隧道掘進機及施工方法。方法如下：在掘進的過程中，根據洞壁與盾體間隙變小的趨勢和/或盾體間隙，通過刀盤超挖刀對洞壁容易造成卡盾的部位進行超挖，并且保持洞壁底部支撐盾體部位的直徑以防止掘進機栽頭，直至通過存在卡盾風險的開挖段。通過刀盤超挖刀僅對洞壁容易造成卡盾的部位進行超挖，并同時保持洞壁底部的尺寸，以起到支撐盾體的作用，直至通過存在卡盾風險的開挖段，在開挖過程中，無需停轉刀盤，并且不會帶來刀盤栽頭的問題，因此可以適當的擴大防卡盾的超挖量，從而可解決現有防卡盾施工方法實施成本高、效率低、效果差的問題。

技術領域

本發明涉及隧道全斷面掘進施工領域，特別是涉及到了一種具備防卡盾功能的刀盤、隧道掘進機及施工方法。

背景技術

全斷面掘進機在經過一些收斂速度較快的地層時，由于開挖直徑和盾體外徑間隙小，當地層收斂速度大于掘進速度時，地層將會抱死盾體導致卡盾。而卡盾問題一旦出現，則需要停機進行解困操作。

現有技術中，一種解困方法是通過刀盤前方爆破開挖作業洞室，反向沿盾體周邊密排鉆孔或爆破開挖的方式脫困(見《雙模盾構穿越大埋深軟巖施工卡機風險分析及研究》)；另一種解困方法是“地面探孔及補勘+高壓旋噴樁+洞內注入分裂劑+高壓水槍沖刷土倉”的方法(見文獻《南通地區富水粉砂層盾構機刀盤脫困技術》)。

通過以上說明可知，解決卡盾可以通過擴挖預防，但擴挖量太大時將會導致主機載頭的風險；另一種方法是刀盤前方爆破開挖作業洞室，反向沿盾殼周邊密排鉆孔或爆破開挖的方式脫困，這種方法施工難度大、風險高。如果施工過程中頻繁出現卡盾現象，需要花費大量的人力和財力在掌子面上開挖工作洞，再通過鉆孔、爆破等方法將卡盾石塊取出，給施工成本和工期帶來很大影響。

近年來為防止卡盾，施工人員只能通過及時換刀來預防。例如申請公布號為CN109443284A、申請公布日為2019年3月8日的中國發明專利申請公開了一種盾構機開挖間隙測量裝置，其中提到在盾構機的盾體上設置了由導向外套、伸縮裝置、位移傳感器以及探桿構成的間隙測量裝置，用于實時測量隧道洞壁與盾體外側壁之間的間隙，從而提醒工作人員及時換刀，以保持隧道洞壁的直徑，進而防止卡盾的問題出現。然而一出現隧道直徑減小則進行換刀，一方面會浪費大量的人力物力，導致施工成本增加；另一方面當地層為收斂速度較快的地層時，通過僅僅通過換刀仍然不能解決卡盾的問題，這主要是因為，如果換刀后隧道洞的直徑被擴的太大，則盾體下部支撐面下沉，容易出現掘進機向下栽頭(低頭)的現象，如果換刀后隧道洞的直徑不夠大，不能形成足夠的地層收斂補償量，將仍然會出現卡盾問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種掘進機防卡盾施工方法，以解決現有掘進機防卡盾施工方法實施成本高、效率低、效果差的問題。

同時，本發明的目的還在于提供可用于實施上述方法的具備防卡盾功能的刀盤及隧道掘進機，以解決掘進機在通過收斂速度較快的地層時容易卡盾的問題。

為了解決上述問題，本發明的掘進機防卡盾施工方法采用以下技術方案：掘進機防卡盾施工方法，該方法如下：在掘進的過程中，根據洞壁與盾體間隙變小的趨勢和/或盾體間隙，通過刀盤超挖刀對洞壁容易造成卡盾的部位進行超挖，并且保持洞壁底部支撐盾體部位的直徑以防止掘進機栽頭，直至通過存在卡盾風險的開挖段。

有益效果：本發明的掘進機防卡盾施工方法通過改進現有擴洞防卡的方法，根據洞壁與盾體間隙變小的趨勢和/或盾體間隙，通過刀盤超挖刀僅對洞壁容易造成卡盾的部位進行超挖，并同時保持洞壁底部的尺寸，以起到支撐盾體的作用，直至通過存在卡盾風險的開挖段，在開挖過程中，無需停轉刀盤，并且不會帶來刀盤栽頭的問題，因此可以適當的擴大防卡盾的超挖量，從而可解決現有掘進機防卡盾施工方法實施成本高、效率低、效果差的問題。

更進一步地，所述洞壁容易造成卡盾的部位是指隧道的8點鐘方向至4點鐘方向之間靠上的部位。對隧道的8點鐘方向至4點鐘方向之間靠上的部位進行超挖，可以最大限度的減小卡盾的風險。