专利名称：环形盾构机及隧道施工方法
技术领域：
本发明涉及一种超大断面盾构法隧道施工技术，属于建筑隧道工程施工技术领域。
背景技术：
我国政府遵循科学发展观，提出了构建资源节约型、环境友好型社会的要求。解决该课题的关键在于运用先进的施工设备和科学的施工技术充分开发利用地下空间，把城市交通(地铁和轨道交通、地下快速路、越江和越海湾隧道)尽可能转入地下，把其他一切可以转入地下的设施(如停车库、污水处理厂、商场、餐饮、休闲、娱乐、健身等)尽可能建于地下，实现土地的多重利用，提高土地利用效率，实现节地的要求。盾构法施工技术由于对地面结构影响较小，对环境无不良影响，工作人员劳动强度低，机械化程度高，工程进度快，隧洞形状准确，质量高等优点，现已成为我国城市轨道交通建设中的重要施工技术，已广泛应用于全世界范围内的隧道施工。近年来，盾构法隧道呈现朝着超大断面发展的趋势，目前世界上最大的盾构法隧道是上海长江隧道工程，采用直径15. 43米的泥水平衡盾构建造。该隧道上层设三条(3X3. 75米)车道，下层为轨道交通， 同时也为各类管线预留了设置空间，是集公路隧道、轨道交通以及城市“共同沟”三大功能为一体的多功能型隧道。但目前制造工艺、设计施工水平限制了盾构法隧道向更大直径的发展，为了克服这一难题，实现更大尺寸隧道断面的施工，本发明创新性的提出了采用环形盾构建设隧道的新技术，即先采用环形盾构施工超大尺寸隧道外部支撑结构，然后再进行内部土方开挖， 并施工隧道内部结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可实现更大尺寸隧道断面的施工的环形盾构机，采用本发明技术，隧道形状和尺寸在理论上不受限制，可以实现建造更大直径隧道以及超大断面地下空间的建设和综合开发利用。本发明的环形盾构机，包括盾构壳体，管片牵引机构和泥水输送系统，该盾构壳体包括外层壳体、内层壳体和小盾构壳体，所述内层壳体、小盾构壳体与外层壳体组成一个环形空腔，在沿该环形空腔圆周布满小切削刀盘，在所述小盾构壳体内设置主切削刀盘，该主切削刀盘与所述内层壳体贯通；小切削刀盘的后方设有推进千斤顶。泥水输送系统包括排泥管路和进泥管路。所述管片牵引机构包括托辊装置和管片牵引机。在外层壳体和内壳体上装有托辊装置。本发明还提供一种隧道施工方法，包括步骤1)采用如权利要求1所述的环形盾构机开挖土层；2)通过管片拼装机拼装临时管片以形成作业隧道；
3)作业隧道内插入前一环管片的CT型环间接头中，再经过管片牵引机带动主管片沿盾构环向移动，每环管片每块管片采用快速接头连接，从而形成整条隧道的一次衬砌；4)在整条隧道实现贯通之后，同时进行作业隧道的拆除以及环形隧道中央剩余部分土体的开挖，即二次开挖；5)内部土方及临时管片清理完成之后，再依次进行二次衬砌以及内部道路的结构施工。本发明具有安全可靠，简捷高效，经济环保等特点，是可以实现对任意形状的隧道衬砌部位做开挖，在构筑好隧道衬砌后的内部进行土砂开挖，最后完成隧道工程的新颖隧道施工法。与常规的盾构法隧道施工技术相比，本技术具有以下几个方面的优点①大断面、任意形状，通过采用直线或圆弧组成作业隧道空间，按照相应的使用要求，可以任意选定大断面隧道的形状；②减少工业废弃土，由于用盾构机仅开挖衬砌体部分，可实现设备规格降低和大量减少废弃的土体，内部地层土的开挖，可作为普通土方处理；③地层稳定，由于盾构机开挖的断面变的很小，开挖面容易取得稳定性，伴随开挖而发生的沉降等地基土的变形也很小，此外，还可减少辅助工法的使用机会；④快速施工，盾构机的现场装配作业量减少，一次衬砌和二次衬砌可以做到并行作业，可以缩短工期；⑤经济性，与以往盾构工法相比，由于盾构机械设备属于小规模化操作，可以期待工程费用较大的减少。
图1是本发明的环形盾构机的侧视示意图；图2是本发明的环形盾构机的切削刀盘示意图；图3是本发明管片拼装示意图；图4是本发明管片拼装示意图；图5是本发明的泥水输送系统示意图；图6是内部结构施工工艺示意图。
具体实施例方式本发明的环形盾构机具有与往常圆形全断面盾构机截然不同的环形盾构壳体1， 其包括外层壳体11、内层壳体12和小盾构壳体13，内层壳体12、小盾构壳体13与外层壳体 11组成一个环形空腔。通过外层壳体11支护周围地层土体，同时在外层壳体11的保护下完成主管片61及临时管片62的拼装；在小盾构壳体13内设置主切削刀盘21，考虑到整个盾构内部设备布置的需要，出土系统一般选用泥水管路进行切削土体的排出。主切削刀盘21必须与环形盾构的内壳体 12贯通，以便将通道里的主管片61移送到环形盾构拼装所需的位置。后方是推进千斤顶 23，从拼装好的主管片61取得反力，进行掘进；在沿环形空腔圆周布满小切削刀盘22，用以
4切削环形盾构壳体1前方位于主切削刀盘21之间的土体。隧道衬砌结构6分为主管片61与临时管片62。临时管片62通过管片拼装机3拼装，形成临时管片62后方的作业隧道7，作业隧道7的主要为施工设备、管片的运送、主管片61拼装提供必要的操作空间；主管片61也是用管片拼装机3进行拼装，当主管片61初步就位后，通过管片牵引机构4牵引至预定位置，通过环间接头63与后方成型隧道连接，形成整个环形隧道的衬砌结构。泥水输送系统5主要作用是将切削机构2切削形成的土渣通过排泥管路51外运， 并通过进泥管路52补充切削机构2掘进所需的净化后的浆液。环形盾构施工实施过程环形盾构的始发与到达与通常的盾构施工法类似，需要进行始发工作井、设备安装、反力设置、始发与到达防护等施工工序。但是，相比构筑同一种构造物的圆形盾构，由于盾构机的长度较小，所以，工作井长度亦随之变的小些；入口衬垫，由于要成为环形部分内外两层构造；此外，对于中央剩余土体部分，有必要考虑采用锚固等方式的挡土措施。盾构掘进时，盾构外层壳体11、内壳体12之间的环形部分与作业隧道7部分的开挖是同时进行的。主切削刀盘21与小切削刀盘22将切削形成的土渣通过泥水输送系统5 的排泥管路51输送至地面进行处理后，再通过进泥管路52将净化处理后的浆液输送至盾构切削机构2。主管片61是整条隧道的的永久支护结构的一次衬砌，通过管片拼装机3拼装，将环形部分的管片，从作业隧道7内插入前一环管片的CT型环间接头63中，再经过管片牵弓I 机41带动主管片61沿盾构环向移动，此外，为了减小主管片运转时与环形盾构壳体1之间的阻力，在外层壳体11和内壳体12上都装有托辊装置42。每环管片每块管片采用快速接头连接。从而形成整条隧道的一次衬砌。在整条隧道实现贯通之后，同时进行作业隧道7的拆除以及环形隧道中央剩余部分土体的开挖，即二次开挖。二次开挖是采用多层台阶式工法，一边保持待开挖面的稳定， 一边进行土体开挖。开挖台阶数，可根据土体的自立性作出决定。内部土方及临时管片7 清理完成之后，再依次进行二次衬砌81以及内部道路82等结构施工。至此，环形隧道结构施工完成。本发明具有突出的实质性特点和显著的进步，利用本发明可以用来有效且安全地构造起任意形状的超大断面隧道的环形衬砌，隧道内部的土层是在形成了环形衬砌体之后再做开挖的，因此具有安全高效，对周边环境影响较小的优点。
权利要求
1.一种环形盾构机，包括盾构壳体，管片牵引机构和泥水输送系统，其特征是该盾构壳体包括外层壳体、内层壳体和小盾构壳体，所述内层壳体、小盾构壳体与外层壳体组成一个环形空腔，在沿该环形空腔圆周布满小切削刀盘，在所述小盾构壳体内设置主切削刀盘， 该主切削刀盘与所述内层壳体贯通；小切削刀盘的后方设有推进千斤顶。
2.如权利要求1所述的环形盾构机，其特征是泥水输送系统包括排泥管路和进泥管路。
3.如权利要求1所述的环形盾构机，其特征是所述管片牵引机构包括托辊装置和管片牵引机。
4.如权利要求3所述的环形盾构机，其特征是所述托辊装置装在外层壳体和内壳体上。
5.一种隧道施工方法，其特征是包括步骤1)采用如权利要求3所述的环形盾构机开挖土层；2)通过管片拼装机拼装临时管片以形成作业隧道；3)作业隧道内插入前一环管片的CT型环间接头中，再经过管片牵引机带动主管片沿盾构环向移动，每环管片每块管片采用快速接头连接，从而形成整条隧道的一次衬砌；4)在整条隧道实现贯通之后，同时进行作业隧道的拆除以及环形隧道中央剩余部分土体的开挖，即二次开挖；5)内部土方及临时管片清理完成之后，再依次进行二次衬砌以及内部道路的结构施工。
全文摘要
本发明是一种环形盾构机，包括盾构壳体，管片牵引机构和泥水输送系统，该盾构壳体包括外层壳体、内层壳体和小盾构壳体，所述内层壳体、小盾构壳体与外层壳体组成一个环形空腔，在沿该环形空腔圆周布满小切削刀盘，在所述小盾构壳体内设置主切削刀盘，该主切削刀盘与所述内层壳体贯通；小切削刀盘的后方设有推进千斤顶。本发明还提供一种隧道施工方法。本发明具有安全可靠，简捷高效，经济环保等特点，是可以实现对任意形状的隧道衬砌部位做开挖，在构筑好隧道衬砌后的内部进行土砂开挖，最后完成隧道工程的新颖隧道施工法。
文档编号E21D9/08GK102359379SQ201110281199
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者张露根, 段创峰, 王强华, 赵燕鹏, 魏林春 申请人:上海城建(集团)公司, 上海隧道工程股份有限公司