专利名称：一种组合式滑板卷铺框架盾构机及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种盾构机，特别是涉及一种组合式框架盾构机，主要运用于土建工程领域的地下框架桥(涵)工程施工，本发明还涉及该组合式框架盾构机的施工方法。
背景技术：
在基建工程领域，特别是 在公路建筑和铁路建筑及城市道路建设领域，新建公路、铁路、城市道路下穿既有公路、铁路及城市道路一般采用框架顶进的施工方法。当被顶进施工的构筑物较大，而被顶进构筑物上方覆盖层较薄时，下穿铁路时一般采取便桥架空开挖顶进；下穿公路时一般采取封停半幅公路进行明挖施工，这极大的干扰了既有交通设施的运营，妨碍了交通。为解决这一问题，盾构技术得到了重视。近年来，管棚法和桥式盾构法在部分地方得到采用，框架桥的暗挖顶进方法取得了一定的成功，但仍然存在很多不足，主要体现在以下方面管棚法顶进施工主要是在顶进框架桥上方覆盖体内预先布设管棚，以固结顶进构筑物上方覆盖层土体，由于管棚钻进方向不可能做到紧贴顶进构筑物的顶部，极易造成管棚下部土体崩塌，从而造成覆盖体下沉严重，致使上部既有构筑物破坏。失去其暗挖顶进的应有效果。桥式拖板盾构法施工是通过在盾构、顶进构筑物顶层和上部覆盖物(覆盖土层)中依次将滑板拖入，随着顶进的延长，滑板阻力逐步增加，因此，此方法的顶进长度有限、一般一层滑板的拉入长度在十几米，而采用多块滑板时，由于上方滑板的抽拉，又容易致使上方既有构筑物增加下沉量。因此多层拖板不可能无限制增加，这也限制了框架桥(涵)的顶进长度。另一个问题是当上方覆盖物为岩石时，由于岩石咬合致使摩擦阻力增加，以至于造成滑板无法在盾构、顶进构筑物顶层与上部覆盖物(土层)中拉动，造成无法补救的断板现象，从而限制了该技术的运用。再就是该桥式盾构的立柱杆系采用四边形现场焊接，由于四边形为非静定结构，在顶进过程中支架结构具有一定的柔性，这不利于顶进方向的控制，不利于框架桥顶进后既有路面的工后沉降控制。根据以往的施工情况，其工后沉降一般在70mm至200mm之间,最小的工后沉降为17mm,仅一次。因此,运用桥式盾构不容易控制构筑物顶进后对既有设备的工后沉降控制。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种顶进不受构筑物长度和岩石地质限制，顶进长度长，摩擦阻力小，不会产生断板现象的组合式滑板卷铺框架盾构机。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种该组合式滑板卷铺框架盾构机的施工方法。为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的组合式滑板卷铺框架盾构机，包括框架和设在所述的框架上的多个子盾构，每个所述的子盾构包括子盾构伸缩框、掘进刀和伸缩动力，包括一个设于需顶进构筑物及盾构顶进端的既有构筑物或路基边坡上的滑板尾部固定体，每个所述的子盾构伸缩框的内侧安装有处于所述的掘进刀的后下方的滑板卷筒，每个所述的子盾构均设有一条滑板，每条所述的滑板从所述的框架内绕过所述的滑板卷筒后所述的滑板的尾部固定在所述的滑板尾部固定体上。在所述的框架上设有将润滑脂涂布于所述的滑板下方的润滑脂涂布器。在需顶进构筑物顶部安装有减阻滑板。所述的减阻滑板为扁钢、钢板或四氟板。在所述的框架上设有滑板焊接架。所述的滑板卷筒采用可调轴承座安装于所述的子盾构伸缩框9前部内侧的所述的掘进刀的后下方。在所述的框架上设有与所述的滑板对应传动的滑板导向槽。为了解决第二个技术问题，本发明提供的使用组合式框架盾构机的施工方法，首先预制构筑物和安装组合式框架盾构机，试顶无问题后即进行构筑物顶进，子盾构入土后，将滑板固接于滑板尾部固定体上，然后，依次子盾构循环顶进，在顶进到快出洞时，适当减小子盾构每次的循环顶进量，并让前方的土方开挖空间留有一定的空间余量，以避免将前方土体顶裂造成对既有结构物的破坏。采用上述技术方案的组合式滑板卷铺框架盾构机及其施工方法，由于采用了滑板仰向定位铺设于盾构、顶进构筑物顶层和上部覆盖物(覆盖土层)之间，滑板上方与覆盖物(土体)接触，滑板下方通过润滑脂与减阻滑板接触，由于滑板上方与覆盖物(土体)接触的静摩系数远大于滑板下部通过润滑脂与减阻滑板接触的摩擦系数，因此滑板不会随盾构及构筑物的顶进而移动。滑板沿盾构掘进方向的拉应力也不会随构筑物顶进的长度而积累，滑板不容易受到框架桥(涵)顶进时的拉力的破坏。由于滑板从掘进刀后部空间补充，因此理论上不限制滑板铺设长度。在增加中继间的情况下，利用顶拉法，其框架桥(涵)的顶进长度不受限制；由于滑板仰向定位卷铺于盾构、顶进构筑物顶层和上部覆盖物(覆盖土层)之间，滑板不需要在盾构、顶进构筑物顶层和上部覆盖物(覆盖土层)之间多次拉动，最大限度减小了滑板对上部覆盖物的扰动，从而更有利于减小对覆盖物上部构筑物的损咅和工后沉降的控制。综上优点，使得该发明能更好的运用于繁忙的公路，铁路、车站、广场及城市道路的框架桥(涵)的顶进施工，最大限度减小了框架桥(涵)顶进施工对交通的影响，能广泛运用于公路、铁路和城市交通领域。
图1是本发明立体示意图。图2是本发明的正面示意图。图3是本发明的俯视图。图4是本发明的滑板铺设装置示意图。图5是本发明组合式滑板卷铺框架盾构机施工状态立面示意图。图6是本发明滑板卷铺过程状态一示意图。图7是本发明滑板卷铺过程状态二示意图。图8是本发明滑板卷铺过程状态三示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体施工方式对本发明作进一步说明。参见图I、图2、图3和图4，框架包括垫梁I、组合支架2、主梁3、横梁4、盾构外侧
5、顶板6和支架内挡板7，组合支架2可根据顶进框架桥(涵)的宽度及盾构上方载荷情况设置2至多排。垫梁I通过其端部连接板与框架桥(涵)27下部预埋件进行连接，垫梁I底部与构筑物底部平齐。垫梁I轴线与框架桥(涵)27顶进轴线平行。组合支架2通过垫梁上部铰座、连接法兰及焊接进行连接，竖向安装于构筑物前方端面前方，组合支架2可根据框架桥(涵)27高度进行组合拼装；主梁3通过连接法兰及铰支座与组合支架2的法兰及铰支连接，构成单排支架；根据构筑物的宽度和载荷情况可设置2排至多排组合支架。横梁4安装于2排至多排主梁3之上，其安装轴线平行于构筑物前方端面。在框架上设有多组子盾构，子盾构由子盾构外架8、子盾构伸缩框9、掘进刀10、伸缩动力11组成，子盾构外架8、子盾构伸缩框9、掘进刀10、伸缩动力11可根据顶进框架桥(涵)27的宽度组合设置。子盾构外架8通过连接垫块安装于主梁3前段；子盾构伸缩框9安装于子盾构外架8上方滑槽24内，子盾构伸缩框9在伸缩动力11的带动下在滑槽24内可向前自由伸缩；掘进刀10安装于子盾构伸缩框9前方上部；伸缩动力11安装于子盾构外架8上部滑槽24后部横梁和子盾构伸缩框9的中部横梁上，伸缩动力11 一般采用液压油缸。每个子盾构伸缩框9的内侧安装有处于掘进10的后下方的滑板卷筒12，每个子盾构均设有一条滑板17，每条滑板17从框架内绕过滑板卷筒12后滑板17的尾部固定在滑板尾部固定体16上，在框架上设有与滑板17对应传动的滑板导向槽26，滑板卷筒12、滑板补充焊接架15可根据子盾构数量设置，滑板卷筒12通过盾构伸缩框9前部内侧的可调轴承座25安装于掘进刀10的后下方，滑板焊接架15安装于子盾构外架8后方的支架上。滑板尾部固定体16 (可采用钢筋混凝土或钢结构体)设于需顶进构筑物及盾构顶进端的既有构筑物(路基)边坡上，其底面高度高于盾构的掘进10的顶端。在框架上设有将润滑脂涂布于滑板17下方的润滑脂涂布器19，在需顶进构筑物顶部安装有减阻滑板18，减阻滑板18为扁钢、钢板或四氟板。滑板17、减阻滑板18、润滑脂涂布器19根据子盾构数量设置。滑板17通过滑板补充焊接架15、润滑脂涂布器19、滑板导向槽26、滑板卷筒12在伸缩动力11的拉动下，由于滑板17尾部固定在滑板尾部固定体16上，滑板17将从盾构体内部带动滑板17定位铺设于盾构顶 板6、减阻滑板18与覆盖物(土体)之间。同时，润滑脂涂布器19将润滑脂涂布于滑板17下方；减阻滑板18安装于框架桥(涵)27顶部。框架桥(涵)27顶进系统由顶进后座20、顶进动力21、中继间22组成。中继间22可根据需框架桥(涵)27的节数多少设置。本发明的滑板卷铺过程状态如下参见图6，开挖盾构前方土体至点划线a位置，盾构掘进面同步跟进开挖等量距离。此时滑板17尾部已固结于滑板尾部固结体16。参见图7 :伸缩动力11向前推动子盾构伸缩框9前方掘进10至前方点划线a，同步带动滑板卷筒12向前移动，由于滑板17尾部固结于滑板尾部固定体16，在滑板卷筒12移动过程中带动下方的滑板17通过滑板导向槽16、滑板卷筒12将滑板17仰向定位铺设于盾构、框架桥(涵)27顶部与覆盖土体底部之间。参见图8，在顶进动力21的作用下，框架桥(涵)27和盾构主体向前顶进，子盾构伸缩框9、滑板卷筒12、掘进10静止不动，伸缩动力(油缸)11随框架桥(涵)27和盾构主体顶进由后向前同步收缩，至子盾构伸缩框9回到初始收缩状态，滑板17完成了一段顶进长度AL的铺设，盾构完成了一个顶进循环。采用本发明顶进框架桥(涵)施工方法是首先要在外侧预制框架桥(涵)27，预制框架桥(涵)27时，根据盾构的连接要求，预埋盾构连接件，以便于本盾构的安装，在混凝土强度达到设计要求后，即可进行盾构的安装。其安装步骤为1、垫梁I安装调整，2、组合支架2安装调整，3、主梁3安装调整，4、子盾构外架安装，5、横梁4安装调整，6、顶板6安装， 7、盾构预压试验。预压试验有问题，对整机结构件进行调整。预压试验满足要求，则同步进行子盾构伸缩框9、外侧挡板5、液压设备与管路、风水管路的安装。安装完成后对整机进行调试检查及框架桥(涵)27的试顶。其安装后的整机状态如图I。试顶无问题后即可进行框架桥(涵)27顶进，参见图5，子盾构入土后，将滑板17固结与滑板尾部固定体16上，然后，按照图6、图7和图8所述，依次循环顶进。在顶进到快出洞时，要适当减小每次的循环顶进量，并让前方的土方开挖空间留有一定的空间余量，以避免将前方土体顶裂造成对既有结构物的破坏。需要进一步说明的特征如下组合支柱2由多节单元组合，通过单元的组合来调整组合支架2的高度，以适应不同的框架桥高度和不同载荷。滑板17紧跟掘进刀10后仰向定位铺设于覆盖物(土体)与盾构顶板6及减阻滑板18之间，滑板17铺设后无需滑移、拉动，不存在对盾构、框架桥(涵)27上方覆盖物的再次扰动，有利于减小覆盖物(土体)与顶板6及减阻滑板18之间的空隙，从而有利于减小对覆盖物和覆盖物上部构筑物的沉降。滑板17通过滑板补充焊接15在盾构内部空间补充，由于滑板17定位铺设，不受顶进方向拉力影响，因此滑板17可不限制滑板铺设长度，可以解决更长构筑物顶进的要求。同时，由于滑板17定位铺设，能满足岩石，粘土等多种地质情况的构筑物顶进要求。
权利要求
1.一种组合式滑板卷铺框架盾构机，包括框架和设在所述的框架上的多个子盾构，每个所述的子盾构包括子盾构伸缩框(9)、掘进刀(10)和伸缩动力(11)，其特征是包括一个设于需顶进构筑物及盾构顶进端的既有构筑物或路基边坡上的滑板尾部固定体(16)，每个所述的子盾构伸缩框(9)的内侧安装有处于所述的掘进刀(10)的后下方的滑板卷筒(12)，每个所述的子盾构均设有一条滑板(17)，每条所述的滑板(17)从所述的框架内绕过所述的滑板卷筒(12)后所述的滑板(17)的尾部固定在所述的滑板尾部固定体(16)上。
2.根据权利要求I所述的组合式滑板卷铺框架盾构机，其特征是在所述的框架上设有将润滑脂涂布于所述的滑板(17)下方的润滑脂涂布器(19)。
3.根据权利要求I或2所述的组合式滑板卷铺框架盾构机，其特征是在需顶进构筑物顶部安装有减阻滑板(18)。
4.根据权利要求3所述的组合式滑板卷铺框架盾构机，其特征是所述的减阻滑板(18)为扁钢、钢板或四氟板。
5.根据权利要求I或2所述的组合式滑板卷铺框架盾构机，其特征是在所述的框架上设有滑板焊接架(15)。
6.根据权利要求I或2所述的组合式滑板卷铺框架盾构机，其特征是所述的滑板卷筒(12)采用可调轴承座(25)安装于所述的子盾构伸缩框(9)前部内侧的所述的掘进刀(10)的后下方。
7.根据权利要求I或2所述的组合式滑板卷铺框架盾构机，其特征是在所述的框架上设有与所述的滑板(17)对应传动的滑板导向槽(26)。
8.使用权利要求I所述的组合式滑板卷铺框架盾构机的施工方法，其特征是首先预制构筑物和安装组合式框架盾构机，试顶无问题后即进行构筑物顶进，子盾构入土后，将滑板(17)固接于滑板尾部固定体(16)上，然后，依次子盾构循环顶进，在顶进到快出洞时，适当减小子盾构每次的循环顶进量，并让前方的土方开挖空间留有一定的空间余量，以避免将前方土体顶裂造成对既有结构物的破坏。
全文摘要
本发明公开了一种组合式滑板卷铺框架盾构机及其施工方法，包括框架和设在所述的框架上的多个子盾构，每个所述的子盾构包括子盾构伸缩框(9)、掘进刀(10)和伸缩动力(11)，包括一个设于需顶进构筑物及盾构顶进端的既有构筑物或路基边坡上的滑板尾部固定体(16)，每个所述的子盾构伸缩框(9)的内侧安装有处于所述的掘进刀(10)的后下方的滑板卷筒(12)，每个所述的子盾构均设有一条滑板(17)，每条所述的滑板(17)从所述的框架内绕过所述的滑板卷筒(12)后所述的滑板(17)的尾部固定在所述的滑板尾部固定体(16)上。本发明是一种顶进不受构筑物长度和岩石地质限制，顶进长度长，摩擦阻力小，不会产生断板现象的组合式滑板卷铺框架盾构机及其施工方法。
文档编号E21D9/06GK102619526SQ20121010345
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者吴飞轮 申请人:吴飞轮, 株洲市明超建筑劳务有限公司, 潘建明, 石杰超