一种掘进面超前保护式盾构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隧道及地下建筑工程开挖机械装置，具体涉及一种掘进面超前保护式盾构。应用于近距离穿越地下既有建(构)筑物以及浅覆土工况下的施工，确保施工安全可靠。
【背景技术】
[0002]随着城市地下空间的不断开发，一方面，地下既有建(构)筑物越来越密集，盾构近距离穿越既有建(构)筑物变得更为频繁；另一方面，地下空间也变得更加宝贵，但盾构在浅覆土中施工困难，使得接近地面的地下空间造成浪费。
[0003]盾构法施工会对隧道周围土体产生施工扰动，受其影响，隧道附近地区的基础建(构)筑物将产生变形、沉降和位移，控制不当可能会使建(构)筑物性能产生影响甚至发生破坏性施工事故。此外，开挖面对地层的扰动将引起土体颗粒再固结，是造成地面后期沉降的一个主要因素，在浅覆土施工时，盾构在掘进过程中正面土体难以形成土拱效应，易产生盾构切口上部及两侧土体的坍塌。
[0004]对于现阶段盾构的近接和浅覆土施工，主要是以工程经验为主要依据，结合有限元模拟分析以及室内模型试验，预测施工过程中的关键风险因素，进而确定施工参数，起到对实际施工的辅助性指导作用。但在上述辅助施工措施中，数值方法并不能真实模拟复杂的工程情况，参数及边界条件的选取对模拟结果也有较大影响，预测结果并不可靠。另外，室内模型试验因相似材料的选取、试验操作误差的影响，也不能完全真实反应实际施工过程。由此可见，现有的盾构近接和浅覆土施工方法，都不能真正意义上适应复杂多变的施工环境，不能确保施工安全，从而严重影响施工的顺利进行。
[0005]在现有的同类型盾构设备中，发明专利一种土压平衡式环形盾构机(201010130542.2)主要研发了处于不同地层条件下的对已有隧道进行改造的新型盾构，虽然可以保证开挖的安全，但其不能在开挖新建隧道施工时对周围土体进行超前支护。发明专利盾构机(201010145279.4)主要研发了可调节角度的切削刀，该盾构机实现了带有弯度管道的铺设功能，但该盾构机对地层的施工扰动破坏较大，不能保证在超近距离穿越施工条件下的安全掘进。实用新型专利大粒径砂卵石地层用土压平衡盾构(201220062771.X)主要对现有盾构机进行了局部改进，缩短了施工周期，稳定了掘进参数，但其主要改进仅是针对无水大粒径砂卵石地层，对软粘土地区的隧道施工具有局限性，不具推广价值。发明专利盾构挖掘装置及盾构机(201310697532.0)通过对挖掘装置的改进，减小了盾构机的挖掘装置的体积，采用回转支承的形式可以承受较大的挖掘力。但这部分改进并没有考虑近距离施工产生的地层扰动，未能真正实现减小施工扰动进而实现近距离施工的技术要求。发明专利敞口式盾构机(201410174390.4)通过设置支护网格能够有效保持开挖面的稳定，减小了塌方风险。但该发明专利中的支护网格将开挖面分区处理，切削后的土体可自由滑落，上方土体不可避免会出现坍塌空隙，这会对近距离施工造成极大危险。
[0006]综上所述，现有的同类盾构机装置均存在诸多技术上或者操作上的不足之处。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种掘进面超前保护式盾构，该盾构主要针对普通盾构施工时，掘进面对周围土体的影响范围大，临近土体受施工控制影响的敏感度高，对盾构刀盘进行改进，从而使得开挖面对周围土体的扰动大大减少。该盾构能确保更近距离安全地穿越地下既有建(构)筑物，可实现盾构在浅覆土甚至超浅覆土中安全掘进，对于提高地下空间利用率和施工安全有着重要的意义。
[0008]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:
一种掘进面超前保护式盾构，包括内刀盘、环形刀盘、滑动伸缩调节装置、环形刀盘驱动轴、内刀盘驱动器、环形刀盘驱动器、隔板、螺旋出土机、电动机、渣土传送机和盾构千斤顶；所述盾构内刀盘与隔板后方的内刀盘驱动器连接，调节内刀盘驱动器以调整内刀盘切削参数；所述内刀盘外围安装有伸缩式环形刀盘，内刀盘和环形刀盘之间设有滑动伸缩调节装置，所述环形刀盘通过环形刀盘驱动轴与隔板相连，刀盘驱动控制室控制环形刀盘驱动器驱动隔板以及环形刀盘驱动轴，带动环形刀盘转动实现切削；所述内刀盘和隔板之间为土舱，内刀盘后部安装搅拌棒，所述螺旋出土机与土舱下部相连，切削渣土经搅拌棒充分搅拌，通过电动机控制螺旋出土机并经渣土传送机排出舱体；盾壳尾部安装有呈环状布置的盾构千斤顶，内置管片经盾构千斤顶推脱离盾尾安装成环。
[0009]所述环形刀盘安装有呈环状分布的刀具；内刀盘布置有选型比刀具大的刀具。
[0010]所述滑动伸缩调节装置包括滚动滑轮、伸缩控制室和伸缩轴，所述环形刀盘通过滚动滑轮与内刀盘连接，伸缩控制室通过与之相连的伸缩轴控制环形刀盘伸缩量。
[0011]本发明与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点:
1.本发明掘进面超前保护式盾构采用环形刀盘的设计，可预先切断土体，使得内刀盘掘进面对周围土层扰动大大减少；
2.可伸缩环形刀盘的设计可以根据转弯半径以及实际穿越间距动态调节刀盘伸缩量，进而及时调整保护土的厚度范围，降低掘进对土层的扰动，进而合理保护周围建(构)筑物；
3.超前保护式盾构采用两套驱动系统，对环形刀盘和内刀盘分别驱动，可协调内刀盘与环形刀盘的同步切削，进而更加合理地减小施工扰动；
4.本发明中环形刀盘与内刀盘的结合使用设计，由于环形刀盘使开挖面与周围土体发生隔离，使盾构在紧邻既有建(构)筑物穿越施工时进一步减小新建隧道与既有隧道的穿越间距，减小施工风险，有效增加开挖面的整体稳定性；
5.本发明盾构内刀盘前方、上方土体可允许出现坍塌空隙，螺旋出土机出土过快时，由于环形刀盘使开挖面与周围土体发生