专利名称:一种马蹄形开敞式盾构体结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种马蹄形开敞式盾构体结构，所述盾构结构包括马蹄形断面盾构机，在盾构机马蹄形断面的周边设有若干只液压千斤顶和支撑工字钢构成的可拆移式反力结构，在所述反力结构的一侧设置有钢筋混凝土衬砌洞身结构；在马蹄形盾构机的两侧分别设有十字网格，安装在盾构机尾部一周的十字网格与液压千斤顶配合且同时用于反铲装车，安装在盾构机前部的十字网格用于切削土体；将支撑工字钢安装在盾构机尾部的防护部下，并与已安装的支撑工字钢和钢筋条焊接在一起。本实用新型结构设计合理，便于制造与组装，经实际使用证实能够显著提高施工质量。
【专利说明】一种马蹄形开敞式盾构体结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及基于盾构机的工作原理、为解决饱和黄土地层矿山法开挖的安全问题而研制的马蹄形开敞式盾构体结构，属于盾构技术的延伸。
【背景技术】
[0002]目前在土层中开挖隧道，由于土层强度低，尤其是含水量大时成洞稳定性极差，因此盾构法施工应运而生。盾构法是利用钢材的高强度和易加工特点，将钢板加工成隧洞断面形状，形成在土层中对施工人员和设备的防护体；再在头部设置开挖辅助设施如人工挖掘隔仓、切削刀盘、水力喷头等；在盾体内设置开挖料输出装置，如螺旋输送带、泥水管路、轻轨斗车；在盾尾设置衬砌支护设施，形成开挖、出土、支护、衬砌配套协作的结构，完成隧道施工的完整方法。
[0003]回顾盾构法的形成、发展和现状，1823年，伦敦泰晤士河隧道建设中，将煤矿矿山工程师的盾构设想变成实际操作尝试，尽管水下隧道历时18年，但为类似工程施工开创了有创举的新方法。
[0004]经过百余年的不懈探索和实践，20世纪90年代开始，各种类型的盾构设备开发使用逐步进入了繁荣时期。日本东京湾公路隧道被称为世界超大型道路交通隧道盾构法施工的范例；英法海底隧道更是成为世界盾构技术强国集中施工技术前沿技术成果的典范。盾构技术的不断发展，不但使土压平衡、泥水平衡技术日臻完善，而且使得操作更简单、系统更完善、自动化程度更高、控制精度更准确。在开挖断面适应性方面，研制成功了单头、双头和多头刀盘，利用曲轴传动技术，开发出适应矩形断面、椭圆形断面或任意断面的刀盘和支护设备。
[0005]中国在1962年在上海开始进行盾构法试验隧道开挖，1970年完成上海打浦路公路隧道，这是中国第一条盾构法施工的水下公路隧道。20世纪90年代，中国各大城市地铁工程蓬勃发展，一批地下轻轨隧道开始兴建，上海、北京、广州、深圳等地铁隧道施工都应用了盾构技术。特别是2003年，上海隧道工程有限公司率先采用双圆隧道工程掘进机施工上海M8线地铁区间隧道，将中国盾构法隧道施工带入了与世界先进技术水平同步发展的新时代。
[0006]在中国，如今盾构技术研制水平与世界同步，各种盾构机都能在国内生产，这极大地提高了这一领域发展的速度。
[0007]当今盾构技术的优缺点，在于从盾构施工的基本原理看，为了支撑掌子面的稳定，采用土压平衡或泥水平衡盾构。土压平衡盾构适合于地下水少、渗透系数小的粘性土地层、砂性地层和砂砾土层，通过精确控制开挖仓的排土量，保持开挖舱的土体压力，与开挖面土体保持平衡，防止坍塌。泥水平衡盾构适合于地下水位高、流沙等富水地层及砂砾石含量较高的地层，通过向开挖舱压注泥浆，一方面平衡工作面土体，另一方面用管道泥浆将开挖料输送出洞。随着盾构技术的发展，将不同盾构形式和开挖面稳定方法进行组合，形成复合盾构法。复合盾构可以根据土层地质和水文条件作调整，其本质上是对开挖面支撑方式以及刀具、出渣运输系统和其他设备调整。复合盾构的组合模式有泥水式、敞开式盾构；土压平衡、敞开式盾构；泥水式、土压平衡盾构；敞开式、泥水式、土压平衡盾构等。
[0008]现在，非圆断面盾构主要是在开挖面将多个刀盘组合，通过双轴、多轴和曲轴等方法，控制不同刀盘的运动轨迹，开挖出矩形、椭圆形、马蹄形、双圆型、三圆形等各种需要的断面形状，在地铁车站的特殊地下结构中开发利用，并日益成熟。随着非圆断面隧道采用盾构施工技术含量越来越高，设计、制造、集成复杂，造价很高。因此工程使用仅限于工程量大的重要工程，在一般工程中很少使用。总之，这些盾构机适用于长隧道或大断面，优点是自动化程度高、功能多，缺点是制造周期长、构造复杂，造价高。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种机械强度和受理安全指标符合饱和黄土地层矿山法开挖的安全问题要求而研制的马蹄形开敞式盾构结构。
[0010]为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案是:提供一种马蹄形开敞式盾构结构，其特征在于，所述盾构结构包括马蹄形断面盾构机，在盾构机马蹄形断面的周边设有若干只液压千斤顶和支撑工字钢构成的可拆移式反力结构，在反力结构的一侧设置有钢筋混凝土衬砌洞身结构。
[0011]其中优选的技术方案是，在所述马蹄形盾构机的两侧分别设有十字网格，安装在盾构机尾部一周的十字网格与液压千斤顶配合且同时用于反铲装车，安装在盾构机前部的十字网格用于切削土体。
[0012]进一步优选的技术方案是，将所述支撑工字钢安装在盾构机尾部的防护部下，并与已安装的支撑工字钢和钢筋条焊接在一起。
[0013]进一步优选的技术方案还有，所述防护部为盾构机推进后由喷射于洞壁上的钢筋混凝土形成的临时稳定洞室。
[0014]进一步优选的技术方案还有，所述液压千斤顶为14只，每只液压千斤顶的行程为60cmo
[0015]进一步优选的技术方案还有，所述马蹄形断面盾构机采用40mm厚Q235钢板卷制、焊接制成，盾构机的内断面形状为带仰拱的马蹄形设计开挖断面，断面尺寸为5900mmX7600mm，盾构机总周长度为6490mm，其中盾构机的前突上护盾的长度为1800mm，盾构机的前舱、后舱的立隔板的前部全断面长度为1496mm，盾构机的前舱为切土部分，为了软塑土体的稳定用40mm钢板分割成小方格；盾构机的后舱长度为3194mm，盾构机的结构为敞开式护盾，盾构机上布置千斤顶支座，以及千斤顶收回时安装支护工字钢支撑。
[0016]进一步优选的技术方案还有，在所述盾构机的盾尾与钢筋混凝土衬砌之间设置有可组装的钢桁架的传力结构。
[0017]进一步优选的技术方案还有，在所述盾构机的前部还加设有纵向和水平加强梁。
[0018]进一步优选的技术方案还有，所述液压千斤顶被设置在马蹄形盾构机的两侧和底边，并将其分为4个区域，通过控制器对每个区域的液压千斤顶推进的行程分别进行控制。
[0019]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:该马蹄形开敞式盾构结构具有如下特点:
[0020](I)该马蹄形开敞式盾构结构的设计方案经有限元模型计算，机构强度和受力安全指标符合规定要求。
[0021](2)加工制作方便，该马蹄形开敞式盾构结构通过将加工件分块、焊接和检测技术按照钢结构加工要求进行，在加工厂进行整机试拼装。液压系统从市场采购，构建制造与组装方便。
[0022](3)施工质量显著提高，当该马蹄形开敞式盾构结构顶进60cm，及时进行挂网喷混凝土支护。钢筋网焊接在工字钢支撑上，喷混凝土分三层完成，每次喷层厚度6cm左右，故工程质量显著提高。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型马蹄形开敞式盾构结构的正面结构示意图；
[0024]图2为图1的侧视图；
[0025]图3为本实用新型马蹄形开敞式盾构结构的推进系统及后靠正面图；
[0026]图4为本实用新型马蹄形开敞式盾构结构的推进系统及后靠纵断面图。
[0027]图中:1-盾构机，2-液压千斤顶，3-支撑工字钢，4-钢筋混凝土墙，5-十字网格，6-千斤顶支座，7-钢桁架。
【具体实施方式】
[0028]本实用新型是一种马蹄形开敞式盾构结构，该盾构结构包括马蹄形断面的盾构机I，在盾构机I马蹄形断面的周边设有若干只液压千斤顶2和支撑工字钢3构成的可拆移式反力结构，在所述反力结构的一侧设置有钢筋混凝土墙4衬砌成的洞身结构。
[0029]在本实用新型中优选的实施方案是，在所述马蹄形盾构机I的两侧分别设有十字网格5，安装在盾构机I尾部一周的十字网格5与液压千斤顶2配合且同时用于反铲装车，安装在盾构机I前部的十字网格5用于切削土体。
[0030]在本实用新型中进一步优选的实施方案是，将所述支撑工字钢3安装在盾构机I尾部的防护部下，并将已安装的支撑工字钢3与钢筋条焊接在一起。
[0031]在本实用新型中进一步优选的实施方案还有，所述防护为盾构机I推进后由喷射于洞壁上的钢筋混凝土墙4形成临时的稳定洞室。
[0032]在本实用新型中进一步优选的实施方案还有，所述液压千斤顶2为14只，每只液压千斤顶的行程为60cm。
[0033]在本实用新型中进一步优选的实施方案还有，所述马蹄形断面盾构机I采用40mm厚Q235钢板卷制、焊接制成，盾构机的内断面形状为带仰拱的马蹄形设计开挖断面，断面尺寸为5900mmX 7600mm，盾构机总周长度为6490mm，其中盾构机的前突上护盾的长度为1800mm,盾构机的前后舱立隔板的前部全断面长度为1496mm，盾构机的前舱为切土部分，为了软塑土体的稳定用40mm钢板分割成小方格；盾构机I的后舱长度为3194mm，盾构机I的结构为敞开式护盾，盾构机I上设置千斤顶支座6，以及在液压千斤顶2收回时，安装支撑工字钢3予以支撑。
[0034]在本实用新型中进一步优选的实施方案还有，在所述盾构机I的盾尾与钢筋混凝土墙4衬砌之间设置有可组装的钢桁架7。
[0035]在本实用新型中进一步优选的实施方案还有，在所述盾构机I的前部还加设有纵向和水平加强梁。
[0036]在本实用新型中进一步优选的实施方案还有，所述液压千斤顶2被设置在马蹄形的盾构机I的两侧和底边，并将其分为4个区域，通过控制器对每个区域的液压千斤顶2推进的行程分别进行控制。
[0037]本实用新型不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种马蹄形开敞式盾构体结构，其特征在于，所述盾构结构包括马蹄形断面盾构机，在盾构机马蹄形断面的周边设有若干只液压千斤顶和支撑工字钢构成的可拆移式反力结构，在反力结构的一侧设置有钢筋混凝土衬砌洞身结构。2.如权利要求1所述的马蹄形开敞式盾构体结构，其特征在于，在所述马蹄形盾构机的两侧分别设有十字网格，安装在盾构机尾部一周的十字网格与液压千斤顶配合且同时用于反铲装车，安装在盾构机前部的十字网格用于切削土体。3.如权利要求2所述的马蹄形开敞式盾构体结构，其特征在于，将所述支撑工字钢安装在盾构机尾部的防护部下，并与已安装的支撑工字钢和钢筋条焊接在一起。4.如权利要求3所述的马蹄形开敞式盾构体结构，其特征在于，所述防护部为盾构机推进后由喷射于洞壁钢筋上的混凝土形成的临时稳定洞室。5.如权利要求4所述的马蹄形开敞式盾构体结构，其特征在于，所述液压千斤顶为14只，每只液压千斤顶的行程为60cm。6.如权利要求4所述的马蹄形开敞式盾构体结构，其特征在于，在所述盾构机的盾尾与钢筋混凝土衬砌之间设置有可组装的钢桁架的传力结构。7.如权利要求4所述的马蹄形开敞式盾构体结构，其特征在于，在所述盾构机的前部还加设有纵向和水平加强梁。8.如权利要求2所述的马蹄形开敞式盾构体结构，其特征在于，所述液压千斤顶被设置在马蹄形盾构机的两侧和底边。
【文档编号】E21D9-06GK204267036SQ201420329485
【发明者】赵新民, 颜志强, 衡富安, 徐其阳, 李峰 [申请人]中国水利水电第十一工程局有限公司