专利名称：超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法
技术领域：
本发明涉及一种渣土运输施工方法，尤指一种土压平衡盾构掘进时，可连续且快
速地运输渣土的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法。
背景技术：
随着我国大规模地铁建设逐步开展，城市地下工程施工技术的研究开发已成为一 个重要的课题。盾构法隧道以其具有绿色环保的特点已广泛受到了各方面的注目，特别是 土压平衡盾构，其广泛的地层适用性和环境适应性而备受关注。 目前，小型地铁土压平衡盾构主要是依靠螺旋输送机将渣土 (即切削弃土 )输送 到车架皮带机，然后由皮带机输送到电机车上的土箱内，再由电机车将碴土运到工作井口 ， 通过桁车吊运至地面。 对于直径超过14米的超大直径土压平衡盾构而言，如仍采用以上传统的渣土运 输施工方法，则容易出现以下问题 (1)由于电机车土箱的体积有限，导致间歇性出土，因此盾构在掘进期间停顿次数
增加，对周围地层以及地面建构筑物产生不利影响； (2)电机车的运输方式受限于隧道内有限的空间资源利用； (3)采用电机车运输时，土箱满载的渣土容易掉落在轨道上，清理起来会花费大量 人力、物力，影响隧道施工的整洁。 另经检索发现，中国专利号200610113264. 3 "—种土压平衡长距离顶管小车出土 连续作业的施工方法"，是一种在长距离顶管工程施工中，实现小车出土连续作业的一种土 压平衡长距离顶管小车出土连续作业的施工方法。其通过安装窄型导轨和一套或多套液 压举升装置，在一辆小车装土时，还可进入一个空车至顶管机附近，或再有多个空车随后， 将后进入的空车各用液压举升装置举升起来，第一辆小车装满土后，分别从液压举升装置 中间空挡位置通过，一直向后至工作井吊出，而靠近出土处的空车从液压举升装置上放下， 推至出土处装土，后续一个或多个空车依次往前递进，并由液压举升装置举升，重复上述过 程，就可以将顶进作业的时间基本连贯起来，与传统的渣土运输施工方法类似，且皆采用电 机车出土的方式将渣土运出工作井，仍无法解决超大直径土压平衡盾构于渣土运输上所产 生的问题，故以电机车出土的方式不适用于超大直径土压平衡盾构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工 方法，改善利用电机车出土的渣土运输施工方法无法连续且快速出土的问题，以及电机车 的使用受限于隧道空间和掉落渣土的清理工作耗费人力的缺点。 本发明的技术解决方案是提供一种超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方
法，并用于隧道工程并排除盾构切削下的渣土，其特征在于，该方法包含以下步骤 隧道内的水平运送，利用圆隧道管片的连接螺栓于隧道中架设同步延伸水平皮带机，由盾构切削下的渣土经同步延伸水平皮带机运送至工作井的集土坑中； 工作井内的垂直运送，利用垂直抓斗将集土坑中的渣土抓运至邻近地面的空中集
土仓； 空中集土仓的垂直运送，渣土在空中集土仓内通过水平螺旋机搅拌均匀后，打开 空中集土仓底部放料口处的阀门并控制出土速度，渣土受重力而落入下方的土方车内；以 及 地面的水平运送，土方车满载后则关闭放料口的阀门，满载的土方车便可移出，下 一部土方车接续就位并预备装载。 如上所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，该同步延伸水平皮带
机横向设置可滑动托辊，使同步延伸水平皮带机适应于隧道走向而调整。 如上所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，该同步延伸水平皮带
机包含有井内主机装置与隧道内延伸装置，井内主机装置的一端部位于工作井内的集土坑
上方，隧道内延伸装置的一端部位于盾构机的出土口下方，井内主机装置的支架长度固定
不变，并以液压服务器控制皮带储存装置，使皮带随盾构推进而自动伸长，并于盾构推进结
束拼装管片时，在隧道内壁悬挂焊接皮带机延伸支架。 如上所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，该同步延伸水平皮带 机尚包含有清扫装置，清扫装置包含有聚氨酯材料刷与钢板，并配合喷淋与污水处理模块 执行清扫作业。 如上所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，于工作井内的水平运 送的步骤中，是以可程序逻辑控制器控制同步延伸水平皮带机的运行，且该可程序逻辑控 制器与盾构的控制系统兼容，并可间隔安装摄像头与紧急起止开关，摄像头的拍摄讯号可 传送至盾构操作室与地面监控室，以实现远程控制。 如上所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，空中集土仓包含有四 层，第一层停放土方车，第二层的侧板是以钢板做斜坡，并设置水平螺旋机对空中集土仓内 的渣土搅拌，配合底板放料口处安装液压闸门，控制渣土的出土速度而将渣土卸放至土方 车，第三层四周以钢筋混凝土围挡，形成地面储存渣土的集料斗，第四层设置横跨工作井集 土坑上方桁车抓斗梁与桁车抓斗，桁车抓斗于工作井内集土坑抓土后吊运至空中集土仓 中。 本发明的优点是该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法设置集土坑和 空中集土仓，以及有效结合同步延伸水平皮带机和垂直抓斗，可快速且连续的将隧道内的 渣土运输出地面，展现运能充足的优点，并可确保超大直径土压平衡盾构机连续且无间断 掘进施工，有效减少盾构掘进对地层的环境影响，另外该超大直径土压平衡盾构快速连续 出土施工方法的同步延伸水平皮带机的设置有效利用隧道的上部空间，使得隧道内的空间 配置更为优化并提高施工的流畅性，且该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法使 用技术成熟度高的装置、设备与系统，所以操作方法简单，并具有可靠性高、故障率低与维 修保养方便的优点。
图1为本发明超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法的一具体实施例的流程示意图。
具体实施例方式
如图1所示，揭示本发明所提供的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法 的流程示意图，该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法的实施步骤包含先进行 隧道内的水平运送，接着执行工作井内的垂直运送，以及空中集土仓的垂直运送，与地面的 水平运送，用于隧道工程并排除盾构切削下的渣土。 于隧道内的水平运送步骤中，利用圆隧道管片的连接螺栓于隧道中架设同步延伸 水平皮带机，由盾构切削下的渣土经同步延伸水平皮带机运送至工作井的集土坑中，其中， 本发明是以可程序逻辑控制器控制该同步延伸水平皮带机的运行，且该可程序逻辑控制器 与盾构的控制系统兼容，并可间隔安装摄像头与紧急起止开关，摄像头的拍摄讯号可传送 至盾构操作室与地面监控室，以实现远程控制。 于工作井内的垂直运送步骤中，利用垂直抓斗将集土坑中的渣土抓运至邻近地面 的空中集土仓。 于空中集土仓的垂直运送步骤中，渣土在空中集土仓内通过水平螺旋机充分搅拌
均匀后，打开空中集土仓底部放料口处的阀门并控制出土速度，渣土受重力而落入下方的 土方车内，其中，采用的闸门为液压闸门。 于地面的水平运送步骤中，土方车满载后则关闭放料口的阀门，满载的土方车便 可移出，下一部土方车接续就位并预备装载。 上述中，该同步延伸水平皮带机采用包心型或S型的储带方式，并以液压式和机 械式双重张紧装置，使延伸长度不小于75米，使得盾构一次性推进75米而不转接皮带，推 进至皮带极限长度后，接续下一节皮带，以及皮带之间的连接采用冷胶硫化对接，并于短时 间内完成，该同步延伸水平皮带机横向设置可滑动托辊，使同步延伸水平皮带机适应于隧 道走向而调整。 另外，该同步延伸水平皮带机包含有井内主机装置与隧道内延伸装置，井内主机 装置的一端部位于工作井内的集土坑上方，隧道内延伸装置的一端部位于盾构机的出土口 下方，井内主机装置的支架长度固定不变，并以液压服务器控制皮带储存装置，使皮带随盾 构推进而自动伸长，并于盾构推进结束拼装管片时，在隧道内壁悬挂焊接皮带机延伸支架， 此外，该同步延伸水平皮带机尚包含有清扫装置，清扫装置包含有聚氨酯材料刷与钢板，并 配合喷淋与污水处理模块执行清扫作业。 其中，空中集土仓包含有四层，第一层停放土方车，第二层的侧板是以钢板做斜 坡，并设置水平螺旋机对空中集土仓内的渣土搅拌，配合底板放料口处安装液压闸门，控制 渣土的出土速度而将渣土卸放至土方车，第三层四周以钢筋混凝土围挡，形成地面储存渣 土的集料斗，第四层设置横跨工作井集土坑上方桁车抓斗梁与桁车抓斗，桁车抓斗于工作 井内集土坑抓土后吊运至空中集土仓中。 此外，浇注钢筋混凝土挡墙形成工作井内的集土坑，集土坑容量视盾构每环出土 量和空中集土仓容量而定，并且集土坑具有一定深度，防止皮带机端头堆泥影响皮带机运 转，以满足垂直运输要求。 综上所述，该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法通过设置集土坑和空
5中集土仓，以及结合同步延伸水平皮带机和垂直抓斗，达到隧道内连续运输与地面上高效 出土的目的，并满足超大直径土压平衡盾构机于掘进作业中，大量渣土及时外运的需求，进 而保证超大直径土压平衡盾构机掘进的连续性，降低掘进停顿对周围环境造成的影响，且 该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法所使用的设备与系统均为发展成熟的技 术，进一步组合使该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法的排土效率提高，使盾 构的掘进作业可以顺利进行。 该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法具有以下优点
1.操作简单、可靠性高、故障率低且维修保养方便。 2.可连续运土，运能充足可满足超大直径土压平衡盾构的开挖排土需求。
3.通过圆隧道管片的连接螺栓建构同步延伸水平皮带机的纵横向支架，加强同步 延伸水平皮带机的连接刚度，又不占用圆隧道中用于结构同步施工和材料运输的通道，使 空间的运用与分配更佳，并可利于施工的进行。 4.依据工况条件与场地大小，设置的集土坑与空中集土仓可以储存一定容量的渣 土，可应对土方车外运环节造成的延误。 5.该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法所采用的设备与系统可全部 国产化，进而降低施工成本。 6.可广泛适用于地铁盾构，大型或超大型土压平衡盾构法隧道，故适用性佳。
权利要求
一种超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，并用于隧道工程并排除盾构切削下的渣土，其特征在于，该方法包含以下步骤隧道内的水平运送，利用圆隧道管片的连接螺栓于隧道中架设同步延伸水平皮带机，由盾构切削下的渣土经同步延伸水平皮带机运送至工作井的集土坑中；工作井内的垂直运送，利用垂直抓斗将集土坑中的渣土抓运至邻近地面的空中集土仓；空中集土仓的垂直运送，渣土在空中集土仓内通过水平螺旋机搅拌均匀后，打开空中集土仓底部放料口处的阀门并控制出土速度，渣土受重力而落入下方的土方车内；以及地面的水平运送，土方车满载后则关闭放料口的阀门，满载的土方车便可移出，下一部土方车接续就位并预备装载。
2. 根据权利要求1所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，其特征在 于该同步延伸水平皮带机横向设置可滑动托辊，使同步延伸水平皮带机适应于隧道走向 而调整。
3. 根据权利要求2所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，其特征在 于该同步延伸水平皮带机包含有井内主机装置与隧道内延伸装置，井内主机装置的一端 部位于工作井内的集土坑上方，隧道内延伸装置的一端部位于盾构机的出土口下方，井内 主机装置的支架长度固定不变，并以液压服务器控制皮带储存装置，使皮带随盾构推进而 自动伸长，并于盾构推进结束拼装管片时，在隧道内壁悬挂焊接皮带机延伸支架。
4. 根据权利要求3所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，其特征在 于该同步延伸水平皮带机尚包含有清扫装置，清扫装置包含有聚氨酯材料刷与钢板，并配 合喷淋与污水处理模块执行清扫作业。
5. 根据权利要求4所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，其特征在 于于工作井内的水平运送的步骤中，是以可程序逻辑控制器控制同步延伸水平皮带机的 运行，且该可程序逻辑控制器与盾构的控制系统兼容，并可间隔安装摄像头与紧急起止开 关，摄像头的拍摄讯号可传送至盾构操作室与地面监控室，以实现远程控制。
6. 根据权利要求1至5任一项所述的超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法， 其特征在于空中集土仓包含有四层，第一层停放土方车，第二层的侧板是以钢板做斜坡， 并设置水平螺旋机对空中集土仓内的渣土搅拌，配合底板放料口处安装液压闸门，控制渣 土的出土速度而将渣土卸放至土方车，第三层四周以钢筋混凝土围挡，形成地面储存渣土 的集料斗，第四层设置横跨工作井集土坑上方桁车抓斗梁与桁车抓斗，桁车抓斗于工作井 内集土坑抓土后吊运至空中集土仓中。
全文摘要
本发明涉及一种超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法，尤指一种用于隧道工程并排除盾构切削下的渣土，其是将盾构切削下的渣土经同步延伸水平皮带机运送至工作井的集土坑中，并以垂直抓斗将集土坑内的渣土抓运至空中集土仓中，渣土在空中集土仓内通过水平螺旋机充分搅拌均匀后，配合底部放料口处的阀门，控制出土速度并使土体落入下方的土方车，土方车满载后，关闭放料口阀门，等待下一部土方车就位装载，该超大直径土压平衡盾构快速连续出土施工方法通过设置集土坑和空中集土仓，将同步延伸水平皮带机和垂直抓斗有效地结合，达到隧道内连续运输与地面上高效出土的目的。
文档编号E21D9/12GK101761343SQ20091020069
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者丁志诚, 周永习, 周隽, 张国友, 戴仕敏, 晁东辉, 杨启本, 杨磊, 郑宜枫, 郝亮, 马元, 黄德中 申请人:上海隧道工程股份有限公司