一种盾构法及盾构机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种盾构法及盾构机，属于盾构技术领域。
【背景技术】
[0002]网格挤压式盾构的原理是通过对土体的挤压而产生的网格与土体间的摩擦力达到与土压力和水压力的平衡，地面易产生较大的隆陷变化，对地层土体的扰动较大。
[0003]压缩空气平衡盾构的原理是压缩空气压力与土压力和水压力保持平衡，压缩空气的压力高于或等于隧道工作面底部的土压力和水压力之和，由于水压有明显的梯度，因此，在顶部过剩的压力会使空气进入地层，当土壤颗粒由于气流失去平衡时，覆土层较浅的隧道工作面就有泄露而引起“喷发”，并可能导致灾难性的后果。
[0004]土压平衡盾构的原理是刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上。
[0005]泥水盾构是将一定浓度的泥浆，栗入泥水盾构的泥水仓中，随着刀盘切下来的土渣与地下水顺着刀槽流入开挖室中，泥水仓中的泥浆浓度和压力逐渐增大，并平衡于挖面的土压力和水压力，在开挖面上形成泥膜或泥水压形成的渗透壁，对开挖面进行稳定挖掘。
[0006]上述土压平衡盾构和泥水平衡盾构法的共同原理是通过前部端面刀盘切削土体，且刀盘的主轴都垂直于开挖面，刀盘的结构复杂，成本极高。
【发明内容】
[0007]本发明提出的是一种盾构法及盾构机，其目的旨在解决现有技术所存在的上述缺陷，具有对表层土地扰动小、结构简单、造价低、安全可靠等特点。
[0008]本发明的技术方案:一种盾构法，包括如下步骤:
1)将盾构机盾壳I内的土体底部挖空；
2)盾构机在行进的过程中，底部已挖空的上部土体在重力或压力作用下落入下方的土体输送机3上，并由土体输送机3运走。
[0009]—种盾构机，包括前盾，该前盾包括盾壳1、掘进刀2、土体输送机3、阶梯网格4、气压平衡室5、封板6和土压平衡室7，其中掘进刀2、土体输送机3、阶梯网格4、封板6和土压平衡室7安装在盾壳I内，土体输送机3安装在阶梯网格4的下方，土体输送机3的后部安装有土压平衡室7，封板6、盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4和前端土体共同围成气压平衡室5，或封板6、盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4、前端土体和掘进刀2共同围成气压平衡室5，盾壳I底的上平面、土体输送机3的前方和网格4的下方安装有掘进刀2，掘进刀2对盾壳I内底部的土体挖掘，并输送至土体输送机3上，该盾构机在行进过程中，底部已挖空的不同高度的上部土体经阶梯网格4分层后，在重力或压力作用下分区域落入下方的土体输送机3上，并由土体输送机3运走。
[0010]—种盾构机，包括前盾，该前盾包括盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4、气压平衡室5、封板6、土压平衡室7、喷嘴9、泥水仓10和泥水平衡室11，其中土体输送机3、阶梯网格4、封板6、土压平衡室7、喷嘴9、泥水仓10和泥水平衡室(11)安装在盾壳I内，土体输送机3安装在阶梯网格4的下方和泥水仓10的上方，土体输送机3的后部安装有土压平衡室7，封板6、盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4和前端最底层横向格栅4-1上方的土体共同围成气压平衡室5，喷嘴9安装在阶梯网格4的底部，土体输送机3的底部、盾壳1、封板6、前端最底层横向格栅4-1下方的土体共同围成泥水仓10，泥水平衡室11安装在泥水仓10的后部，喷嘴9通过水力将盾壳I内下方的土体变为泥水混合物，泥水混合物经泥水平衡室11输送至后盾，该盾构机在行进过程中，底部已挖空的不同高度的上部土体经阶梯网格4分层后，在重力或压力作用下分区域落入下方的土体输送机3上，并由土体输送机3运走。
[0011]本发明的优点:集成了网格挤压式盾构、压缩空气平衡盾构、土压平衡盾构和泥水平衡盾构的优点，克服了网格挤压盾构对地层土体扰动大、压缩空气盾构可能导致“喷发”事故、土压平衡盾构和泥水平衡盾构结构复杂造价高的缺点。
【附图说明】
[0012]图1是螺旋式掘进刀矩形盾构机主视图(实施例1);
图2是图1中I处的局部放大图；
图3是图1中A-A的截面图；
图4是图3中II处的局部放大图；
图5是图1中B-B的截面图；
图6是图5中III处的局部放大图；
图7是图3中C-C的截面图；
图8是图7中IV处的局部放大图；
图9是盾构机内的土体受力图；
图10是图9中D-D截面的受力图；
图11是现有压缩空气盾构土体的受力图；
图12是刮板式掘进刀矩形盾构机主视图(实施例1);
图13是图12中V处的局部放大图；
图14是图12中E-E的截面图；
图15是图14中VI处的局部放大图；
图16是图12中F-F的截面图；
图17是图16中VII处的局部放大图。
[0013]图18是图14中G-G的截面图；
图19是图18中VID处的局部放大图；
图20是矩形盾构机主视图(实施例2)；
图21是图20中K处的局部放大图。
[0014]图中，I是盾壳、2是掘进刀、3是土体输送机、3-1是横向输送机、3-2是纵向输送机、4是阶梯网格、4_1是横向格棚.、4_2是纵向格棚.、5是气压平衡室、6是封板、7是土压平衡室、8是过渡舱、9是喷嘴、10是泥水仓、11是泥水平衡室。
【具体实施方式】
[0015]—种盾构法，包括如下步骤:
1)将盾构机盾壳I内的土体底部挖空；
2)盾构机在行进的过程中，底部已挖空的上部土体在重力或压力作用下落入下方的土体输送机3上，并由土体输送机3运走。
[0016]所述步骤I)将盾构机盾壳I内的土体底部挖空的方法可以是使用机械挖掘的方法或使用水力将土体变为泥水混合物运走的方法。
[0017]如图1所示，一种盾构机，包括前盾，该前盾包括盾壳1、掘进刀2、土体输送机3、阶梯网格4、气压平衡室5、封板6和土压平衡室7，其中掘进刀2、土体输送机3、阶梯网格4、封板6和土压平衡室7安装在盾壳I内，土体输送机3安装在阶梯网格4的下方，土体输送机3的后部安装有土压平衡室7，盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4、封板6和前端土体共同围成气压平衡室5，或封板6、盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4、前端土体和掘进刀2共同围成气压平衡室5，盾壳I底的上平面、土体输送机3的前方和网格4的下方安装有掘进刀2，掘进刀2对盾壳I内底部的土体挖掘，并输送至土体输送机3上，该盾构机在行进过程中，底部已挖空的不同高度的上部土体经阶梯网格4分层后，在重力或压力作用下分区域落入下方的土体输送机3上，并由土体输送机3运走。
[0018]所述土体输送机3包括横向输送机3-1和纵向输送机3-2，横向输送机3_1布置在纵向输送机3-2的侧面，纵向输送机3-2的后部为土压平衡室7，横向输送机3-1可将其上方落下的土体输送到纵向输送机3-2上，纵向输送机3-2可将土体经土压平衡室7输送到后盾。
[0019]所述横向输送机3-1是上部开口的螺旋输送机。
[0020]所述掘进刀2可以是螺旋式结构，掘进刀2的主轴是平行于开挖面，掘进刀2外圆上的刀头是螺旋状的。
[0021]所述掘进刀2也可以是刮板式结构，刮板上安装有用于破碎孤石的动力刀。
[0022]所述掘进刀2处安装有气压、土压或水压平衡装置，用于平衡掘进刀2处前方土体的压力。
[0023]所述阶梯网格4包括横向格栅4-1和纵向格栅4-2，所述横向格栅4-1呈倒阶梯状，纵向格栅4-2连接各层横向格栅4-1和盾壳I。
[0024]横向格栅4-1的横截面底部带有向下倾斜角。
[0025]该盾构机的前盾还包括过渡舱8，过渡舱8设置有两扇密封门，两扇密封门分别连接后盾和气压平衡室5。
[0026]如图20所不，一种盾构机，包括前盾，该前盾包括盾壳1、土体输送机3、阶梯网格
4、气压平衡室5、封板6、土压平衡室7、喷嘴9、泥水仓10和泥水平衡室11，其中土体输送机
3、阶梯网格4、封板6、土压平衡室7、喷嘴9、泥水仓10和泥水平衡室11安装在盾壳I内，土体输送机3安装在阶梯网格4的下方和泥水仓10的上方，土体输送机3的后部安装有土压平衡室7，封板6、盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4和前端最底层横向格栅4-1上方的土体共同围成气压平衡室5，喷嘴9安装在阶梯网格4的底部，土体输送机3的底部、盾壳1、封板6、前端最底层横向格栅4-1下方的土体共同围成泥水仓10，泥水平衡室11安装在泥水仓10的后部，喷嘴9通过水力将盾壳I内下方的土体变为泥水混合物，泥水混合物经泥水平衡室11输送至后盾，该盾构机在行进过程中，底部已挖空的不同高度的上部土体经阶梯网格4分层后，在重力或压力作用下分区域落入下方的土体输送机3上，并由土体输送机3运走。
[0027]该盾构机的前盾还包括过渡舱8，过渡舱8设置有两扇密封门，两扇密封门分别连接后盾和气压平衡室5。
[0028]实施例1
如图1一图19所示，该盾构机的前盾包括盾壳1、掘进刀2、土体输送机3，阶梯网格4、气压平衡室5、封板6和土压平衡室7，其中掘进刀2、土体输送机3、阶梯网格4、封板6和土压平衡室7安装在盾壳I内，土体输送机3安装在阶梯网格4的下方，土体输送机3的后部安装有土压平衡室7，盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4、封板6和前端土体共同围成气压平衡室5，盾壳I底的上平面、土体输送机3的前方和网格4的下方安装有掘进刀2，掘进刀2对盾壳I内底部的土体挖掘，并输送至土体输送机3上，该盾构机在行进过程中，底部已挖空的不同高度的上部土体经阶梯网格4在重力或压力作用下分区域落入下方的土体输送机3上，并由土体输送机3运走。
[0029]掘进刀2处安装有气压、土压或水压平衡装置，用于平衡掘进刀2处前方土体的压力。也可以将掘进刀2与气压平衡室5连通，利用气压平衡室5的压力平衡掘进刀2处前方土体的压力。此时，盾壳1、土体输送机3、阶梯网格4、封板6、前端土体和掘进刀2共同围成气压平衡室5。
[0030]掘进刀2的作用是挖掘盾壳I内底部的土体并输送至输送机3，盾构机行进过程中，由于盾壳I内底部的土体被掘进刀2挖空，上部的土体可以在