本發(fā)明涉及地下工程施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大埋深矩形或類矩形隧道盾構(gòu)施工裝置及方法。

背景技術(shù)：

對于埋深較大的隧道工程結(jié)構(gòu)，一般采用圓形或馬蹄形斷面。但有時圓形或馬蹄形斷面的空間利用率較低，比如大埋深的公路隧道，采用圓形或馬蹄形斷面往往會造成使用空間的極大浪費，而采用矩形或類矩形斷面更為經(jīng)濟合理；一般地，矩形或類矩形斷面的隧道工程多采用礦山法施工，工效低且安全風險高，而采用盾構(gòu)法可以提高施工效率，降低安全風險，但是隧道的襯砌結(jié)構(gòu)需要分塊拼裝，矩形或類矩形斷面管片采用常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拼裝難度非常大，且拼裝后整體性差，結(jié)構(gòu)容易失穩(wěn)，而且在大埋深的條件下這種鋼筋混凝土管片的厚度將會非常大，不僅增加了施工的難度，還造成了建設(shè)成本和安全風險的增加。

如何在安全可靠的前提下完成大埋深矩形或類矩形斷面隧道的快速施工，而且還要滿足大埋深高荷載下管片結(jié)構(gòu)的承載力要求，并且盡可能地提高隧道空間利用率，從而實現(xiàn)更高更好的經(jīng)濟效益和社會效益，這是一個亟待解決、亟待完善、意義深遠的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的：

針對上述既有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種適用于大埋深，可裝配式機械化建造的矩形或類矩形隧道盾構(gòu)施工裝置，提高施工過程中的安全可靠性能，加快施工進度，且提供一種經(jīng)濟能耗優(yōu)宜的新型施工方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

提供了一種大埋深矩形或類矩形隧道盾構(gòu)施工裝置，該裝置主要由盾構(gòu)主機、后配套、模板臺車組成，在盾構(gòu)主機的前端面設(shè)置有組合旋轉(zhuǎn)刀盤，在盾構(gòu)主機的后端設(shè)置有矩形管片拼裝機，在矩形管片拼裝機后端部的支撐懸臂梁上連接有模板伸縮油缸，在模板伸縮油缸的另一端連接固定有模板，在模板上預(yù)留設(shè)置有注漿口，注漿口通過管道與混凝土注漿機相連接，混凝土注漿機固定在后配套的前端部，后配套與盾構(gòu)主機相連且同步移動，在后配套的后端設(shè)置有模板臺車。

所述的模板臺車外部呈龍門拱形設(shè)置，在模板臺車的下部車腳位置處設(shè)置有行走電機，在模板臺車上部還連接固定有伸縮油缸，在伸縮油缸外側(cè)還連接設(shè)置有澆筑模板，在澆筑模板上設(shè)置有注漿孔。

所述的矩形管片拼裝機拼裝的管片采用工廠預(yù)制式加工，由多個管片節(jié)相互拼接而成，管片節(jié)之間通過螺栓固定連接，斷面為矩形或類矩形。

根據(jù)上述任一項所述的一種大埋深矩形或類矩形隧道盾構(gòu)施工裝置所采用的施工方法為：

（1）、首先進行隧道開挖，盾構(gòu)主機帶動組合旋轉(zhuǎn)刀盤旋轉(zhuǎn)，在液壓油缸的作用下，切削土體的同時沿設(shè)計線路向接收井推進，挖出的土體通過運渣車運至棄渣場地；

（2）、進行矩形或類矩形鋼管片拼裝，隨著盾構(gòu)主機的向前推移同步進行，通過管片輸送機將預(yù)制鋼管片吊裝就位，管片拼裝機進行矩形鋼管片的拼裝，并將拼裝的管片通過螺栓連接；環(huán)向管片利用相鄰管片間預(yù)留的孔洞，進行螺栓連接；縱向管片利用環(huán)與環(huán)之間的預(yù)留孔洞，進行螺栓連接；

（3）、架設(shè)臨時支撐，在盾構(gòu)機推進過程中，裝配式的矩形鋼管片起到臨時支撐的作用，保證圍巖的穩(wěn)定性，如果隧道跨度較大應(yīng)在鋼管片跨中位置設(shè)置一道或多道臨時支撐；

（4）、進行矩形或類矩形鋼管片內(nèi)混凝土澆筑，主要利用模板伸縮油缸、模板支架、混凝土注射裝置對鋼管片槽內(nèi)注射混凝土，在掘進過程中拼裝完成的矩形或類矩形鋼管片兼具內(nèi)模的作用，混凝土澆筑完成后，混凝土與型鋼形成組合結(jié)構(gòu)；

（5）、二次砌襯施工，在盾構(gòu)機掘進的同時，模板臺車緊隨其后，行走于下部鋼管片布置的鋼軌上，在盾構(gòu)主機推進一定距離后，二次襯砌的施工可以適時開展，形成流水作業(yè)，應(yīng)用混凝土澆筑設(shè)備，并配合使用模板臺車施工；

（6）、重復(fù)上述（1）～（5）過程至隧道掘進貫通。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）通過引進矩形盾構(gòu)機和矩形管片，形成矩形截面隧道，可以大幅提升隧道掘進空間的利用率，相較常規(guī)的圓形截面，矩形截面的空間利用率提升可達20%。同時，矩形管片的一次成型，減免二襯和內(nèi)裝飾時諸多不便；

（2）通過引進裝配式的鋼管片形式，可以起到臨時支撐作用，保障施工安全性，適用于大埋深工況，同時可以大幅提高機械化施工的速度；

（3）通過二襯施工，實現(xiàn)鋼管片與混凝土的組合，組合發(fā)揮兩者的材料優(yōu)勢，提高組合管片的承載力和耐久性。

（4）整個施工過程清晰流暢，施工過程可控性強，可組織性好，施工質(zhì)量容易得到保障；

（5）該施工裝置及方法將矩形截面、組合結(jié)構(gòu)、裝配化建造引入隧道施工中，從地下空間利用率，材料利用率，施工速度、施工組織管理諸多方面降低成本，具有顯著的經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)盾構(gòu)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的模板臺車的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的矩形管片拼裝的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中；1為盾構(gòu)主機；2為后配套；3為模板臺車；4為組合旋轉(zhuǎn)刀盤；5為矩形管片拼裝機；6為支撐懸臂梁；7為模板伸縮油缸；8為模板；9為注漿口；10為管道；11為混凝土注漿機；12為行走電機；13為伸縮油缸；14為澆筑模板；15為注漿孔；16為管片節(jié)。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做出詳細的描述。

如圖1～3所示，提供了一種大埋深矩形或類矩形隧道盾構(gòu)施工裝置，該裝置主要由盾構(gòu)主機1、后配套2、模板臺車3組成，在盾構(gòu)主機的前端面設(shè)置有組合旋轉(zhuǎn)刀盤4，在盾構(gòu)主機的后端設(shè)置有矩形管片拼裝機5，在矩形管片拼裝機后端部的支撐懸臂梁6上連接有模板伸縮油缸7，在模板伸縮油缸7的另一端連接固定有模板8，在模板上預(yù)留設(shè)置有注漿口9，注漿口通過管道10與混凝土注漿機11相連接，混凝土注漿機11固定在后配套2的前端部，后配套與盾構(gòu)主機相連且同步移動，在后配套2的后端設(shè)置有模板臺車3。

所述的模板臺車外部呈龍門拱形設(shè)置，在模板臺車3的下部車腳位置處設(shè)置有行走電機12，在模板臺車3上部還連接固定有伸縮油缸13，在伸縮油缸13外側(cè)還連接設(shè)置有澆筑模板14，在澆筑模板上設(shè)置有注漿孔15。

所述的矩形管片拼裝機拼裝的管片采用工廠預(yù)制式加工，由多個管片節(jié)16相互拼接而成，管片節(jié)之間通過螺栓固定連接，斷面為矩形或類矩形。

根據(jù)上述任一項所述的一種大埋深矩形或類矩形隧道盾構(gòu)施工裝置所采用的施工方法為：

（1）、首先進行隧道開挖，盾構(gòu)主機帶動組合旋轉(zhuǎn)刀盤旋轉(zhuǎn)，在液壓油缸的作用下，切削土體的同時沿設(shè)計線路向接收井推進，挖出的土體通過運渣車運至棄渣場地。

（2）、進行矩形或類矩形鋼管片拼裝，隨著盾構(gòu)主機的向前推移同步進行，通過管片輸送機將預(yù)制鋼管片吊裝就位，管片拼裝機進行矩形鋼管片的拼裝，并將拼裝的管片通過螺栓連接；環(huán)向管片利用相鄰管片間預(yù)留的孔洞，進行螺栓連接；縱向管片利用環(huán)與環(huán)之間的預(yù)留孔洞，進行螺栓連接。

（3）、架設(shè)臨時支撐，在盾構(gòu)機推進過程中，裝配式的矩形鋼管片起到臨時支撐的作用，保證圍巖的穩(wěn)定性，如果隧道跨度較大應(yīng)在鋼管片跨中位置設(shè)置一道或多道臨時支撐。

（4）、進行矩形或類矩形鋼管片內(nèi)混凝土澆筑，主要利用模板伸縮油缸、模板支架、混凝土注射裝置對鋼管片槽內(nèi)注射混凝土，在掘進過程中拼裝完成的矩形或類矩形鋼管片兼具內(nèi)模的作用，混凝土澆筑完成后，混凝土與型鋼形成組合結(jié)構(gòu)。

（5）、二次砌襯施工，在盾構(gòu)機掘進的同時，模板臺車緊隨其后，行走于下部鋼管片布置的鋼軌上，在盾構(gòu)主機推進一定距離后，二次襯砌的施工可以適時開展，形成流水作業(yè)，應(yīng)用混凝土澆筑設(shè)備，并配合使用模板臺車施工。

（6）、重復(fù)上述（1）～（5）過程至隧道掘進貫通。

本發(fā)明首先提供了一種矩形盾構(gòu)掘進的成套設(shè)備,該設(shè)備由盾構(gòu)主機、模板伸縮油缸、模板、鋼管片、混凝土注射裝置、后配套以及模板臺車等部分組成；在選用時盾構(gòu)主機的刀盤為組合旋轉(zhuǎn)刀盤，該刀盤旋轉(zhuǎn)開挖切削扭矩大、攪拌扭矩低，對周圍土體擾動小，同時盾體跳動小，有利于頂管姿態(tài)控制及地表沉降控制，設(shè)備后期的運行可靠性高；該盾構(gòu)裝置的盾殼為組合超寬盾殼，主要承受水土壓力及地面載荷壓力；該裝置的管片拼裝機采用矩形管片拼裝設(shè)計；矩形管片的注漿主要借助盾構(gòu)主機尾盾布置的模板支架完成，模板支架上布置有模板伸縮油缸，油缸一端與管片拼裝機支撐懸臂梁連接，一端連接模板，模板上預(yù)留注漿口，注漿口通過泥漿管與凝土注射機連接；在盾構(gòu)機運行一定行程后，模板伸縮油缸提升將模板壓緊矩形鋼管片，然后進行混凝土的成型澆筑，在澆筑完成后收縮模板伸縮油缸，跟隨盾構(gòu)主機一同向接收井移動，后配套與盾構(gòu)主機相連，同步移動；在該設(shè)備的最后端還設(shè)置有模板臺車，其主要用于二襯結(jié)構(gòu)的施工，位于盾構(gòu)機之后，與盾構(gòu)機分離單獨工作，該模板臺車的外形呈現(xiàn)龍門拱形，下方可穿行雙頭鋼管片運輸車和運渣小車；在具體的工作中，模板臺車模板可在液壓油缸的作用下收縮、伸展，在需要工作時，其在液壓油缸上連接的澆筑模板收縮脫離鋼管片一定安全距離，在行走電機的帶動下行走到下一工位，當?shù)竭_指定工位后模板臺車澆筑模板在伸縮油缸的帶動下外伸貼合鋼管片，在矩形或類矩形鋼管片內(nèi)形成封閉空間，進行素混凝土澆筑，待混凝土凝固具備一定強度后，模板臺車模板再次收縮、行走到下一工位，依此往復(fù)完成隧洞的二次襯砌。

為了配合本發(fā)明的大埋深盾構(gòu)裝置的安全且高效率的工作，還提供了一種裝配式鋼管片與現(xiàn)澆模筑混凝土相結(jié)合的襯砌結(jié)構(gòu)形式；該管片由多塊工廠預(yù)制的鋼管片在現(xiàn)場拼裝而成，管片斷面為矩形或類矩形；各組成部分的連接，既可以采用螺栓的方式，也可采用焊接的方式；鋼管片設(shè)置橫縱加勁肋以增強鋼管片整體和局部的強度、剛度以及穩(wěn)定性；鋼管片環(huán)與環(huán)的連接通過預(yù)留的孔洞采用高強螺栓進行連接，管片環(huán)向各管片之間的拼接可通過環(huán)向各管片間預(yù)留的孔洞進行螺栓連接；從而有效增強整個隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性；鋼管片拼裝完成后，通過現(xiàn)澆模筑形成組合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)型鋼與混凝土的共同受力，協(xié)同工作。