本發(fā)明屬于隧道施工設備技術領域，具體涉及一種隧道聯(lián)絡通道用盾構機及其聯(lián)絡通道掘進方法。

背景技術：

一般情況下地鐵隧道或鐵路隧道為雙線隧道，且兩隧道間距離比較短，隧道間每隔一定距離需設計聯(lián)絡通道以滿足后期服務、避險等多項需求。傳統(tǒng)的聯(lián)絡通道施工采用對地層加固、止水，人工開挖的方式進行。存在沉降控制復雜，安全風險高，施工效率低，成本高等特點，迫切需要尋找一種安全、可靠、經(jīng)濟的機械化、智能化設備以完成聯(lián)絡通道的施工。

盾構機是一種采用盾構法的集機械、電子、液壓、激光和控制等技術于一體的高度機械化和自動化的開挖襯砌成套設備。盾構技術不用大量拆遷，不用開挖地面，地面上無噪音、無塵土、不擾民，而且全部采用自動化控制，工程進度較快，因此，是一種即可減少工程污染，又可大幅度節(jié)約工程投資的施工技術。

盾構機本身為集機、電、液成套化復雜設備，始發(fā)時需要設計適合的始發(fā)臺、反力架，并做好端面的加固、反力支撐的固定等。需要特定始發(fā)豎井，空間場地要求高。如何將盾構機系統(tǒng)簡化，制作特殊的始發(fā)平臺，反力架。實現(xiàn)其能夠在隧道外組裝，隧道內(nèi)始發(fā)掘進尚屬空白。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述存在的問題和不足，提供一種結構設計合理、緊湊，設備施工穩(wěn)定，效率高，有效控制地面沉降，降低施工風險的隧道聯(lián)絡通道用盾構機及其聯(lián)絡通道掘進方法。

為達到上述目的所采取的技術方案是：

一種隧道聯(lián)絡通道用盾構機，包括分別設置在兩主隧道內(nèi)物料運輸軌道上的始發(fā)端支撐行走平臺和接收端支撐行走平臺、盾構機主機、分別設置在始發(fā)端支撐行走平臺和對應的主隧道管片上的反力支撐架和主隧道支護組件、以及分別設置在聯(lián)絡通道的始發(fā)端和接收端的始發(fā)端端頭密封組件和接收端端頭密封組件，所述的始發(fā)端支撐行走平臺上設置有管片吊裝組件，反力支撐架與盾構機主機之間設置有頂推掘進組件。

所述的始發(fā)端端頭密封組件和接收端端頭密封組件均包括固定在聯(lián)絡通道端部的主隧道管片上的密封套筒、設置在密封套筒內(nèi)壁上的兩道環(huán)形的密封刷、和開設在兩道密封刷之間的密封套筒筒壁上的油脂注入孔，所述的接收端端頭密封組件還包括有接收端封蓋和連通設置在密封套筒上的加壓保持系統(tǒng)，密封套管內(nèi)端部與主隧道管片之間設置有端頭連接板和密封圈。

所述的盾構機主機包括盾體、盾體前隔板、設置在盾體內(nèi)的主驅(qū)動系統(tǒng)和驅(qū)動馬達、設置盾體前端并與主驅(qū)動系統(tǒng)的連接的刀盤、以及設置在盾體內(nèi)的排渣螺旋輸送機，在盾體后端部與聯(lián)絡通道支撐管片匹配對接，所述的頂推掘進組件通過頂推盾體后端對接的聯(lián)絡通道支撐管片，完成開挖掘進作業(yè)；所述的刀盤為輻條式結構，刀盤前部的刀梁上布置有相應的開挖刀具。

所述的頂推掘進組件為布設在反力支撐架上的多組頂推油缸。

所述的主隧道支護組件包括主隧道管片、格柵狀交錯布設并與反力支撐架平行設置的受力格柵架、設置在受力格柵架與主隧道管片之間的環(huán)形加強筋梁，所述的反力支撐架與受力格柵架匹配貼合支撐，且在與反力支撐架對應的受力格柵架上設置有均力承載面板，環(huán)形加強筋梁與主隧道管片匹配連接，配合受力隔柵架，提供設備頂推反力支持。

所述的始發(fā)端支撐行走平臺和接收端支撐行走平臺上均設置有限位支撐盾構機主機的對接支撐架，所述的管片吊裝組件包括吊裝架、設置在始發(fā)端支撐行走平臺上的管片運輸軌道、匹配設置在管片運輸軌道上的管片運輸設備、和設置在反力支撐架頂部的管片起吊設備，始發(fā)端支撐行走平臺上的管片運輸軌道設置有與地面對接的軌道道岔。

所述的始發(fā)端支撐行走平臺和接收端支撐行走平臺均為多節(jié)首尾相連的平臺單元對接而成，各個平臺單元的底部設置有行走機構，實現(xiàn)設備在隧道內(nèi)快速移動，以滿足不同位置聯(lián)絡通道施工的需求。在始發(fā)端支撐行走平臺和接收端支撐行走平臺底部兩側均設置有穩(wěn)定撐靴；在始發(fā)端支撐行走平臺上還設置有液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)和排渣系統(tǒng)。

一種利用上述任一所述的盾構機的聯(lián)絡通道掘進方法，對于相鄰兩主隧道之間挖掘聯(lián)絡通道，其具體包括以下步驟：

①始發(fā)端和接收端穩(wěn)固處理：對聯(lián)絡通道的始發(fā)端和接收端處及其周邊的主隧道壁體和管片進行加固處理，滿足盾構機的開挖通過的需求；在與聯(lián)絡通道的始發(fā)端對應的主隧道的后側壁上設置主隧道支護組件，滿足盾構機掘進過程中的設備頂推需求；

②整體設備的固定和支撐：將盾構機及其附屬設備安裝放置在始發(fā)端支撐行走平臺上，并將始發(fā)端支撐行走平臺通過牽引車牽引至開挖聯(lián)絡通道位置，完成整體設備的支撐和固定，待設備即將貫通時，將接收端支撐行走平臺通過牽引車牽引至聯(lián)絡通道對應的接收位置，完成固定；

③始發(fā)端端頭密封的安裝和掘進：首先安裝始發(fā)端端頭密封組件，通過聯(lián)絡通道處端頭連接板及密封圈實現(xiàn)對接，并使盾構機的盾體與端頭密封組件的密封套筒完成對接，通過油脂注入孔向盾體與密封套筒之間注入密封油脂，完成始發(fā)端的密封和保壓；盾構機及其附屬設備接通電源，聯(lián)調(diào)掘進，由反力支撐架上的頂推掘進組件控制盾構機的掘進行程和掘進姿態(tài)；完成一個行程的掘進后，通過管片吊裝組件在盾構機的盾體后部拼裝聯(lián)絡通道支撐管片，由頂推掘進組件頂推聯(lián)絡通道支撐管片繼續(xù)掘進，重復上述行程掘進，直至待到達聯(lián)絡通道的接收端；

④接收端端頭密封：將接收端端頭密封組件固定安裝在聯(lián)絡通道的接收端的主隧道管片上，由加壓保持系統(tǒng)向接收端端頭密封組件的密封套筒內(nèi)填充滿渣土，滿足盾構機的刀盤貫穿聯(lián)絡通道的接收端后地層和管片的穩(wěn)定；待接收端端頭密封加壓保持完成后，盾構機及其附屬設備繼續(xù)掘進，直至掘進貫穿聯(lián)絡通道的接收端并支護完成；

⑤拆除接收端端頭密封組件，由接收端支撐行走平臺裝載盾構機主機，并由牽引車牽引出隧道，對始發(fā)端支撐行走平臺、附屬設備及隧道支護組件完成拆卸，并由牽引車牽引出隧道，完成一個聯(lián)絡通道的掘進。

采用上述技術方案，所取得的有益效果是：

本發(fā)明結構設計緊湊合理，通過反力支撐架和主隧道支護組件的結構設計，為盾構機的掘進提供了穩(wěn)定的頂推反力支撐，在盾構機的掘進過程中，能夠?qū)⑹┘釉诜戳χ渭苌系淖饔昧Ψ稚⒌秸麄€主隧道管片上，從而保障盾構機主機開挖掘進時能夠提供足夠的反力支撐。

本發(fā)明的聯(lián)絡通道的始發(fā)端和接收端設置端頭密封組件，通過盾體的前隔板與端頭密封組件，實現(xiàn)主隧道與地層的隔離，保障了頂推的安全，并且能夠有效的抵抗地層壓力，保障刀盤開挖位置與地層壓力一致，防止開挖坍塌或涌水至主隧道。

本發(fā)明的始發(fā)端支撐行走平臺和接收端支撐行走平臺通過牽引在主隧道內(nèi)靈活周轉，大大提高了聯(lián)絡通道的盾構機的靈活性，能夠適應有限的工作空間，實現(xiàn)在有限的工作空間內(nèi)的掘進和管片支護；采用在掘進過程中，單個掘進行程為管片的寬度，完成一個行程后頂推油缸收回，從而留出空間進行聯(lián)絡通道的管片拼裝，從而能夠?qū)崿F(xiàn)多工步連續(xù)掘進，在始發(fā)端和接收端的掘進過程中，能夠有效的利用有限的空間，從而實現(xiàn)掘進穩(wěn)定有序的開挖。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)自動化機械化挖掘，大大降低了勞動強度，減少能源消耗，節(jié)約成本，同時其設備施工穩(wěn)定，效率高，有效控制地面沉降，降低施工風險，本申請所采用的盾構機主機的行走支撐平臺為便捷移動的形式，附屬設計的主隧道管片支撐系統(tǒng)拆裝方便，可實現(xiàn)多個聯(lián)絡通道的快速、循環(huán)開挖，本發(fā)明整體結構設計合理，很好的填補了隧道間聯(lián)絡通道采用盾構機完成掘進開挖的空白，具有效率高，風險小，經(jīng)濟環(huán)保等特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖。

圖2為本發(fā)明聯(lián)絡通道始發(fā)端的主隧道布設結構示意圖之一。

圖3為本發(fā)明聯(lián)絡通道始發(fā)端的主隧道布設結構示意圖之二。

圖4為盾構機主機的結構示意圖。

圖5為圖4的左視結構示意圖。

圖6為主隧道支護組件的結構示意圖。

圖7為圖6的左視結構示意圖。

圖8為始發(fā)端端頭密封組件和接收端端頭密封組件的結構示意圖。

圖9為反力支撐架和管片吊裝組件的結構示意圖。

圖10為圖9中A-A向的結構示意圖。

圖11為圖9中B-B向的結構示意圖。

圖中序號：1為始發(fā)端支撐行走平臺、2為接收端支撐行走平臺、3為盾構機主機、31為盾體、32為盾體前隔板、33為主驅(qū)動系統(tǒng)、34為驅(qū)動馬達、35為刀盤、36為排渣螺旋輸送機、37為開挖刀具、4為反力支撐架、5為主隧道支護組件、51為主隧道管片、52為受力格柵架、53為加強筋梁、54為均力承載面板、6為始發(fā)端端頭密封組件、7為接收端端頭密封組件、8為管片吊裝組件、81為管片輸送軌道、82為管片運輸設備、83為管片起吊設備、84為軌道道岔、85為吊裝架、9為頂推油缸、10為聯(lián)絡通道、11為密封套筒、12為密封刷、13為油脂注入孔、14為接收端封蓋、15為加壓保持系統(tǒng)、16為端頭連接板、17為密封圈、18為聯(lián)絡通道支撐管片、19為對接支撐架、20為穩(wěn)定撐靴、21為液壓系統(tǒng)、22為電氣系統(tǒng)、23為控制系統(tǒng)、24為渣土改良系統(tǒng)、25為排渣系統(tǒng)、26為主隧道。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細說明。

實施例一：參見圖1-圖11，本發(fā)明一種隧道聯(lián)絡通道用盾構機，包括分別設置在兩主隧道26內(nèi)物料運輸軌道上的始發(fā)端支撐行走平臺1和接收端支撐行走平臺2、盾構機主機3、分別設置在始發(fā)端支撐行走平臺1和對應的主隧道管片上的反力支撐架4和主隧道支護組件5、以及分別設置在聯(lián)絡通道10的始發(fā)端和接收端的始發(fā)端端頭密封組件6和接收端端頭密封組件7，所述的始發(fā)端支撐行走平臺1上設置有管片吊裝組件8，反力支撐架與盾構機主機之間設置有頂推掘進組件，所述的頂推掘進組件為布設在反力支撐架上的多組頂推油缸9。

其中，始發(fā)端支撐行走平臺1和接收端支撐行走平臺2均為多節(jié)首尾相連的平臺單元對接而成，在始發(fā)端支撐行走平臺1和接收端支撐行走平臺2底部兩側均設置有穩(wěn)定撐靴20；在始發(fā)端支撐行走平臺2上還設置有液壓系統(tǒng)21、電氣系統(tǒng)22、控制系統(tǒng)23、渣土改良系統(tǒng)24和排渣系統(tǒng)25，始發(fā)端支撐行走平臺1和接收端支撐行走平臺2均可沿主隧道的物料運輸軌道曲線靈活行走。

聯(lián)絡通道兩端的始發(fā)端端頭密封組件6和接收端端頭密封組件7均包括固定在聯(lián)絡通道10端部的主隧道管片上的密封套筒11、設置在密封套筒11內(nèi)壁上的兩道環(huán)形的密封刷12、和開設在兩道密封刷12之間的密封套筒11筒壁上的油脂注入孔13，所述的接收端端頭密封組件還包括有接收端封蓋14和連通設置在密封套筒11上的加壓保持系統(tǒng)15，密封套管11內(nèi)端部與主隧道管片51之間設置有端頭連接板16和密封圈17。設置的始發(fā)端端頭密封組件，能夠在盾構機開始進入地層及掘出地層時保持刀盤開挖位置與地層壓力保持一致，以防止開挖面坍塌、涌水至主隧道。始發(fā)端端頭密封組件與主隧道的管片連接，密封套筒靠近后部的位置布置兩道密封刷，兩道密封刷之間沿軸向布置油脂注入孔。盾構機主機推進，密封刷包裹住盾體后，向密封刷間注入油脂，滿足端頭密封需求。設置的接收端端頭密封組件類似始發(fā)端端頭密封，但其后部為封閉形式，盾構機主機駛出前，在接收端端頭密封內(nèi)注入一定量渣土，滿足盾構機主機掘出后，其前部壓力與地層壓力保持一致，以保持地層的穩(wěn)定。

本實施例中的盾構機主機3包括盾體31、盾體前隔板32、設置在盾體31內(nèi)的主驅(qū)動系統(tǒng)33和驅(qū)動馬達34、設置盾體前端并與主驅(qū)動系統(tǒng)的連接的刀盤35、以及設置在盾體內(nèi)的排渣螺旋輸送機36，在盾體31后端部與聯(lián)絡通道支撐管片18匹配對接，所述的頂推掘進組件通過頂推盾體后端對接的聯(lián)絡通道支撐管片，完成開挖掘進作業(yè)，本實施例中頂推掘進組件為布設在反力支撐架上的多組頂推油缸9；本申請中的刀盤35為輻條式結構，刀盤35前部的刀梁上布置有相應的開挖刀具37。通過驅(qū)動馬達直接驅(qū)動刀盤掘進，無需使用減速機，一定程度上減少了主機的長度，為主隧道內(nèi)橫向布置盾構機提供條件；通過設置具有獨立的排渣系統(tǒng)，在盾體隔板底部布置螺旋輸送機，通過電機驅(qū)動螺旋葉片完成渣土的排渣。螺旋輸送機長度設計短小，以滿足隧道內(nèi)布置盾構機主機的需求，在螺機出渣端端部連接管路，將排出的渣土引導至盾構機主機側部，通過排渣泵將渣土泵送至渣車內(nèi)?？刂坡菪斔蜋C的轉速及排渣泵的流量以實現(xiàn)土艙壓力的控制。

對于主隧道支護組件5，其包括主隧道管片51、格柵狀交錯布設并與反力支撐架4平行設置的受力格柵架52、和設置在受力格柵架52與主隧道管片51之間的環(huán)形加強筋梁53，反力支撐架4與受力格柵架52匹配貼合支撐，且在與反力支撐架4對應的受力格柵架52上設置有均力承載面板54，本實施例中的主隧道支護組件在對主隧道開挖聯(lián)絡通道處管片進行加強支護，結合管片后部地層加固，滿足盾構機主機開挖時反力的需求。該支護組件在管片內(nèi)環(huán)形成分散支撐，這樣將盾構機主機施加在管片后部的應力分散到多個管片環(huán)上，從而保證盾構機主機開挖掘進時提供足夠的反力支持。

所述的始發(fā)端支撐行走平臺1和接收端支撐行走平臺2上均設置有限位支撐盾構機主機的對接支撐架19，用來支撐限位盾構機主機，所述的管片吊裝組件8包括吊裝架85、設置在始發(fā)端支撐行走平臺上的管片運輸軌道81、匹配設置在管片運輸軌道81上的管片運輸設備82、和設置在反力支撐架頂部和吊裝架上的管片起吊設備83，始發(fā)端支撐行走平臺1上的管片運輸軌道設置有與地面對接的軌道道岔84，在盾構機主機掘進完成一個行程后，頂推油缸收回，通過管片吊裝組件，進行聯(lián)絡通道支撐管片的吊裝和拼接，從而由頂推掘進組件進行下一行程的掘進。

實施例二：參見圖1-圖11一種利用上述實施例所述的盾構機的聯(lián)絡通道掘進方法，對于相鄰兩主隧道之間挖掘聯(lián)絡通道，其具體包括以下步驟：

①始發(fā)端和接收端穩(wěn)固處理：對聯(lián)絡通道的始發(fā)端和接收端處及其周邊的主隧道壁體和管片進行加固處理，滿足盾構機的開挖通過的需求；在與聯(lián)絡通道的始發(fā)端對應的主隧道的后側壁上設置主隧道支護組件，滿足盾構機掘進過程中的設備頂推需求；

②整體設備的固定和支撐：將盾構機及其附屬設備安裝放置在始發(fā)端支撐行走平臺上，并將始發(fā)端支撐行走平臺通過牽引車牽引至開挖聯(lián)絡通道位置，完成整體設備的支撐和固定，待設備即將貫通時，將接收端支撐行走平臺通過牽引車牽引至聯(lián)絡通道對應的接收位置，完成固定；

③始發(fā)端端頭密封的安裝和掘進：首先安裝始發(fā)端端頭密封組件，通過聯(lián)絡通道處端頭連接板及密封圈實現(xiàn)對接，并使盾構機的盾體與端頭密封組件的密封套筒完成對接，通過油脂注入孔向盾體與密封套筒之間注入密封油脂，完成始發(fā)端的密封和保壓；盾構機及其附屬設備接通電源，聯(lián)調(diào)掘進，由反力支撐架上的頂推掘進組件控制盾構機的掘進行程和掘進姿態(tài)；完成一個行程的掘進后，通過管片吊裝組件在盾構機的盾體后部拼裝聯(lián)絡通道支撐管片，由頂推掘進組件頂推聯(lián)絡通道支撐管片繼續(xù)掘進，重復上述行程掘進，直至待到達聯(lián)絡通道的接收端；

④接收端端頭密封：將接收端端頭密封組件固定安裝在聯(lián)絡通道的接收端的主隧道管片上，由加壓保持系統(tǒng)向接收端端頭密封組件的密封套筒內(nèi)填充滿渣土，滿足盾構機的刀盤貫穿聯(lián)絡通道的接收端后底層的穩(wěn)定；待接收端端頭密封加壓保持完成后，盾構機及其附屬設備繼續(xù)掘進，直至掘進貫穿聯(lián)絡通道的接收端并支護完成；

⑤拆除接收端端頭密封組件，由接收端支撐行走平臺裝載盾構機主機，并由牽引車牽引出隧道，對始發(fā)端支撐行走平臺、附屬設備及隧道支護組件完成拆卸，并由牽引車牽引出隧道，完成一個聯(lián)絡通道的掘進。

在本申請中，附屬設備便于拆裝和運輸周轉，如果在兩主隧道之間需要挖掘多個聯(lián)絡通道，在完成一個聯(lián)絡通道的掘進后，可實現(xiàn)多個聯(lián)絡通道的快速、循環(huán)開挖。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。