[发明专利]软土地基双圆盾构机头切屑装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种软土地基双圆盾构机，尤其是一种软土地基双圆盾构机头切屑装置。

背景技术

在上海市地铁2号线东沿伸段（龙阳路站～浦东国际机场站）的双园盾构区间，采用日本IHI公司的土压平衡双园盾构机进行地铁盾构隧道施工。该地区的土质较差,在许多地段的土的液性指数IL>1,呈流塑状态。在施工中，原双园盾构机不能很好地达到预定的土压与出土量的平衡，造成出土量大大多于理论的出土量而使地面的沉降量超出设计要求。根据以往的施工实例经验，在上海地区的软土地基，土质较理想的区域一般地面沉降量≥-60mm～-70mm, 特别是在液性指数大，呈流塑状态的土质地带，双圆盾构机施工，地面沉降量最大可达500mm~600mm，难以达到沉降量：+10mm～-30mm规范标准。

原因分析：用盾构机进行隧道盾构施工，由于扰动，刀盘前方的土体压力会改变，产生主动或被动状态的土压力即施工压力（或称土仓压力）。理想状况，它应控制在静止土压力值附近，使土体保持动态平衡状态，其关系为：

                   Pa＜Pi≈Po＜Pp

其中：Pa为主动土压力、Pi为施工压力、Po为静止土压力；Pp为被动土压力。

盾构机在软土地基、特别是呈流塑状态的土质地带，用常规参数控制推进时，顶进反力难建立，会使盾构机推力偏小，而出土量偏大，地面超沉降；当加大盾构机推进速度（或控制出土量）时，推力会偏大，而出土量减小，地面隆起。这是因为：盾构机推力偏小，土体处于向下滑动，极限状况时，水平应力相当最小主应力，即为主动土压力；盾构机推力偏大，土体处于向上滑动，极限状况时，水平应力相当最大主应力，为被动土压力。即主、被动土压力为最大与最小侧向土压力。

原双圆盾构机结构的刀盘置于盾构机头部的密封土舱外侧刀盘辐条与密封土舱存有环向间隙，其开挖面土体动态平衡原理图见图1，图1中，Pi1、Pi2为土仓土压力、Pr为开挖面侧向静止土压力、Pw为开挖面水压力、Po为静止土压力。常规施工时，机头土舱与被刀盘切削部分的松动土体区域，形成一个半敞式出泥土仓。在静止土压力的作用下，盾构机刀盘前的松驰土体被转动的辐条等阻挡形成一定的阻力，但盾构机头上部松驰的覆土就极易进入盾构土舱而流失，造成地面沉降。在本区间的施工中，本公司曾采取了设定土压参数平衡掘进、出土量控制掘进及日本专家指导下进行盾构推进等不同的控制方法来进行盾构机的操作，都不能有效控制土压与出土量的平衡，使地面的沉降量满足设计要求。

因此，如何提供一种可以有效控制土压和出土量的双圆盾构机头切屑装置是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了在施工过程中能够有效控制土压与出土量的平衡，而提供一种结构简单、性价比高的软土地基双圆盾构机头切屑装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种软土地基双圆盾构机头切屑装置，由土压承载装置和刀具切屑装置组成，其特点是:土压承载装置套接于双圆盾构机的机壳内，所述的刀具切屑装置安装于双圆盾构机的中心转轴上。

土压承载装置包括两个Φ6520mm接长段、两个圆弧内衬板、两个R430mm接长段、两个R430mm内衬板和两个前沿加强件，所述的Φ6520mm接长段的外径与双圆盾构机机壳外径相同并焊接于加强圆弧内衬板上，所述的加强圆弧内衬板的外径与双圆盾构机机壳内径相同并套接在双圆盾构机的机壳内，所述的R430mm接长段焊接在左右两个Φ6520mm接长段之间，所述的R430mm内衬板焊接在左右两个加强圆弧内衬板之间，所述的前沿加强件焊接在左右两个Φ6520mm接长段和R430mm接长段之上。

刀具切屑装置包括Φ550mm大棒、搅拌棒和边刀座等，所述的Φ550mm大棒安装于双圆盾构机圆盘的中心转轴上，所述的搅拌棒安装于Φ550mm大棒的内测，所述的边刀座安装于Φ550mm大棒的两段。

与现有切屑装置相比，本发明具有以下优点及有益效果：

增加改进装置后，双园盾构机的刀盘置于盾构机头部的密封土舱内，厚550mm刀盘辐条前面与密封土舱筒体端面齐平，其开挖面土体动态平衡原理图见图2。常规施工时，盾构机头上部松驰的覆土被机头密封土舱筒体阻隔。刀盘由转动的辐条与机头舱筒似形成动态的格栅，出泥土仓相对封闭，对进入的松驰土体产生一定阻力。使施工土压力能恢复到正常的控制设定的土压范围，达到预定的土压与出土量的平衡，使地面的沉降量能控制在5－6mm内，满足设计要求。

附图说明