[发明专利]一种马蹄形开敞式盾构体结构及其盾构法施工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及基于盾构体工作原理、为了解决饱和黄土地层矿山法开挖的安全问题而研制的马蹄形开敞式盾构体及其盾构法施工工艺，属于盾构技术的延伸。 

背景技术

目前在土层中开挖隧道，由于土层强度低，尤其是含水量大时成洞稳定性极差，因此盾构法施工应运而生。盾构法是利用钢材的高强度和易加工特点，将钢板加工成隧洞断面形状，形成在土层中对施工人员和设备的防护体；再在头部设置开挖辅助设施如人工挖掘隔仓、切削刀盘、水力喷头等；在盾体内设置开挖料输出装置，如螺旋输送带、泥水管路、轻轨斗车；在盾尾设置衬砌支护设施，形成开挖、出土、支护、衬砌配套协作的结构，完成隧道施工的完整方法。 

回顾盾构法的形成、发展和现状，1823年，伦敦泰晤士河隧道建设中，将煤矿矿山工程师的盾构设想变成实际操作尝试，尽管水下隧道历时18年，但为类似工程施工开创了有创举的新方法。 

经过百余年的不懈探索和实践，20世纪90年代开始，各种类型的盾构设备开发使用逐步进入了繁荣时期。日本东京湾公路隧道被称为世界超大型道路交通隧道盾构法施工的范例；英法海底隧道更是成为世界盾构技术强国集中施工技术前沿技术成果的典范。盾构技术的不断发展，不但使土压平衡、泥水平衡技术日臻完善，而且使得操作更简单、系统更完善、自动化程度更高、控制精度更准确。在开挖断面适应性方面，研制成功了单头、双头和多头刀盘，利用曲轴传动技术，开发出适应矩形断面、椭圆形断面或任意断面的刀盘和支护设备。 

中国在1962年在上海开始进行盾构法试验隧道开挖，1970年完成上海打浦路公路隧道，这是中国第一条盾构法施工的水下公路隧道。20世纪90年代，中国各大城市地铁工程蓬勃发展，一批地下轻轨隧道开始兴建，上海、北京、广 州、深圳等地铁隧道施工都应用了盾构技术。特别是2003年，上海隧道工程有限公司率先采用双圆隧道工程掘进机施工上海M8线地铁区间隧道，将中国盾构法隧道施工带入了与世界先进技术水平同步发展的新时代。 

在中国，如今盾构技术研制水平与世界同步，各种盾构机都能在国内生产，这极大地提高了这一领域发展的速度。 

当今盾构技术的优缺点，在于从盾构施工的基本原理看，为了支撑掌子面的稳定，采用土压平衡或泥水平衡盾构。土压平衡盾构适合于地下水少、渗透系数小的粘性土地层、砂性地层和砂砾土层，通过精确控制开挖仓的排土量，保持开挖舱的土体压力，与开挖面土体保持平衡，防止坍塌。泥水平衡盾构适合于地下水位高、流沙等富水地层及砂砾石含量较高的地层，通过向开挖舱压注泥浆，一方面平衡工作面土体，另一方面用管道泥浆将开挖料输送出洞。随着盾构技术的发展，将不同盾构形式和开挖面稳定方法进行组合，形成复合盾构法。复合盾构可以根据土层地质和水文条件作调整，其本质上是对开挖面支撑方式以及刀具、出渣运输系统和其他设备调整。复合盾构的组合模式有泥水式、敞开式盾构；土压平衡、敞开式盾构；泥水式、土压平衡盾构；敞开式、泥水式、土压平衡盾构等。 

现在，非圆断面盾构主要是在开挖面将多个刀盘组合，通过双轴、多轴和曲轴等方法，控制不同刀盘的运动轨迹，开挖出矩形、椭圆形、马蹄形、双圆型、三圆形等各种需要的断面形状，在地铁车站的特殊地下结构中开发利用，并日益成熟。随着非圆断面隧道采用盾构施工技术含量越来越高，设计、制造、集成复杂，造价很高。因此工程使用仅限于工程量大的重要工程，在一般工程中很少使用。总之，这些盾构机适用于长隧道或大断面，优点是自动化程度高、功能多，缺点是制造周期长、构造复杂，造价高。 

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种机械强度和受力安全指标符合饱和黄土地层矿山法开挖的安全问题要求而研制的马蹄形开敞式盾构体结构及其盾构法施工工艺。 

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：提供一种马蹄形开敞式盾 构结构，其特征在于，所述盾构结构包括马蹄形断面盾构机，在盾构机马蹄形断面的周边设有若干只液压千斤顶和支撑工字钢构成的可拆移式反力结构，在反力结构的一侧设置有钢筋混凝土衬砌洞身结构。 

其中优选的技术方案是，在所述马蹄形盾构机的两侧分别设有十字网格，安装在盾构机尾部一周的十字网格与液压千斤顶配合且同时用于反铲装车，安装在盾构机前部的十字网格用于切削土体。 

进一步优选的技术方案是，在所述盾构机的前部还加设有纵向和水平加强梁。 

进一步优选的技术方案还有，所述液压千斤顶被设置在马蹄形盾构机的两侧和底边。