[发明专利]一种适用于断层破碎带的马蹄形半断面盾构机及施工方法

说明书

本发明提出了一种适用于断层破碎带的马蹄形半断面盾构机及施工方法，包括盾构主机，盾构主机上设有护盾结构，护盾结构包括前盾，前盾上部区域环形设置有前伸梁和挡板，前盾与尾盾相连接，尾盾与米子梁相连接，尾盾内沿环形设置有主推系统，米子梁上设有拼装装置；前盾上部设有破碎臂，前盾下部设置有驱动装置，驱动装置与刀盘装置相连接，前盾底部设有输送机且输送机横穿过尾盾和拼装装置的中心区域。本发明将前盾上部的敞开式挖掘和下部的盾构推进模式相结合，不仅释放了断层破碎带岩体的内部应力，也利用了围岩自承载能力的特点，实现了断层破碎带岩体马蹄形全断面开挖、出砟、衬砌机械化施工，降低了大变形所带来的风险，高效绿色环保。

技术领域

本发明涉及异形隧道施工设备的技术领域，尤其涉及一种适用于断层破碎带的马蹄形半断面盾构机及施工方法。

背景技术

在山岭隧道施工中，经常使用的施工方法及支护体系，如钻爆法、台阶法、三台阶法、双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，它们大多以新奥法为理论基础，即以维护和利用围岩的自承载能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。断层破碎带具有稳定性差、强度低、透水性差、容易变形和压缩性差等特点。由于围岩地质情况复杂多变，在隧道开挖过程中，遇到断层破碎带，围岩结构极不稳定或自承载能力较弱，开挖破坏了岩体原有的应力平衡，经常出现坍塌、冒顶等事故，给隧道安全造成很大影响。此外，控制变形较难、施工过程复杂，复杂的工法导致工序时间过长、围岩长期暴露、容易造成围岩大面积侵限、喷射混凝土剥落掉块、钢架扭曲变形等情形，进一步增加坍塌风险，安全质量不易保障，且制约工期。

国内近些年来，随着城市地铁的发展，盾构/TBM技术以其自动化程度高、施工安全度高、施工进度快、污染小、成本低等优势，逐步得到广泛应用。盾构机/TBM是一种采用盾构法的集机械、电子、液压、激光和控制等技术于一体的高度机械化和自动化的掘进衬砌成套设备。蒙西至华中铁路运煤通道项目中的白城隧道，率先将城市地铁盾构技术应用到了在山岭铁路隧道施工，并取得了应用的成功，未来在川藏线工程建设中必然存在大量的断层破碎带情况，如何将现有成熟且先进的盾构/TBM技术应用于存在高地应力、隧道大变形的断层破碎带地质，是个富有挑战性的课题。

发明内容

针对隧道开挖过程，遇到断层破碎带，围岩结构极不稳定或自承载能力较弱，开挖破坏了岩体原有的应力平衡，经常出现坍塌、冒顶事故的技术问题，本发明提出一种适用于断层破碎带的马蹄形半断面盾构机及施工方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于断层破碎带的马蹄形半断面盾构机，包括盾构主机，盾构主机上设有刀盘装置、驱动装置、破碎臂、输送机、拼装装置、主推系统和护盾结构，护盾结构的截面呈马蹄形，盾构主机与隧道衬砌相配合，所述护盾结构包括前盾，前盾上部区域环形设置有前伸梁和挡板，前盾与尾盾相连接，尾盾与米子梁相连接，尾盾内沿环形设置有主推系统，米子梁上设有拼装装置；所述前盾上部设有破碎臂，破碎臂与米子梁相连接，前盾下部设置有驱动装置，驱动装置与刀盘装置相连接，前盾底部设有输送机且输送机横穿过尾盾和拼装装置的中心区域。

进一步地，所述隧道衬砌包括管片衬砌和钢拱架，管片衬砌和钢拱架分别用于支护马蹄形断面底部区域的岩体和顶部区域的岩体，管片衬砌与钢拱架栓接，相邻钢拱架栓接。

进一步地，所述管片衬砌包括至少两组异形管片，两组异形管片相连接。

进一步地，所述前盾上设有隔板和斜板，隔板与斜板相连接，斜板与米子梁相连接，前盾上部相对于掌子面为敞开式的拱形板壳结构且斜板对坍塌的岩土进行遮挡，前盾下部相对于掌子面为半月形封闭式结构且隔板与掌子面直接接触。

进一步地，所述刀盘装置包括至少两个小刀盘，相邻两个小刀盘彼此独立同步旋转且位于同一个平面上。

进一步地，所述小刀盘上设有盘形滚刀和刮刀。