[发明专利]一种大断面矩形顶管机

说明书

一种大断面矩形顶管机，适用于城市地下矩形空间的施工。包括前盾体，前盾体包括盾体外壳，盾体外壳内设有多组垂直方向布置的掘进系统，每组掘进系统内包括了多个水平布置的掘进单元，掘进单元通过在盾体外壳中设置竖向隔板和横向隔板分割构成，多组掘进系统在前盾体的垂直方向上通过水平错动布置从而形成多级台阶结构，每两级台阶结构之间形成水平错动台阶，使前盾体在掌子面开挖时形成切割台阶，每一个掘进系统只对应切割自身面积的分段掌子面。该顶管机能将掌子面分割成多个上部和下部开挖单元、实现独立断面开挖和掌子面压力控制、将顶进施工对周围土体和地表影响最小化，进而控制地层沉降，具有施工场地小、一次成型、使用效果好的优势。

技术领域

本发明涉及一种顶管机，尤其适用于城市地下大型矩形空间施工和构筑的大断面矩形顶管机。

背景技术

城市地下空间的开发是未来城市发展的必然趋势，其中圆形隧道因其结构受力合理，施工工艺简单而广为采用。与圆型断面相比，矩形断面有效使用面积通常大于20％以上，在市政隧道工程中尤以矩形最为经济。相对于明挖法、箱涵顶进法、HEPJES法构筑矩形空间，盾构法和矩形顶管法对周边环境影响较小、综合成本低。但相对于盾构法采用盾构机掘进，矩形顶管机制造时间短，组装场地小，适用于短距离的地下空间构筑工程。

随着市政隧道施工断面逐渐往大断面趋势发展，大断面矩形顶管机得到广泛应用与发展，但现阶段，大断面矩形顶管机掘进过程中，因其断面较大，净空断面面积＞50m²，全断面开挖风险高，难以实现掌子面压力控制，造成掌子面稳定性差，地层扰动大等问题。

发明内容

技术问题：针对传统矩形地下空间施工中在存在的地层变形控制难度大、程序冗杂、交通及环境影响明显，掌子面易崩塌等问题，提供一种能有效控制地层沉降和维持掌子面稳定、且经济可行的大断面矩形顶管机。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的一种大断面矩形顶管机，包括前盾体，前盾体包括盾体外壳，盾体外壳内设有多组形成独立掘进面的掘进系统，每组掘进系统包括多个水平布置的掘进单元，每组掘进系统均布置独立的排土系统并与泥浆处置槽连接；

所述掘进单元包括独立的开挖壳体，开挖壳体安装在盾体外壳中设置竖向隔板和横向隔板分割而成的隔间内；

多组掘进系统在在前盾体的垂直方向水平错动布置从而形成多级台阶结构，每两级台阶结构之间形成水平错动台阶，使前盾体在切割断面时每一个掘进系统只对应自身面积的断面，无需应对整个前盾体大小的断面切割，

前盾体的掘进单元后方通过多个盾内纠偏千斤顶连接有矩形箱涵管节。

所述多组掘进系统包括设置在前盾体最上方的上部掘进系统Ⅱ、中间位置的上部掘进系统Ⅰ和下方位置的下部掘进系统，其中上部掘进系统Ⅱ通过盾体顶部横向隔板和盾体上部竖向隔板在顶管机盾体壳中分割出多个容纳掘进单元的密闭隔间，上部掘进系统Ⅰ和下部掘进系统通过盾体中部竖向隔板和盾体中部横向隔板分割出多个容纳掘进单元的密闭隔间，上部掘进系统Ⅱ两侧分别设有多个油压式防前倾修正栓。

所述上部掘进系统Ⅱ与上部掘进系统Ⅰ的端面之间水平错动布置形成水平错动台阶d1，上部掘进系统Ⅰ与下部掘进系统的端面之间水平错动布置形成水平错动台阶d2。

所述的上部掘进系统Ⅱ和上部掘进系统Ⅰ之间的水平错动台阶d1长度在0.4m-1.5m之间；所述的上部掘进系统Ⅰ和下部掘进系统之间的水平错动台阶d2长度在0.4m-1.5m之间；上部掘进系统Ⅱ挖掘出的开挖断面的高度为2m-4m之间，上部掘进系统Ⅰ和下部掘进系统挖掘出的开挖断面的高度为4m-6m之间。