挖方形隧道的矩形盾体及其掘进方法与流程

1.本发明涉及盾构机相关技术领域，具体为挖方形隧道的矩形盾体及其掘进方法。


背景技术：

2.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。盾构法和矩形顶管法对周边环境影响较小、综合成本低。但现阶段，大断面矩形顶管机掘进过程中，净空断面面积较大，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，中国发明专利cn202020133484.8中提出分层掘进的技术方案，但是分层掘进的方式导致整体掘进效率较低，并且，现阶段盾构机在含砂层、圆砾层中切削土体时，由于盾构机刀盘、刀具不断与土体摩擦、碰撞,是盾构设备最易磨损的部件。刀具检修的方式有竖井检修、加压开舱、常压开舱、检修前需进行土体加固。盾构带压开仓检查及更换刀具施工中，为确保掌子面稳定、进仓人员安全和地面环境安全，需采取专项的辅助措施来保证掌子面地层和土仓压力稳定。现有技术中，常用的方式是注浆管直接连接在土仓壁的预留注浆口处，向土仓内注入衡盾泥，并对土仓内渣土置换然后直至掌子面形成完成的泥膜，该种施工方式在具体操作过程中，存在施工进度慢的问题，同时，由于只对掌子面进行了注浆加固，掌子面后侧的土层在有些地质条件下也存在不稳定的隐患，导致加固效果差等问题，针对上述问题，提出了本技术。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供挖方形隧道的矩形盾体及其掘进方法，用于克服现有技术中大断面掘进过程风险高、刀具维修时注浆加固效果差的问题。
4.本发明是通过以下技术方案来实现的。
5.本发明的挖方形隧道的矩形盾体及其掘进方法，包括矩形的盾体外壳，所述盾体外壳中设有至少两组掘进体，掘进体与推进机构连接，所述掘进体包括开挖壳体，所述开挖壳体前端设有刀盘，开挖壳体中设有输送机，所述开挖壳体中设有若干个钻孔机构，所述钻孔机构包括动力机构和钻头，两组所述掘进体的中的钻孔机构相对设置。
6.进一步地，所述钻头上设有注浆口。
7.进一步地，所述开挖壳体中设有钻头套筒，所述钻头位于所述钻头套筒中。
8.进一步地，所述钻头套筒与输送机通过第一输送管连接。
9.进一步地，所述输送机上均连接有第二输送管。
10.进一步地，所述掘进体的相互靠近一侧安装有连接组件。
11.进一步地，所述掘进体之间的最大错动距离为0.6
‑
2m。
12.进一步地，所述钻头长度为所述开挖壳体上下宽度的三分之一至三分之二之间。
13.挖方形隧道的矩形盾体的掘进方法，掘进体依次向前掘进，掘进体向前掘进至设定距离后停止，钻头向外伸出对未掘进的掘进体前侧的土层进行钻进，与此同时，未向前掘进的掘进体向前掘进。
14.进一步地，进行刀具维修时，等待维修的掘进体向前掘进，优先维修的掘进体原地等待，掘进体向前掘进至设定距离后停止，钻头向外伸出对未掘进的掘进体前侧的土层进行钻进，钻头进入未向前掘进的掘进体前侧土层中设定深度后，注浆口开启将浆料注入到土层中，对土层进行固化改造，同时人工对未向前掘进的掘进体前侧的掌子面进行加固，加固完成后，对未向前掘进的掘进体进行开仓维修。
15.本发明的有益效果：
16.通过钻头的设置，进行分层掘进时，一侧掘进体向前掘进后，在等待另一侧的掘进体向前掘进的过程中，钻头向土层钻进，从而实现双向掘进，使后续掘进体向前掘进的效率提高，同时经过钻头钻进的土层紧实度降低，进一步提高掘进效率的同时，还能降低与刀盘上刀具的磨损。
17.通过在钻头上设置注浆口，钻头钻进到指定深度后，注浆口开启，向土层中注入浆料，对土层进行固化改造，人工对掘进体的掌子面进行固化工作，固化完成后，对掘进体进行开仓维修，解决了传统中只对掌子面进行了注浆加固，而对掌子面后侧的土层不进行处理导致的安全问题，加强固化效果，保证开仓维修的人员以及设备的安全，加快的施工进度。
附图说明
18.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
20.图1是挖方形隧道的矩形盾体的整体结构示意图；
21.图2是上下掘进体分层掘进时的结构示意图；
22.图3是钻头向土层钻进时的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合图1
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3对本发明进行详细说明。
24.本发明的挖方形隧道的矩形盾体及其掘进方法，包括矩形的盾体外壳1，所述盾体外壳1中设有至少两组掘进体17，掘进体17上设有高压注浆孔和土压传感器，掘进体17与推进机构3连接，推进机构3可以为液压千斤顶，盾体外壳1中设有与掘进体17数量相同的隔间，掘进体17安装在隔间中，所述掘进体17包括开挖壳体18，所述开挖壳体18前端设有刀盘6，开挖壳体18中设有与刀盘6连接的驱动机构7，开挖壳体18中设有输送机5，所述开挖壳体18中设有若干个钻孔机构20，所述钻孔机构20包括动力机构8和钻头15，钻头15为螺旋钻头，所述动力机构8包括转动驱动机构和伸缩驱动机构，两组所述掘进体17的中的钻孔机构20相对设置，即上下掘进体17的钻孔机构20钻进方向均朝向盾体外壳1的中心位置。
25.有益地，所述钻头15上设有注浆口16。
26.有益地，所述开挖壳体18中设有钻头套筒10，所述钻头15位于所述钻头套筒10中。
27.有益地，所述钻头套筒10与输送机5通过第一输送管11连接。
28.有益地，所述输送机5上均连接有第二输送管12。
29.有益地，所述掘进体17的相互靠近一侧安装有连接组件14，所述连接组件14可以为螺栓。
30.掘进体17之间通过连接组件14连接为一体时，整体向前进行掘进；
31.分层向前掘进时，上侧掘进体17在推进机构3的作用下向前掘进，向前掘进至设定距离后停止，动力机构8驱动钻头15向下侧钻进，钻头15将下侧土壤运送至钻头套筒10中，然后土壤通过第一输送管11进入输送机5，输送机5将土壤向外输送，在钻头15向下钻进的过程中，下侧的掘进体17开始向前掘进，从而实现双向掘进，使下侧掘进体向前掘进的效率提高，同时经过钻头钻进的土层紧实度降低，进一步提高掘进效率的同时，还能降低与刀盘上刀具的磨损，上下掘进体17运动至相同位置后，顶进设备将混凝土管2向前顶进。
32.上下掘进体17掘进时的土壤均通过第二输送管12送至运输车4处。
33.进行刀具维修时，上侧掘进体17向前掘进，向前掘进至设定距离后停止，动力机构8驱动钻头15向下侧钻进，钻头15钻进到指定深度后，注浆口16开启，向土层中注入浆料，对土层进行固化改造，同时，人工对下侧掘进体17的掌子面进行固化工作，固化完成后，对下侧掘进体17进行开仓维修，解决了传统中只对掌子面进行了注浆加固，而对掌子面后侧的土层不进行处理导致的安全问题，加强固化效果，保证开仓维修的人员以及设备的安全，加快的施工进度，下侧掘进体17维修完成后，下侧掘进体17向前掘进，然后对上侧掘进体掌子面后的土层进行注浆，然后完成对上侧掘进体17的维修。
34.有益地，所述掘进体17之间的前后最大错动距离为0.6
‑
2m。
35.有益地，所述钻头15长度为所述开挖壳体18上下宽度的三分之一至三分之二之间。
36.挖方形隧道的矩形盾体的掘进方法，掘进体依次向前掘进，掘进体向前掘进至设定距离后停止，钻头向外伸出对未掘进的掘进体前侧的土层进行钻进，与此同时，未向前掘进的掘进体向前掘进。
37.有益地，进行刀具维修时，等待维修的掘进体向前掘进，优先维修的掘进体原地等待，掘进体向前掘进至设定距离后停止，钻头向外伸出对未掘进的掘进体前侧的土层进行钻进，钻头进入未向前掘进的掘进体前侧土层中设定深度后，注浆口开启将浆料注入到土层中，对土层进行固化改造，同时人工对未向前掘进的掘进体前侧的掌子面进行加固，加固完成后，对未向前掘进的掘进体进行开仓维修。
38.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。