一種掘進面超前保護式盾構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種隧道及地下建筑工程開挖機械裝置，具體涉及一種掘進面超前保護式盾構。應用于近距離穿越地下既有建(構)筑物以及淺覆土工況下的施工，確保施工安全可靠。
【背景技術】
[0002]隨著城市地下空間的不斷開發，一方面，地下既有建(構)筑物越來越密集，盾構近距離穿越既有建(構)筑物變得更為頻繁；另一方面，地下空間也變得更加寶貴，但盾構在淺覆土中施工困難，使得接近地面的地下空間造成浪費。
[0003]盾構法施工會對隧道周圍土體產生施工擾動，受其影響，隧道附近地區的基礎建(構)筑物將產生變形、沉降和位移，控制不當可能會使建(構)筑物性能產生影響甚至發生破壞性施工事故。此外，開挖面對地層的擾動將引起土體顆粒再固結，是造成地面后期沉降的一個主要因素，在淺覆土施工時，盾構在掘進過程中正面土體難以形成土拱效應，易產生盾構切口上部及兩側土體的坍塌。
[0004]對于現階段盾構的近接和淺覆土施工，主要是以工程經驗為主要依據，結合有限元模擬分析以及室內模型試驗，預測施工過程中的關鍵風險因素，進而確定施工參數，起到對實際施工的輔助性指導作用。但在上述輔助施工措施中，數值方法并不能真實模擬復雜的工程情況，參數及邊界條件的選取對模擬結果也有較大影響，預測結果并不可靠。另外，室內模型試驗因相似材料的選取、試驗操作誤差的影響，也不能完全真實反應實際施工過程。由此可見，現有的盾構近接和淺覆土施工方法，都不能真正意義上適應復雜多變的施工環境，不能確保施工安全，從而嚴重影響施工的順利進行。
[0005]在現有的同類型盾構設備中，發明專利一種土壓平衡式環形盾構機(201010130542.2)主要研發了處于不同地層條件下的對已有隧道進行改造的新型盾構，雖然可以保證開挖的安全，但其不能在開挖新建隧道施工時對周圍土體進行超前支護。發明專利盾構機(201010145279.4)主要研發了可調節角度的切削刀，該盾構機實現了帶有彎度管道的鋪設功能，但該盾構機對地層的施工擾動破壞較大，不能保證在超近距離穿越施工條件下的安全掘進。實用新型專利大粒徑砂卵石地層用土壓平衡盾構(201220062771.X)主要對現有盾構機進行了局部改進，縮短了施工周期，穩定了掘進參數，但其主要改進僅是針對無水大粒徑砂卵石地層，對軟粘土地區的隧道施工具有局限性，不具推廣價值。發明專利盾構挖掘裝置及盾構機(201310697532.0)通過對挖掘裝置的改進，減小了盾構機的挖掘裝置的體積，采用回轉支承的形式可以承受較大的挖掘力。但這部分改進并沒有考慮近距離施工產生的地層擾動，未能真正實現減小施工擾動進而實現近距離施工的技術要求。發明專利敞口式盾構機(201410174390.4)通過設置支護網格能夠有效保持開挖面的穩定，減小了塌方風險。但該發明專利中的支護網格將開挖面分區處理，切削后的土體可自由滑落，上方土體不可避免會出現坍塌空隙，這會對近距離施工造成極大危險。
[0006]綜上所述，現有的同類盾構機裝置均存在諸多技術上或者操作上的不足之處。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于克服現有技術的不足，并提供一種掘進面超前保護式盾構，該盾構主要針對普通盾構施工時，掘進面對周圍土體的影響范圍大，臨近土體受施工控制影響的敏感度高，對盾構刀盤進行改進，從而使得開挖面對周圍土體的擾動大大減少。該盾構能確保更近距離安全地穿越地下既有建(構)筑物，可實現盾構在淺覆土甚至超淺覆土中安全掘進，對于提高地下空間利用率和施工安全有著重要的意義。
[0008]為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案:
一種掘進面超前保護式盾構，包括內刀盤、環形刀盤、滑動伸縮調節裝置、環形刀盤驅動軸、內刀盤驅動器、環形刀盤驅動器、隔板、螺旋出土機、電動機、渣土傳送機和盾構千斤頂；所述盾構內刀盤與隔板后方的內刀盤驅動器連接，調節內刀盤驅動器以調整內刀盤切削參數；所述內刀盤外圍安裝有伸縮式環形刀盤，內刀盤和環形刀盤之間設有滑動伸縮調節裝置，所述環形刀盤通過環形刀盤驅動軸與隔板相連，刀盤驅動控制室控制環形刀盤驅動器驅動隔板以及環形刀盤驅動軸，帶動環形刀盤轉動實現切削；所述內刀盤和隔板之間為土艙，內刀盤后部安裝攪拌棒，所述螺旋出土機與土艙下部相連，切削渣土經攪拌棒充分攪拌，通過電動機控制螺旋出土機并經渣土傳送機排出艙體；盾殼尾部安裝有呈環狀布置的盾構千斤頂，內置管片經盾構千斤頂推脫離盾尾安裝成環。
[0009]所述環形刀盤安裝有呈環狀分布的刀具；內刀盤布置有選型比刀具大的刀具。
[0010]所述滑動伸縮調節裝置包括滾動滑輪、伸縮控制室和伸縮軸，所述環形刀盤通過滾動滑輪與內刀盤連接，伸縮控制室通過與之相連的伸縮軸控制環形刀盤伸縮量。
[0011]本發明與現有技術相比較，具有如下實質性特點和優點:
1.本發明掘進面超前保護式盾構采用環形刀盤的設計，可預先切斷土體，使得內刀盤掘進面對周圍土層擾動大大減少；
2.可伸縮環形刀盤的設計可以根據轉彎半徑以及實際穿越間距動態調節刀盤伸縮量，進而及時調整保護土的厚度范圍，降低掘進對土層的擾動，進而合理保護周圍建(構)筑物；
3.超前保護式盾構采用兩套驅動系統，對環形刀盤和內刀盤分別驅動，可協調內刀盤與環形刀盤的同步切削，進而更加合理地減小施工擾動；
4.本發明中環形刀盤與內刀盤的結合使用設計，由于環形刀盤使開挖面與周圍土體發生隔離，使盾構在緊鄰既有建(構)筑物穿越施工時進一步減小新建隧道與既有隧道的穿越間距，減小施工風險，有效增加開挖面的整體穩定性；
5.本發明盾構內刀盤前方、上方土體可允許出現坍塌空隙，螺旋出土機出土過快時，由于環形刀盤使開挖面與周圍土體發生