一种隧道的施工方法及壳式隧道掘进机

1.本发明涉及隧道开挖技术领域，具体为一种隧道的施工方法及壳式隧道掘进机。


背景技术：

2.随着我国隧道工程的迅速发展，开挖隧道的数量越来越多，隧道开挖技术越来越成熟，隧道开挖的方法主要有盾构法、矿山法和采用悬臂掘进机等大型机械开挖等方法。每种方法都有各自的优点和缺点，采用盾构法的优点是全断面开挖，施工施工进度快，拱顶沉降和周边收敛小，但是盾构法几乎只适用于开挖圆形断面，不能开挖马蹄形等不规则曲面，并且采用盾构法施工造价都偏高；采用矿山法的优点是造价低，不过采用矿山法时没有安全防护装置，容易发生坍塌、落石砸伤工人，并且采用矿山法施工时，对围岩扰动大，拱顶沉降，周边收敛，地表沉降大，对地表的既有建筑影响大，一般不适用于城市地铁建；采用悬臂掘进机开挖同样存在落石伤人和隧道变形大，对地表沉降影响大等问题。同时，为减少隧道拱顶沉降、周边收敛等常采用台阶法、双侧壁导坑法、cd法等施工方法分步开挖，分步开挖工序复杂，工作面窄，一般不能采用大型机械施工，影响了施工进度。目前几乎没有壳式隧道掘进机。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种隧道的施工方法及壳式隧道掘进机，解决了上述背景技术中提出的问题，以克服现有技术的不足。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道的施工方法，该方法以待开挖隧道的断面轮廓线为基准，采用掘进方式先开挖隧道的断面轮廓线部分，然后再采用人工、机械或爆破施工方法进行全断面开挖隧道的中间剩余部分。
5.作为本发明的进一步方案：所述掘进方式先开挖隧道的断面轮廓线部分方法是采用掘进端设置有刀盘的掘进壳，所述掘进端的刀盘在掘进过程中，掘进壳临时作为待开挖隧道隧道与外部基体的过渡部分；实现在开挖隧道的断面轮廓线部分时，由于掘进壳内未开挖的隧道土体仍然存在且强度稳定，再通过掘进壳的过渡作用，能减少隧道开挖对围岩的影响，降低隧道拱顶沉降和周边收敛，减少隧道开挖对地面既有建筑的影响。
6.作为本发明的进一步方案：采用超挖方式对隧道的断面轮廓线部分进行开挖，实现在设计范围内允许围岩的变形，充分了发挥围岩自稳能力；同时在掘进壳体和壳内未开挖的隧道土体的支撑下可以阻止围岩发生破坏性变形。
7.一种施工方法所需的壳式隧道掘进机，包括壳体，所述壳体外形结构与待开挖隧道的断面轮廓线形状一致，所述壳体外形尺寸大于待开挖隧道的断面轮廓线尺寸，实现对隧道的超挖；所述壳体包括位于前部的掘进壳和位于尾部的支撑壳；
8.所述掘进壳掘进部端面设置有多个刀盘，所述刀盘布满掘进壳的整个掘进端面；
9.所述支撑壳内设置有支撑架，所述支撑架与支撑壳为接触式配合，实现在支撑壳的保护下修建隧道衬砌。
10.作为本发明的进一步方案：所述掘进壳和支撑壳为一体式结构或错位可伸缩结构；其中支撑壳的外形尺寸小于掘进壳的外形尺寸。
11.作为本发明的进一步方案：所述刀盘的直径大于掘进壳的厚度实现对掘进壳掘进端面的内外土层进行超挖。
12.作为本发明的进一步方案：在掘进壳底部两侧均设置有螺旋，在支撑壳底部两侧均设置有运土管，所述螺旋与运土管位置对应；
13.作为本发明的进一步方案：在掘进壳端面与刀盘之间设置有环状收纳土盒用于收集刀盘削下的土体，所述环状收纳土盒底部出口与螺旋位置对应。
14.作为本发明的进一步方案：每个刀盘的内侧均设置有传动齿轮，相邻刀盘上的传动齿轮可彼此啮合构成刀盘组，在支撑壳内设置有多个动力源，所述动力源与对应的刀盘组中的主转动刀盘提供动力，实现刀盘的转动掘进。
15.作为本发明的进一步方案：在刀盘与传动齿轮之间的转轴上设置有卡片，削下的土体在重力和卡片的旋转作用下会掉到土盒底部。
16.作为本发明的进一步方案：在掘进壳尾部内侧或支撑壳内侧设置多个与壳体中心线平行的千斤顶，所述千斤顶可与支撑壳内的支撑架相互配合顶紧，通过控制千斤顶从而带动掘进壳的前进。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过先让一种壳式隧道掘进机开挖进岩土体一段距离，工人再在壳体内开挖，为工人提供一个更安全的工作环境。一种壳式隧道掘进机壳内外都有超挖，允许围岩一定变形，充分了发挥围岩自稳能力。在壳体的支撑下可以阻止围岩发生大变形，并且壳内未开挖的土体相当于预留核心土，减少隧道开挖对围岩的影响，降低隧道拱顶沉降和周边收敛，减少隧道开挖对地面既有建筑的影响。壳内可以采用全断面开挖，允许大型机械或钻爆法施工，提高施工进度，降低造价。
附图说明
18.图1是根据本发明实施例的立体结构示意图1；
19.图2是根据本发明实施例的立体结构示意图2；
20.图3是根据本发明实施例的正视图；
21.图4是根据本发明实施例的后视图；
22.图5是根据本发明实施例的仰视图；
23.图6是根据本发明实施例的右视图；
24.图7是根据本发明实施例的a-a剖面图；
25.图8是根据本发明实施例的ⅱ部分详图；
26.图9是根据本发明实施例的k-k剖面图；
27.图10是根据本发明实施例的ⅲ部分详图；
28.图11是根据本发明实施例的内部结构详图；
29.图12是根据本发明实施例的ⅳ部分详图；
30.图13是根据本发明实施例的刀盘部分详图。
31.图中：1、掘进壳；2、支撑壳；3、刀盘；4、收纳土盒；5、卡片；6、传动齿轮；7、螺旋；8、动力源；9、千斤顶；10、运土管；11、滚珠。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例：如图1-13所示，壳式隧道掘进机：包括掘进壳1，所述掘进壳1为曲面壳，曲面壳的断面形状可以根据隧道断面形状制定；在壳式隧道掘进机进洞时千斤顶作用在反力架上为壳式隧道掘进机提供前进推力，当壳式隧道掘进机掘进到足够距离，衬砌与岩体的摩擦力足够为壳式隧道掘进机提供前进推力时，拆除反力架，通过先让壳式隧道掘进机开挖进岩土体一段距离，工人再在壳体内开挖，为工人提供一个更安全的工作环境，工人开挖速度和壳式隧道掘进机前进速度相同，直至整个隧道贯通；该壳式隧道掘进机壳内外都有超挖，允许围岩一定变形，充分了发挥围岩自稳能力。在壳体的支撑下可以阻止围岩发生大变形，并且壳内未开挖的土体相当于预留核心土，减少隧道开挖对围岩的影响，降低隧道拱顶沉降和周边收敛，减少隧道开挖对地面既有建筑的影响。壳内可以采用全断面开挖，允许大型机械或钻爆法施工，提高施工进度，降低造价。
34.作为一个具体实施例，所述曲面壳为马蹄形曲面壳，所述掘进壳1由高强度金属制成。
35.作为一个具体实施例，所述壳1尾部固定有支撑壳2，所述支撑壳2与壳1形状相同(也可以采用伸缩结构)，厚度比壳1薄，支撑壳2具有足够强度阻止围岩变形，支撑壳2内设置有支撑架，所述支撑架与支撑壳2为接触式配合(本实施例中在支撑壳2对应位置设置有滚珠11，在支撑壳2移动过程中能减少摩擦)，实现在支撑壳2的保护下修建隧道衬砌，工人可以在尾壳的保护修建衬砌。
36.作为一个具体实施例，所述壳1掘进部端面设置有多个刀盘3，刀盘3均为镂空结构，所述刀盘3布满整个掘进端面，每个刀盘3直径均大于壳1厚度，壳1内外都有一定超挖，壳1内超挖大于壳1外超挖，超挖一方面有利于一种壳式隧道掘进机推进，另一方面，壳1外的超挖是为了让围岩适当变形，充分发挥围岩自稳能力，壳1内部的超挖有利于壳1内岩土体的开挖，在壳体保护下，壳体内岩土体可以采用全断面开挖，允许大型机械施工作业。壳体内岩土体有超挖，允许采用钻爆法施工。
37.作为一个具体实施例，所述刀盘3和掘进壳1前端面之间设置有收纳土盒4，部分刀盘3下设置有卡片5，削下的土体在重力和卡片5的旋转作用下会掉到土盒4底部。
38.作为一个具体实施例，所述掘进壳1底部设置有螺旋7，在支撑壳底部设置有运土管10，螺旋7和运土管10能将掉入收纳土盒4底部的土体转运至开挖面附近，随着隧道内部开挖下的土体一起运至隧道外部。
39.作为一个具体实施例，每个刀盘3下均设置有传动齿轮6，传动齿轮6设置在卡片5下方并且置于掘进壳1内不会与削下的土体接触。
40.作为一个具体实施例，所述掘进壳1尾部端面上设置有多个动力源8，所述动力源8为刀盘3和卡片5提供旋转动力，传动齿轮6每三个为一组，不同组的传动齿轮6之间不会相互影响，每个动力源8直接带动中间刀盘3转动，另外两个刀盘3通过传动齿轮6传动。
41.作为一个具体实施例，所述掘进壳1尾部端面上设置有多个千斤顶9，所述千斤顶9
作用在衬砌上，为一种壳式隧道掘进机提供前进推力。
42.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。