一种梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备及其施工方法

本发明涉及隧道施工，尤其涉及一种梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备及其施工方法。

背景技术：

1、在软土地层中目前常用的盾构隧道掘进机(盾构机)主要有土压平衡盾构和泥水加压盾构。随着我国城市地下空间进一步开发，盾构施工过程中会遇到各种各样的复杂地层，比如起伏较大、地质多变的地层等，导致单一机型很难满足工程安全需求。因此，为了解决以上问题，双模(甚至三模)盾构应运而生。另外，由于圆形隧道空间利用率不高，异形盾构机，如：矩形、类矩形以及马蹄形盾构，被先后研制出。然而，采用上述盾构机建成的隧道多为预制管片拼装而成，存在大量环向和纵向接缝，导致运营期出现许多病害。为了减少管片间的接缝，一种新的隧道施工技术“挤压混凝土衬砌法”(extruded concrete lining，简称ecl工法)在国外崛起并迅速发展，该工法是用现浇混凝土衬砌代替传统的预制拼装管片衬砌，具有衬砌成型质量高、施工扰动小、机械化程度高等优点。

2、然而，随着隧道施工环境日趋复杂(特别是在各种复杂地层中)，当采用挤压或压注混凝土衬砌法施工较大直径的隧道时，现有技术中往往直接采用较大直径的圆形盾构机进行施工，导致隧道开挖后，隧道周围土层扰动大，隧道结构稳定性降低。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备及其施工方法，旨在减弱隧道周围土层扰动，提升隧道结构稳定性。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其中，施工设备包括四个圆形盾构机和一个矩形盾构机；所述的施工方法包括步骤：

4、将四个圆形盾构机呈梅花形结构排布，并将所述矩形盾构机与所述梅花形结构的中心相对应；

5、启动各个盾构机，以进行梅花形隧道的掘进施工。

6、所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其中，所述圆形盾构机包括：

7、盾构机本体；

8、多个注浆孔，设置于所述盾构机本体的外圆周面；

9、注浆机构，设置于所述盾构机本体内，并与所述注浆孔连通，以向所述盾构机本体的外围注浆。

10、所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其中，所述梅花形结构中，位于最上方的圆形盾构机、水平排布的两个圆形盾构机、位于最下方的圆形盾构机和所述矩形盾构机沿纵向依次排布，且两两相互错位；四个圆形盾构机中，每相邻两个圆形盾构机沿纵向的投影均部分重叠。

11、所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其中，所述的启动各个盾构机，以进行梅花形隧道的掘进施工之前还包括：

12、获取当前地层类型；其中，所述地层类型包括岩石地层、软土地层和淤泥地层；

13、基于所述当前地层类型、以及地层类型、注浆材料和注浆量之间的对应关系，确定所述当前地层类型对应的注浆材料和注浆量；

14、根据所述注浆材料向所述注浆机构内填充对应的浆液。

15、所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其中，所述的地层类型、注浆材料和注浆量之间的对应关系具体为：

16、当地层类型为岩石地层时，注浆材料为水泥浆或膨润土浆，注浆量为第一预设注浆量；

17、当地层类型为软土地层时，注浆材料为水泥浆或聚合物浆，注浆量为第二预设注浆量；

18、当地层类型为淤泥地层时，注浆材料为膨润土浆或聚合物浆，注浆量为第三预设注浆量。

19、所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其中，所述的启动各个盾构机，以进行梅花形隧道的掘进施工具体包括：

20、同步启动所有盾构机、以及各个圆形盾构机所对应的注浆机构；

21、控制所述注浆机构按照所述注浆量注浆，以进行梅花形隧道的掘进施工。

22、一种梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备，其采用如上任意一项所述的施工方法，其包括四个圆形盾构机和一个矩形盾构机；四个圆形盾构机呈梅花形结构排布，所述矩形盾构机与所述梅花形结构的中心相对应。

23、所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备，其中，所述圆形盾构机包括：

24、盾构机本体；

25、多个注浆孔，设置于所述盾构机本体的外圆周面；

26、注浆机构，设置于所述盾构机本体内，并与所述注浆孔连通，以向所述盾构机本体的外围注浆。

27、所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备，其中，多个注浆孔依次交错分布；相邻两个注浆孔之间的连线相对于所述盾构机本体的轴向倾斜布置，且倾角小于30°。

28、所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备，其中，相邻两个注浆孔之间的连线相对于所述盾构机本体的轴向倾斜的倾角为15°。

29、有益效果：本发明利用多个不同结构的盾构机、并分步施工形成梅花形隧道，避免了一次开挖过大对周围地层产生的较大扰动，从而实现了降低隧道周围地层扰动、提升隧道结构稳定性的目的。

技术特征：

1.一种梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其特征在于，施工设备包括四个圆形盾构机和一个矩形盾构机；所述的施工方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其特征在于，所述圆形盾构机包括：

3.根据权利要求2所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其特征在于，所述梅花形结构中，位于最上方的圆形盾构机、水平排布的两个圆形盾构机、位于最下方的圆形盾构机和所述矩形盾构机沿纵向依次排布，且两两相互错位；四个圆形盾构机中，每相邻两个圆形盾构机沿纵向的投影均部分重叠。

4.根据权利要求3所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其特征在于，所述的启动各个盾构机，以进行梅花形隧道的掘进施工之前还包括：

5.根据权利要求4所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其特征在于，所述的地层类型、注浆材料和注浆量之间的对应关系具体为：

6.根据权利要求4所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备的施工方法，其特征在于，所述的启动各个盾构机，以进行梅花形隧道的掘进施工具体包括：

7.一种梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备，其采用如权利要求1-6任意一项所述的施工方法，其特征在于，其包括四个圆形盾构机和一个矩形盾构机；四个圆形盾构机呈梅花形结构排布，所述矩形盾构机与所述梅花形结构的中心相对应。

8.根据权利要求7所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备，其特征在于，所述圆形盾构机包括：

9.根据权利要求8所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备，其特征在于，多个注浆孔依次交错分布；相邻两个注浆孔之间的连线相对于所述盾构机本体的轴向倾斜布置，且倾角小于30°。

10.根据权利要求9所述的梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备，其特征在于，相邻两个注浆孔之间的连线相对于所述盾构机本体的轴向倾斜的倾角为15°。

技术总结
本发明公开一种梅花形压注式混凝土盾构隧道施工设备及其施工方法，施工设备包括四个圆形盾构机和一个矩形盾构机；所述的施工方法包括步骤：将四个圆形盾构机呈梅花形结构排布，并将所述矩形盾构机与所述梅花形结构的中心相对应；启动各个盾构机，以进行梅花形隧道的掘进施工。本发明利用多个不同结构的盾构机、并分步施工形成梅花形隧道，避免了一次开挖过大对周围地层产生的较大扰动，从而实现了降低隧道周围地层扰动、提升隧道结构稳定性的目的。

技术研发人员：林星涛,许书豪,陈湘生,苏栋
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15