[发明专利]一种适用于复杂地层施工的复合盾构

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑施工机械，更具体地说，是一种既能适应软土、又能适应风化岩、软硬不均地层、砂层及砂卵石地层等复杂地层施工的复合式土压平衡盾构。

背景技术

我国地域广大，工程地质及水文地质条件相当复杂，根据我国的地质条件特点，盾构应用技术可大致划分为三大地层：即以上海地区为代表的软弱土地层，以广州地区为代表的风化岩及软硬不均地层，以北京地区为代表的砂层、砂卵石地层。由于地质条件复杂，因此，每一个工程都应根据工程的水文、地质条件选用合适的盾构。中国专利ZL200510130590.0公告了“一种复合式土压平衡盾构机”，该专利只是解决了高透水的砾砂土层或卵(砾)石土层中的正常掘进问题。但目前还没有同时适应软土、风化岩、软硬不均地层、砂层及砂卵石地层的复合盾构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于复杂地层施工的复合盾构。本发明解决在软土、风化岩、软硬不均地层、砂层及砂卵石地层等不同地层中的盾构安全施工问题。

本发明的一种适用于复杂地层施工的复合盾构，包括，刀盘、盾壳、人舱、皮带输送机、仿形刀、螺旋输送机和土仓，该盾构还包括：

复合式刀盘，所述刀盘为复合式刀盘，适合软土、硬岩等不同地层施工，刀盘上分别安装有软土层施工工具和硬岩地层施工工具，在不同地层施工时更换刀具；

三种开挖模式，根据不同的地质采用敞开模式、局部气压模式或土压平衡模式的开挖面稳定模式；

碴土改良系统，通过向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入添加剂，并利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，通过碴土改良，以适应不同的地层。

本发明是一种适用于复杂地层施工的复合盾构，还具有如下的特点：复合式刀盘包括刀盘、耐磨条、切刀、弧形刮刀、滚刀和仿形刀；刀盘周边安装有耐磨条；在刀盘上有放射形的至少两排切口槽，在每一条切口槽内安装有两排切刀，在每一列切刀端部位于刀盘边沿处安装有弧形刮刀；在刀盘周边每二条切口槽之间有周边开口，在每一个周边开口内有弧形刮刀；在刀盘上呈十字排列设置有滚刀，在切口槽内两排切刀之间安装有仿形刀。

三种开挖模式分别是：

(一)敞开式施工，针对开挖面是稳定性较好的岩层，不用调整土仓压力，即不对开挖面进行连续压力平衡，盾构切削下来的碴土进入土仓内即刻被螺旋输送机排出；

(二)局部气压模式施工，土仓内保持60％-70％的碴土，掘进中遇到围岩稳定、但富含地下水的地层；或者施工断面上大部分围岩稳定，仅有局部会出现失压崩溃的地层，或者破碎带，此时增大推进速度以求得快速通过，并暂时停止螺旋机出土、关闭螺旋机出土闸门，使土仓的下部充满碴石，向开挖面和土仓中注入适量的添加材料和压缩空气，所述的添加材料为泡沫、聚合物、膨润土、泥浆或添加剂；然后再控制螺旋机低速转动以保证在螺旋机中形成“土塞”；

(三)土压平衡模式施工，对于开挖地层稳定性差或有较多的地下水的软土或软岩地层，盾构在掘进开挖面土体的同时，使掘进下来的碴土充满土仓内，并且使土仓内的碴土密度尽可能与隧道开挖面上的土壤密度接近；在推进油缸的推力作用下，土仓内充满的碴土形成一定的压力，土仓内的碴土压力与隧道开挖面上的水、土压力实现动态平衡。采用土压平衡模式时，在不同地质地段掘进时，根据需要添加泡沫剂、聚合物、膨润土等以改善碴土性能。

碴土改良系统包括：土压传感器、膨润土系统接口、泡沫发生器、泡沫剂泵、水泵、泡沫剂箱和水箱，在刀盘上安装有土压传感器，膨润土系统接口通过管路连接，泡沫发生器通过管路连接膨润土系统接口，泡沫剂箱和水箱分别经过泡沫剂泵和水泵连接膨润土系统接口。

本发明的一种适用于复杂地层施工的复合盾构，还包括带压进舱安全系统；该系统由主舱室、进口舱室、开挖舱和保压系统构成；开挖舱位于刀盘旁边，主舱室与开挖舱相连接，主舱室与进口舱室相连接，开挖舱与主舱室、主舱室与进口舱室之间有人孔门，人孔门紧密关闭；保压系统连接开挖舱。

本发明的一种适用于复杂地层施工的复合盾构，通过研究盾构施工中开挖面的稳定机理，提供一种在复杂地层中具有高适应性的复合式土压平衡盾构，针对不同地质条件的特点，能同时适应软土、风化岩、软硬不均地层、砂层及砂卵石地层的安全施工系统。

本发明的一种适用于复杂地层施工的复合盾构，通过采用不同的开挖面稳定模式及不同的刀具布置和碴土改良系统以适应不同地层，并设计有带压进舱安全系统，能安全可靠地快速进行刀具的检查、更换及其它部件的维修或地下障碍物的排除。