[发明专利]一种盾构掘进机分段式断面导通隧道的方法

说明书

本发明是一种盾构掘进机分段式断面导通隧道的方法，首先选取盾构掘进机的型号、刀盘直径，并结合需导通的隧道口端面的长度、宽度以及需导通的隧道的总长对每次盾构机掘进的预定长度和最后剩余掘进长度相关参数进行合理的划分，并对隧道端面被盾构掘进机按照预定的顺序掘进后，形成的悬空岩石体抽象出等效的受力模型，将悬空岩石体等效成刚化的悬臂梁，结合悬臂梁自身重力以及需要施加外部载荷来使悬臂梁达到应力极限、挠度极限以及转角极限，逆向求出需要施加的外部载荷大小，从而对悬臂梁的端部施加精确的外部载荷实现断面，最后采用端面环形掘进导通整条隧道。本发明方法的掘进速度可大幅提高，同时可大幅降低能耗，实现绿色导通隧道的模式。

技术领域

本发明属于盾构掘进机技术领域，具体涉及一种盾构掘进机分段式断面导通隧道的方法。

背景技术

隧道掘进技术又称为“盾构技术”，是软土隧道掘进机和岩石隧道掘进机的统一称谓。盾构掘进机是集机械、电器、液压、测量、控制等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。盾构掘进机具备开挖速度快、质量高、人员劳动强度比较小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点。现代盾构控制地面沉降和减少地表变形最基本且有效方法之一是采用土压平衡技术。先进的土压平衡式盾构机，在土仓内设置土压传感器，配备实时反馈以及调整的机电和计算机控制系统，一般情况下能够较好地保证地层稳定的效果。

盾构机具有开挖切削土体、输送土渣、拼装管片、隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构施工法适用于软土、砾石、硬岩等不同地质构造的隧道暗挖，被广泛应用于地铁、公路、铁路、输气、输水、市政、水电隧道以及地铁隧道等大型工程建设。

发明内容

本发明主要采用盾构掘进机对隧道端面环形掘进，对悬空岩石体进行刚化处理，结合自身重力以及施加外部载荷来实现对岩石体分段式断面来导通隧道，从而大幅提高盾构掘进机的掘进范围，尤其实现对大型或者超大型端面掘进，同时降低盾构机的能耗，实现绿色环保的隧道掘进模式。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种盾构掘进机分段式断面导通隧道的方法，参照图12所示，该方法包括以下步骤：

步骤1）选定参数，确定隧道被盾构掘进机掘进导通后的端面参数、所选定的盾构掘进机的刀盘参数和盾构掘进机每次掘进参数；

步骤2）将悬空岩石体刚化成悬臂梁模型，采用两边逼近的方法对悬臂梁近似端面对中性轴惯性矩的乘积进行开平方近似处理；

步骤3）在悬臂梁承受自身重力以及外部载荷状态下，对悬臂梁端部进行应力分析、挠度分析以及转角分析；

步骤4）依据岩石体材料的材料属性，确定悬臂梁承受载荷的安全系数，并以悬臂梁能承受的应力、挠度和转角来确定外部需施加的载荷；

步骤5）利用辅助设备将盾构掘进机移至指定的掘进区域；

步骤6）启动盾构掘进机沿着预设的方向掘进；

步骤7）依次通过螺旋输送机、皮带运输机以及斗车将碎石装入斗箱中，接着依次通过斗车、电瓶车、吊车以及运输小车将斗箱移交给碎石储仓，最后碎石储仓将碎石输送至运输卡车运至指定区域；

步骤8）依次通过管片运输车、吊车以及管片运输小车将管片运至盾构掘进机挖空的区域，利用辅助设备将管片安装于隧道顶部的指定区域；

步骤9）若盾构掘进机掘进长度达到悬臂梁预定长度，则停止掘进，且利用辅助设备将盾构掘进机移至下一个预定的切削区域，否则回到步骤6），继续执行；