[发明专利]一种超大断面隧道掘进主机及盾构机

说明书

本发明公开了一种超大断面隧道掘进主机及盾构机，掘进主机包括盾体，所述盾体的前端设有倾斜设置的刀盘，盾体内设有倾斜设置的主驱动，主驱动与刀盘相连接。所述刀盘的倾斜角度与掌子面的土体自然倾斜角θ相同。优选地，所述盾体的前端面为斜面，斜面的倾斜角度与刀盘的倾斜角度相同，盾体内依次设有前隔板和中间隔板，主驱动连接在前隔板和中间隔板上，主驱动通过刀盘法兰和支撑臂与刀盘相连接。本发明掘进主机利用土体自然安息角原理，在盾构机前方形成一种倾斜式隧道掌子面和刀盘（倾斜角度与土体自然安息角相同）结构，使底部掌子面对顶部掌子面有实质性支撑，有效保证隧道掌子面的稳定，保证盾构法隧道施工的安全。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种超大断面隧道掘进主机及盾构机。

背景技术

城市地下空间的开发利用对于改善城市环境、建设宜居城市、提高城市综合承载能力具有重要意义。地下空间的开发有诸多形式，其中在修建城市地铁隧道以及公路隧道方面以盾构法应用的最为普遍。

近年来，隧道施工向着更大直径、更复杂地层和更小扰动的方向发展，超大断面多功能隧道也越来越多。一般将开挖面积超过100㎡的隧道称为超大断面隧道。随着隧道掌子面开挖面积越来越大，掌子面拱顶和底部土体的压力差更大，土体自稳性更差，掌子面发生失稳、塌方、地表沉降失控等次生灾害的概率大大增加，严重影响工程质量、安全、进度，乃至造成巨大的经济损失。

现今盾构法施工设备主要有两种：即土压平衡盾构和泥水平衡盾构。这两种设备类型在隧道掌子面与隧道轴线垂直的超大断面隧道施工时的特点如下：

（1）土压平衡盾构是将掌子面开挖下来的渣土产生土压，以平衡掌子面的压力。其具有施工成本低、施工进度快等优点，但用于超大断面隧道施工时，刀盘扭矩会随着开挖面面积的增大成几何倍数的增加，致使盾构机驱动功率增大，刀盘磨损严重，施工成本大大增加。且土压平衡盾构机在在施工时无法做到满仓掘进，土仓压力控制精准度不高，施工后地表沉降大，并不能精确控制掌子面各个高度的压力，掌子面易发生失稳；

（2）泥水平衡盾构可将制备好的泥浆送入泥水仓，在开挖面处形成难透水的泥膜，通过泥膜建立的压力平衡掌子面的水土压力，支撑隧道掌子面。为了确保开挖面稳定，必须建立合适的泥膜压力：若开挖面前方的泥膜按照超大断面隧道顶部压力建压，由于掌子面拱顶和底部土体的压力差太大，掌子面底部泥膜对土体无法形成实质性支撑；若开挖面前方的泥膜按照超大断面隧道底部压力建压，则掌子面顶部泥膜压力大于土体压力，掌子面稳定性差、易发生塌方。

综上所述，超大断面隧道由于拱顶和底部的压力差太大，局部大压力的可能性增大，现有的隧道掘进机在施工时均不能精确控制掌子面各个高度的压力，不能保证开挖面前方的掌子面稳定性。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种超大断面隧道掘进主机及盾构机，以解决上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种超大断面隧道掘进主机，包括盾体，所述盾体的前端设有倾斜设置的刀盘，盾体内设有倾斜设置的主驱动，主驱动与刀盘相连接。所述刀盘的倾斜角度与掌子面的土体自然倾斜角θ相同。

优选地，所述盾体的前端面为斜面，斜面的倾斜角度与刀盘的倾斜角度相同，盾体内依次设有前隔板和中间隔板，主驱动连接在前隔板和中间隔板上，主驱动通过刀盘法兰和支撑臂与刀盘相连接。

优选地，所述前隔板倾斜设置，前隔板与刀盘之间形成泥土仓，前隔板上设有泡沫注入口、膨润土注入口和土压传感器；刀盘的后部设有主动搅拌棒，主动搅拌棒与设置在前隔板上的被动搅拌棒相对应。

优选地，所述中间隔板的上部连接有人舱，人舱与设置在前隔板上的前舱门相对应，中间隔板的下部连接有排渣管路。

优选地，所述盾体包括依次连接的前盾、中盾和尾盾，前盾、中盾和尾盾的直径依次减小，前盾、中盾和尾盾均采用分块连接盾体。