[发明专利]一种盾构掘进机分段式断面导通隧道的方法

摘要

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。

主权项

1.一种盾构掘进机分段式断面导通隧道的方法，其特征在于，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；步骤10）若盾构掘进机完成第a*b个隧道圆形端面掘进，掘进深度到达预定长度，利用辅助设备及时将盾构掘进机移出隧道至指定区域，其中a和b分别表示隧道端面被盾构掘进机环形掘进后，剩余悬空岩石体刚化成悬臂梁端面相邻两条边包含的半圆形个数，否则回到步骤6）；步骤11）在悬臂梁端面上部放置钢板，在钢板上方安装千斤顶，接着在千斤顶的上部同时也放置钢板；步骤12）若悬空岩石体发生断裂，继续执行下一步，否则回到步骤11）；步骤13）将碎石冲击机移至悬空岩石体发生断裂的区域；步骤14）启动碎石冲击机对悬空断裂的岩石体进行小型化处理；步骤15）碎石冲击机将处理后的碎石移至螺旋输送机，接着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，再经过斗车、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16）将碎石冲击机移出隧道至指定区域，接着利用辅助设备将盾构掘进机移至发生断面的端面，且利用辅助设备平整断面的端面；步骤17）若剩余掘进的长度大于悬臂梁长度，则回到步骤6），继续执行，若剩余掘进长度小于等于悬臂梁长度，继续执行下一步；步骤18）启动盾构掘进机按预设方向掘进；步骤19）依次通过螺旋输送机、皮带输送机将碎石输送至斗车装入斗箱，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移至运输卡车运至指定区域；步骤20）依次通过管片运输卡车、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21）若隧道被盾构掘进机局部导通，继续执行下一步；否则回到步骤18）；步骤22）利用辅助设备将盾构掘进机移至下一个预定的切削区域；步骤23）若盾构掘进机完成第a*b个切削区域掘进，继续执行下一步；否则回到步骤18）；步骤24）剩余隧道被盾构掘进机环形局部导通后，利用辅助设备将盾构掘进机移出隧道至指定区域；步骤25）将碎石冲击机移至岩石体发生脱落的区域；步骤26）启动碎石冲击机对脱落的岩石体小型化处理；步骤27）碎石冲击机将处理后的碎石移至螺旋输送机，接着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，再经过斗车、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28）将碎石冲击机以及整个运输系统的设备移出隧道至指定区域；步骤29）整条隧道导通，任务执行完成。