[发明专利]一种新型盾构机及其隧道施工方法

说明书

本发明公开了一种新型盾构机，其特征在于：包括外侧盾壳(2)，在所述外侧盾壳(2)内沿圆周方向布置若干台小型盾构(1)，在所述小型盾构(1)内缘布置内侧盾壳(3)；所述小型盾构(1)可自转，以开挖小型盾构范围内的开挖区域I；同时所述小型盾构(1)可公转，以开挖所述外侧盾壳(2)、所述内侧盾壳(3)和所述小型盾构(1)所围成的开挖区域II；所述内侧盾壳(3)在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面(7)的后方设置运输装置。本发明可充分发挥小盾构的掘进速度优势，快速开挖隧道轮廓；中间部分地层已稳定，不需采用原盾构的旋转刀具开挖，在提高隧道掘进效率的同时，可减少能耗。

技术领域

本发明属于隧道施工领域，具体涉及一种新型盾构机及其隧道施工方法。

背景技术

现有盾构机施工原理为通过刀盘连续的旋转、刀盘上的刀具切削前方的地层，开挖出隧道轮廓，从盾体内部外运渣土，并在盾壳后方拼装管片衬砌支撑开挖后的隧道周边地层，最终形成隧道结构。

盾构机是现有隧道施工的主要成套设备，已具有较为广泛的应用，但现有盾构机多采用一个覆盖整个隧道断面的刀盘，施工时存在以下问题：

1、盾构施工进度相对较慢，满足不了日益提高的施工进度要求。为控制盾构外圈刀的线速度，盾构直径越大其转速越慢，对应其施工进度越低。直径6米的盾构施工进度一般在250m～300m/月，大直径盾构则更低。提高盾构的施工进度是后续隧道创新的方向；

2、隧道全断面开挖，盾构机需全部开挖出掌子面，消耗较多的能量去开挖地层；

3、盾构整个刀盘绕中心旋转开挖，刀具在掌子面各地层无差别的走行，导致在不同的地层之间存在不同的受力状态、不同的磨损程度。盾构在软硬不均地层掘进效率低、刀具磨损大是一直困恼盾构施工的问题。

发明内容

针对上述现有技术方案的问题，现在需要解决的关键技术包括：

1、受现有机械设备性能限制，盾构施工速度受到限制，尤其是大盾构施工速度难以进一步提高。

2、盾构机在全断面开挖时消耗较多的能量去开挖地层，容易加剧刀具的磨损，导致掘进效率低下。

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种新型盾构机及其隧道施工方法，可充分发挥小盾构的掘进速度优势，快速开挖隧道轮廓；中间部分地层已稳定，不需采用原盾构的旋转刀具开挖，在提高隧道掘进效率的同时，可减少能耗；将整个隧道开挖断面分成若干部分进行开挖，每个小盾构开挖的地层范围较原盾构的小，可大幅减小地层软弱不均开挖面对掘进的影响。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种新型盾构机，包括外侧盾壳，在所述外侧盾壳内沿圆周方向布置若干台小型盾构，在所述小型盾构内缘布置内侧盾壳；

所述小型盾构可自转，以开挖小型盾构范围内的开挖区域I；同时所述小型盾构可公转，以开挖所述外侧盾壳、所述内侧盾壳和所述小型盾构所围成的开挖区域II；

所述内侧盾壳在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面的后方设置运输装置。

优选地，所述运输装置包括皮带机、运输车，用于不透水软土的运输。

优选地，所述运输装置包括一筒体，用于透水或高水压土体的运输，与所述内侧盾壳直径相同，在所述中间部分土体出土面处与所述内侧盾壳对接，在所述筒体与所述内侧盾壳之间设置可封闭的闸门。

优选地，所述内侧盾壳在距离端部小型盾构长度L的中间部分土体出土面的后方还设置破碎机，用于破碎基岩；所述运输装置用于岩块的运输。

为实现上述目的，按照本发明的第二方面，还提供如前所述的新型盾构机的隧道施工方法，包括如下步骤：

S1：开挖区域划分；