[发明专利]一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置及其掘进方法

说明书

本发明公开一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置及其掘进方法，包括盾体，所述盾体内设有挖掘机构和出土机构；盾体连接有连接梁；连接梁之间设有导向支撑组件和顶压组件，导向支撑组件上设置有注浆锚杆；顶压组件分别将若干所述注浆锚杆倾斜的顶入所述盾体外周范围内的软弱地层中，在顶入的所述注浆锚杆内浇筑砂浆形成超前支护和/或预支护；本掘进装置在开挖和挖掘的过程中就能够进行预支护工作，在挖开盾体所在范围的空间后，注浆锚杆也打入了顶层和四周的软弱地层中并完成灌浆工作，加固了盾体外周范围内的土壤，使得挖出的空间具备良好的支撑能力和安全性，形成了开挖、出土和预支护同时开展的一体化掘进方式，并具备跟进支护功能。

技术领域

本发明涉及到软弱地层掘进施工技术领域，具体涉及到一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置及其掘进方法。

背景技术

随着隧道与地下工程学科的发展，我国的地下结构日益呈现多样化、复杂化。其中，解决软弱地层隧道安全、快速施工的问题，是发展隧道与地下工程的一个关键。通常的施工方法为：以超前预支护、预加固等措施预先处理软弱地层，并采用足够刚度、强度的复合衬砌为基本支护结构的用于软土地层近地表隧道的施工方法。

中国发明专利(公告号：CN103016027B)在2015年公开了一种软弱、破碎复杂地质条件下隧道或巷道掘进方法，包括如下施工步骤：前期准备工作、自钻钢钎、钢管或钎杆作业、钢拱架安装、隧道或巷道掘进施工、二次支护。该发明虽然能够用于隧道挖掘施工，但是需要在开挖前进行支护施工操作，而且在后期的掘进过程中很难再进行预支护，还需要进行二次支护。

另外，在西北部地区黄土地层隧道施工中，隧道的自稳性受到多种因素的影响，如黄土的自身工程特性、不同饱和度下黄土地层的结构特性、与含水量变化有关的水敏性等。因此，V类软岩黄土隧道开挖仍以分部开挖法为主。分部开挖法因其工序繁杂、施工空间小，使得隧道施工开挖、初支、出碴等关键工序机械化程度较低，施工进度慢，工程成本高，而黄土公路隧道往往是整个项目或全线的控制性工程，要求确保较快的施工速度。研发黄土隧道关键工序一体化机械设备，实现快速施工成为当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置及其掘进方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，包括盾体，所述盾体的前端设有插入部，所述盾体的内周设有第一支架组件，所述第一支架组件上设有若干组沿掘进方向布置的可活动的挖掘机构，每个所述挖掘机构的下方均设置有出土机构，所述出土机构与所述第一支架组件连接并倾斜的沿掘进反方向向外延伸；所述盾体的后端连接有第二支架组件，所述第二支架组件为框架结构并在外圆周设有轴向的连接梁；所述第二支架组件周向的间隔设置有若干导向支撑组件，所述导向支撑组件分别安装在所述连接梁之间，所述导向支撑组件上设置有注浆锚杆；所述导向支撑组件后方的所述连接梁上还设有顶压组件，所述顶压组件分别将若干所述注浆锚杆倾斜的顶入所述盾体外周范围内的软弱地层中，在顶入的所述注浆锚杆内浇筑砂浆形成超前支护和/或预支护。

本掘进装置通过在所述盾体后方连接所述第二支架组件，并在所述第二支架组件上设置能够将所述注浆锚杆打入软弱地层中的导向支撑组件和顶压组件，使得本掘进装置在开挖和挖掘的过程中就能够进行预支护工作，既能够合理利用挖土时间，也能够提升挖掘的安全性，在挖开盾体所在范围的空间后，注浆锚杆也打入了顶层和四周的软弱地层中并完成灌浆工作，加固了盾体外周范围内的土壤，使得挖出的空间具备良好的支撑能力和安全性，使得开挖、出土和预支护同时开展，形成了一体化的掘进方式；降低了分步开挖，分布支护、二次支护等繁杂的施工步骤，在确保安全的前提下还能够加快施工进度，降低施工成本，同时所述第二支架组件由于能够跟随所述盾体一同前进，也能够形成跟进支护操作；本掘进装置非常适合软弱地层的掘进，如黄土公路隧道的施工。