[发明专利]一种流砂地层隧道机械掘进装置及工艺

说明书

本发明属于减震支座复合材料技术领域，尤其涉及一种流砂地层隧道机械掘进装置及工艺，包括设置在所述支撑装置的上下两端的隔绝装置，用于隔绝开挖区域与非开挖区域流砂层；设置在所述支撑装置前端的挖掘装置，用于对流砂地层开挖面的流砂进行开挖与收集；设置在所述隔绝装置和挖掘装置上的喷淋装置，用于将膨胀土浆液灌注到流砂地层之中；设置在所述支撑装置下部的出渣装置，用于将挖掘装置收集的渣土传送到隧道之外；设置在所述支撑装置的后端的推进装置，用于推动掘进装置前进。本发明所述的机械装置可以有效地增强流砂地层隧道掘进速度和安全，保证隧道围岩稳定，减小隧道施工扰动引起流砂地层大体积塌落。

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，尤其涉及一种流砂地层隧道机械掘进装置及工艺。

背景技术

随着我国交通强国建设的发展，城市地铁隧道建设规模不断扩大，隧道工程建设不可避免地穿越流砂地层区域。众所周知，自然界的流砂地层在外力作用下可以插入钢质结构，同时隧道开挖扰动极易造成大体积滑塌，很难形成稳定围岩体，流砂地层初始应力状态一旦发生改变，极易造成砂层垮塌，危及建设者的生命安全。

然而，现有技术中传统的流砂地层隧道施工工艺通常采用“超前小导管+大管棚+径向注浆”相结合的加固方式，这种施工工艺存在建设成本高、耗时长的缺点，而且，在隧道施工过程中容易发生扰动引起流砂地层大体积塌落，从而影响隧道掘进速度和安全。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种流砂地层隧道机械掘进装置，本发明所述的机械装置可以有效地增强流砂地层隧道掘进速度和安全，保证隧道围岩稳定，减小隧道施工扰动引起流砂地层大体积塌落。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种流砂地层隧道机械掘进装置，包括支撑装置、隔绝装置、挖掘装置、喷淋装置、出渣装置和推进装置；

所述隔绝装置设置在所述支撑装置的上下两端，用于隔绝开挖区域与非开挖区域流砂层；

所述挖掘装置设置在所述支撑装置的前端，用于对流砂地层开挖面的流砂进行开挖与收集；

所述喷淋装置设置在所述隔绝装置和挖掘装置上，用于将膨胀土浆液灌注到流砂地层之中；

所述出渣装置设置在所述支撑装置的下部，用于将挖掘装置收集的渣土传送到隧道之外；

所述推进装置设置在所述支撑装置的后端，用于推动掘进装置前进。

作为优选，所述隔绝装置包括圆形护盾，所述圆形护盾的外直径为6.77m，内直径为6.70m，长度2.00m，内外直径之间设置有多个喷淋口，用于喷淋膨胀土浆液。所述隔绝装置可以实现在超前插入流砂地层之中，隔绝开挖区域与非开挖区域流砂层的应力应变传递。

作为优选，所述圆形护盾后端设置有推进装置，所述推进装置包括后侧管片和千斤顶，通过千斤顶顶推后侧管片向前施加推进力，推动掘进装置前进，推进装置与盾构机相同。

作为优选，所述挖掘装置包括刀盘和驱动装置，所述刀盘上设置有多个挖斗式刀具，所述挖斗式刀具与所述刀盘内部连通；所述驱动装置包括旋转轴承，所述旋转轴承的一端与所述刀盘连接，所述旋转轴承的另一端与动力装置连接，在动力装置的驱动下旋转轴承可带动刀盘转动。利用锥形体刀盘实现对流砂地层开挖面的有效分割，利用挖斗式刀具实现流砂的开挖与收集，所述挖斗式刀具与所述刀盘内部连通，挖斗式刀具在开挖时可以使挖掘的流砂进入刀盘内部收集。

作为优选，所述刀盘为圆锥形刀盘，所述圆锥形刀盘的底部直径为6.65m，高为1.0m；所述挖斗式刀具分布于圆锥形刀盘上，成十字形布置，每环间距为1.0m，共4环。

作为优选，所述刀盘的上下两端嵌设于所述护盾内表面的凹槽之中，所述刀盘和所述护盾之间具有一定的间隙，所述刀盘和所述护盾之间设置有细毛刷，通过细毛刷密封，防止流砂封堵间隙。