一種馬蹄形開敞式盾構(gòu)體結(jié)構(gòu)及其盾構(gòu)法施工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種馬蹄形開敞式盾構(gòu)體結(jié)構(gòu)及其盾構(gòu)法施工工藝，包括采用馬蹄形斷面盾構(gòu)體結(jié)構(gòu)，利用周邊若干只液壓千斤頂和支撐工字鋼加工可拆移式的反力體系，結(jié)合一期防護(hù)和盾構(gòu)體安全保障，完成開挖土體工作；開挖完一個段落后，拆除反力體系，進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，完成洞身結(jié)構(gòu)施工。該方案經(jīng)有限元模型計(jì)算，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度和受力安全指標(biāo)符合要求，并且通過將加工件分塊、焊接和檢測技術(shù)按照鋼結(jié)構(gòu)加工要求進(jìn)行，在加工廠進(jìn)行整機(jī)試拼裝。液壓系統(tǒng)從市場采購名牌產(chǎn)品，經(jīng)有關(guān)部門對整機(jī)施工安全性進(jìn)行現(xiàn)場評估后開始試運(yùn)行。
【專利說明】一種馬蹄形開敞式盾構(gòu)體結(jié)構(gòu)及其盾構(gòu)法施工工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于盾構(gòu)體工作原理、為了解決飽和黃土地層礦山法開挖的安全問題而研制的馬蹄形開敞式盾構(gòu)體及其盾構(gòu)法施工工藝，屬于盾構(gòu)技術(shù)的延伸。

【背景技術(shù)】
[0002]目前在土層中開挖隧道，由于土層強(qiáng)度低，尤其是含水量大時成洞穩(wěn)定性極差，因此盾構(gòu)法施工應(yīng)運(yùn)而生。盾構(gòu)法是利用鋼材的高強(qiáng)度和易加工特點(diǎn)，將鋼板加工成隧洞斷面形狀，形成在土層中對施工人員和設(shè)備的防護(hù)體；再在頭部設(shè)置開挖輔助設(shè)施如人工挖掘隔倉、切削刀盤、水力噴頭等；在盾體內(nèi)設(shè)置開挖料輸出裝置，如螺旋輸送帶、泥水管路、輕軌斗車；在盾尾設(shè)置襯砌支護(hù)設(shè)施，形成開挖、出土、支護(hù)、襯砌配套協(xié)作的結(jié)構(gòu)，完成隧道施工的完整方法。
[0003]回顧盾構(gòu)法的形成、發(fā)展和現(xiàn)狀，1823年，倫敦泰晤士河隧道建設(shè)中，將煤礦礦山工程師的盾構(gòu)設(shè)想變成實(shí)際操作嘗試，盡管水下隧道歷時18年，但為類似工程施工開創(chuàng)了有創(chuàng)舉的新方法。
[0004]經(jīng)過百余年的不懈探索和實(shí)踐，20世紀(jì)90年代開始，各種類型的盾構(gòu)設(shè)備開發(fā)使用逐步進(jìn)入了繁榮時期。日本東京灣公路隧道被稱為世界超大型道路交通隧道盾構(gòu)法施工的范例；英法海底隧道更是成為世界盾構(gòu)技術(shù)強(qiáng)國集中施工技術(shù)前沿技術(shù)成果的典范。盾構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，不但使土壓平衡、泥水平衡技術(shù)日臻完善，而且使得操作更簡單、系統(tǒng)更完善、自動化程度更高、控制精度更準(zhǔn)確。在開挖斷面適應(yīng)性方面，研制成功了單頭、雙頭和多頭刀盤，利用曲軸傳動技術(shù)，開發(fā)出適應(yīng)矩形斷面、橢圓形斷面或任意斷面的刀盤和支護(hù)設(shè)備。
[0005]中國在1962年在上海開始進(jìn)行盾構(gòu)法試驗(yàn)隧道開挖，1970年完成上海打浦路公路隧道，這是中國第一條盾構(gòu)法施工的水下公路隧道。20世紀(jì)90年代，中國各大城市地鐵工程蓬勃發(fā)展，一批地下輕軌隧道開始興建，上海、北京、廣州、深圳等地鐵隧道施工都應(yīng)用了盾構(gòu)技術(shù)。特別是2003年，上海隧道工程有限公司率先采用雙圓隧道工程掘進(jìn)機(jī)施工上海M8線地鐵區(qū)間隧道，將中國盾構(gòu)法隧道施工帶入了與世界先進(jìn)技術(shù)水平同步發(fā)展的新時代。
[0006]在中國，如今盾構(gòu)技術(shù)研制水平與世界同步，各種盾構(gòu)機(jī)都能在國內(nèi)生產(chǎn)，這極大地提高了這一領(lǐng)域發(fā)展的速度。
[0007]當(dāng)今盾構(gòu)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，在于從盾構(gòu)施工的基本原理看，為了支撐掌子面的穩(wěn)定，采用土壓平衡或泥水平衡盾構(gòu)。土壓平衡盾構(gòu)適合于地下水少、滲透系數(shù)小的粘性土地層、砂性地層和砂礫土層，通過精確控制開挖倉的排土量，保持開挖艙的土體壓力，與開挖面土體保持平衡，防止坍塌。泥水平衡盾構(gòu)適合于地下水位高、流沙等富水地層及砂礫石含量較高的地層，通過向開挖艙壓注泥漿，一方面平衡工作面土體，另一方面用管道泥漿將開挖料輸送出洞。隨著盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，將不同盾構(gòu)形式和開挖面穩(wěn)定方法進(jìn)行組合，形成復(fù)合盾構(gòu)法。復(fù)合盾構(gòu)可以根據(jù)土層地質(zhì)和水文條件作調(diào)整，其本質(zhì)上是對開挖面支撐方式以及刀具、出渣運(yùn)輸系統(tǒng)和其他設(shè)備調(diào)整。復(fù)合盾構(gòu)的組合模式有泥水式、敞開式盾構(gòu)；土壓平衡、敞開式盾構(gòu)；泥水式、土壓平衡盾構(gòu)；敞開式、泥水式、土壓平衡盾構(gòu)等。
[0008]現(xiàn)在，非圓斷面盾構(gòu)主要是在開挖面將多個刀盤組合，通過雙軸、多軸和曲軸等方法，控制不同刀盤的運(yùn)動軌跡，開挖出矩形、橢圓形、馬蹄形、雙圓型、三圓形等各種需要的斷面形狀，在地鐵車站的特殊地下結(jié)構(gòu)中開發(fā)利用，并日益成熟。隨著非圓斷面隧道采用盾構(gòu)施工技術(shù)含量越來越高，設(shè)計(jì)、制造、集成復(fù)雜，造價(jià)很高。因此工程使用僅限于工程量大的重要工程，在一般工程中很少使用?？傊?，這些盾構(gòu)機(jī)適用于長隧道或大斷面，優(yōu)點(diǎn)是自動化程度高、功能多，缺點(diǎn)是制造周期長、構(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種機(jī)械強(qiáng)度和受力安全指標(biāo)符合飽和黃土地層礦山法開挖的安全問題要求而研制的馬蹄形開敞式盾構(gòu)體結(jié)構(gòu)及其盾構(gòu)法施工工藝。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供一種馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述盾構(gòu)結(jié)構(gòu)包括馬蹄形斷面盾構(gòu)機(jī)，在盾構(gòu)機(jī)馬蹄形斷面的周邊設(shè)有若干只液壓千斤頂和支撐工字鋼構(gòu)成的可拆移式反力結(jié)構(gòu)，在反力結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有鋼筋混凝土襯砌洞身結(jié)構(gòu)。
[0011]其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，在所述馬蹄形盾構(gòu)機(jī)的兩側(cè)分別設(shè)有十字網(wǎng)格，安裝在盾構(gòu)機(jī)尾部一周的十字網(wǎng)格與液壓千斤頂配合且同時用于反鏟裝車，安裝在盾構(gòu)機(jī)前部的十字網(wǎng)格用于切削土體。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，在所述盾構(gòu)機(jī)的前部還加設(shè)有縱向和水平加強(qiáng)梁。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述液壓千斤頂被設(shè)置在馬蹄形盾構(gòu)機(jī)的兩側(cè)和底邊。
[0014]一種采用上述馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的盾構(gòu)法施工工藝，其特征在于，所述盾構(gòu)法施工工藝包括如下工藝步驟:
[0015]S1:采用馬蹄形斷面，利用周邊若干只液壓千斤頂和型鋼加工可拆移式反力體系;
[0016]S2:結(jié)合支護(hù)和盾體安全裝置，完成開挖工作；
[0017]S3:開挖一個段后，拆除可拆移式反力體系，進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，完成洞身結(jié)構(gòu)施工。
[0018]其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述SI步中的可拆移式反力體系通過安裝在盾尾一周的12個液壓千斤頂協(xié)同工作，使前部網(wǎng)格切削土體，網(wǎng)格后反鏟裝車，實(shí)現(xiàn)開挖土體工作。
[0019]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述S2步中支護(hù)和盾體安全裝置為頂進(jìn)過程中，液壓千斤頂頂進(jìn)一個行程60cm，即為工字鋼支撐的間距，將新裝工字鋼支撐安裝在盾構(gòu)機(jī)尾部的防護(hù)部下，并與已安裝的支撐工字鋼和鋼筋條焊接在一起；當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)后，及時進(jìn)行噴混凝土防護(hù)，形成臨時穩(wěn)定洞室。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，將所述支撐工字鋼安裝在盾構(gòu)機(jī)尾部的防護(hù)部下，并與已安裝的支撐工字鋼和鋼筋條焊接在一起。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述防護(hù)部為盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)后由噴射于洞壁鋼筋上的混凝土形成的臨時穩(wěn)定洞室。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)機(jī)尾部與鋼筋混凝土襯砌之間設(shè)置有可組裝的鋼桁架的傳力結(jié)構(gòu)。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:該馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)及其盾構(gòu)法的施工工藝具有如下特點(diǎn):
[0024](I)該馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案經(jīng)有限元模型計(jì)算，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度和受力安全指標(biāo)符合規(guī)定要求。
[0025](2)加工制作方便，該馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)通過將加工件分塊、焊接和檢測技術(shù)按照鋼結(jié)構(gòu)加工要求進(jìn)行，在加工廠進(jìn)行整機(jī)試拼裝。液壓系統(tǒng)從市場采購，構(gòu)件制造與組裝方便。
[0026](3)施工質(zhì)量顯著提高，當(dāng)該馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)頂進(jìn)60cm，及時進(jìn)行掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。鋼筋網(wǎng)焊接在工字鋼支撐上，噴混凝土分三層完成，每次噴層厚度6cm左右，故工程質(zhì)量顯著提高。
[0027](4)本發(fā)明解決了常規(guī)礦山法開挖在飽和黃土地層的安全問題，工程投資低、施工方便可靠

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明馬蹄形開敞式盾構(gòu)體的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為圖1的側(cè)視圖；
[0030]圖3為本發(fā)明馬蹄形開敞式盾構(gòu)體推進(jìn)系統(tǒng)及后靠正面圖；
[0031]圖4為本發(fā)明馬蹄形開敞式盾構(gòu)體推進(jìn)系統(tǒng)及后靠縱斷圖。
[0032]圖中:1-支撐工字鋼，2-混凝土層，3-十字網(wǎng)格，4-盾構(gòu)體頭，5-液壓千斤頂，6-鋼桁架。

【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明是一種馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)，所述盾構(gòu)結(jié)構(gòu)包括馬蹄形斷面盾構(gòu)機(jī)，在盾構(gòu)機(jī)馬蹄形斷面的周邊設(shè)有若干只液壓千斤頂5和支撐工字鋼I構(gòu)成的可拆移式反力結(jié)構(gòu)，在所述反力結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有鋼筋混凝土襯砌洞身結(jié)構(gòu)。
[0034]本發(fā)明中優(yōu)選的實(shí)施方案是，在所述馬蹄形盾構(gòu)機(jī)的兩側(cè)分別設(shè)有十字網(wǎng)格3，安裝在盾構(gòu)機(jī)尾部一周的十字網(wǎng)格3與液壓千斤頂5配合且同時用于反鏟裝車，安裝在盾構(gòu)機(jī)前部即盾構(gòu)體頭4的十字網(wǎng)格3用于切削土體。
[0035]本發(fā)明中進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案是，在所述盾構(gòu)機(jī)前部還加設(shè)有縱向和水平加強(qiáng)梁。
[0036]本發(fā)明中進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，所述液壓千斤頂5被設(shè)置在馬蹄形盾構(gòu)機(jī)的兩側(cè)和底邊。
[0037]一種采用上述馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的盾構(gòu)法施工工藝，所述盾構(gòu)法施工工藝包括如下工藝步驟:
[0038]第一步:采用馬蹄形斷面，利用周邊若干只液壓千斤頂5和型鋼加工可拆移式反力體系；
[0039]第二步:結(jié)合支護(hù)和盾體安全裝置，完成開挖工作；
[0040]第三步:開挖一個段后，拆除反力體系，進(jìn)行加鋼筋的混凝土層2的襯砌，完成洞身結(jié)構(gòu)施工。
[0041]本發(fā)明中優(yōu)選的實(shí)施方案是，所述第一步中的可拆移式反力體系通過安裝在盾尾一周的12個液壓千斤頂5協(xié)同工作，使前部十字網(wǎng)格3切削土體，十字網(wǎng)格3后的反鏟裝車，實(shí)現(xiàn)開挖土體工作。
[0042]本發(fā)明中進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案是，所述第二步中支護(hù)和盾體安全裝置為在頂進(jìn)過程中，液壓千斤頂5頂進(jìn)一個行程60cm，即為支撐工字鋼I支撐的間距，將新裝支撐工字鋼I支撐安裝在盾尾防護(hù)部下，并與已安裝的支撐工字鋼I和支撐鋼筋條焊接在一起；當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)后，及時進(jìn)行噴混凝土防護(hù)，形成臨時穩(wěn)定洞室。
[0043]本發(fā)明中進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，將所述支撐工字鋼I安裝在盾構(gòu)機(jī)尾部的防護(hù)部下，并與已安裝的支撐工字鋼I和支撐鋼筋條焊接在一起。
[0044]本發(fā)明中進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，所述防護(hù)部為盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)后由噴射于洞壁的支撐鋼筋條上的所述混凝土層2形成的臨時穩(wěn)定洞室。
[0045]本發(fā)明中進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，在所述盾構(gòu)機(jī)尾部與襯砌的混凝土層2之間設(shè)置有可組裝后的鋼桁架6傳力結(jié)構(gòu)。
[0046]實(shí)施例1
[0047]本發(fā)明是一種馬蹄形開敞式盾構(gòu)體結(jié)構(gòu)及其盾構(gòu)法施工工藝，該馬蹄形開敞式盾構(gòu)體結(jié)構(gòu)首先符合設(shè)計(jì)斷面要求，采用馬蹄形斷面，利用周邊12只液壓千斤頂5和型鋼組合成可拆移式反力體系，結(jié)合一期支護(hù)和盾體安全保障，完成開挖工作。開挖一個段落后，拆除所述反力體系，進(jìn)行混凝土層2的襯砌，完成洞身結(jié)構(gòu)施工。
[0048]初步選用十字網(wǎng)格馬蹄形盾構(gòu)，通過安裝在盾尾一周的幾個千斤頂協(xié)同工作，使前部網(wǎng)格切削土體，網(wǎng)格后反鏟裝車，實(shí)現(xiàn)開挖土體工作。反鏟裝車設(shè)在盾體內(nèi)，在頂進(jìn)過程中，液壓千斤頂5 —個行程60cm，是支撐工字鋼I的間距，將新裝支撐工字鋼I安裝在盾尾防護(hù)部下，并與已安裝的支撐工I字鋼I和鋼筋條可靠焊接。當(dāng)所述盾構(gòu)推進(jìn)后，及時進(jìn)行噴混凝土防護(hù)，形成臨時穩(wěn)定洞室。
[0049]因此，盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)要在反映現(xiàn)場需求的前提下盡可能簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠，是課題研究的關(guān)鍵項(xiàng)目。
[0050]盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)如下:
[0051]護(hù)盾采用40mm厚Q235鋼板卷制、焊接加工，內(nèi)斷面形狀為帶仰拱的馬蹄形設(shè)計(jì)開挖斷面，斷面5900mmX 7600mm。盾構(gòu)總長度6490mm，其中前突上護(hù)盾長1800mm，前后艙立隔板的前部全斷面長度1496_，前艙主要是切土部分，為了軟塑土體的穩(wěn)定，用40_鋼板分割成小方格；后艙長3194_，為敞開式護(hù)盾，設(shè)置液壓千斤頂支座，以及液壓千斤頂5收回時安裝支護(hù)的支撐工字鋼I。
[0052]根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，盾構(gòu)外殼土中摩擦阻力和切土阻力之和為7320kN，考慮糾偏和圍土含水率變化，需求推力取lOOOOkN。
[0053]為此，沿周邊布置液壓千斤頂5的液壓缸取200/110-800mm、系統(tǒng)壓力300bar，單只液壓缸推力為942kN，共14個千斤頂，總推力13188kN，滿足需求。
[0054]液壓千斤頂5設(shè)計(jì)行程800mm，使用行程600mm，后靠背采用型鋼加工,寬度同液壓千斤頂5使用行程，全斷面分成4段，即上部橫梁、兩個邊柱和一個底梁。
[0055]鋼桁架6頂進(jìn)方案的設(shè)計(jì):
[0056]設(shè)計(jì)方案以現(xiàn)有洞斷面為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，掌子面處布置開敞式盾構(gòu)機(jī)，先在盾殼內(nèi)組裝支撐工字鋼1，并與后部已噴護(hù)支撐使用的支撐工字鋼I連接，之后盾構(gòu)機(jī)向前頂進(jìn)一榀距離，待盾尾圍土出露后即噴射混凝土封閉，隨后安排開挖出土及下一循環(huán)施工，如圖圖1、圖2所示。結(jié)合退水洞的施工經(jīng)驗(yàn)，以及施工進(jìn)度的需要，支撐工字鋼I選用I 20a型工字鋼(縱向連接仍使用I 16)，每榀距離控制為0.7m，支撐工字鋼I內(nèi)安裝Φ60200鋼筋網(wǎng)，噴0.25m厚C20混凝土。
[0057]盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)時，以已完成的永久混凝土襯砌為最終受力點(diǎn)，在盾尾與混凝土層2襯砌間設(shè)置可組裝的鋼桁架6傳力結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)I榀后，液壓千斤頂I回縮，在液壓千斤頂I背后安裝I榀鋼桁架6，進(jìn)行下一次頂進(jìn)。當(dāng)頂進(jìn)總長度達(dá)到10m(初次頂進(jìn)需達(dá)Ilm)，停止隧洞開挖支護(hù)，轉(zhuǎn)而拆除盾構(gòu)機(jī)后的鋼桁架6，安排底板及邊墻混凝土層2襯砌，混凝土澆筑成型3天后可恢復(fù)開挖支護(hù)，頂拱混凝土層2襯砌可與前方開挖支護(hù)平行進(jìn)行。
[0058]盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)
[0059](I)盾構(gòu)盾尾強(qiáng)度計(jì)算
[0060]①盾構(gòu)殼體載荷
[0061]按公式，B = 5.9m, H = 7.6m,坍落拱高度h = 13.36m,為保證盾構(gòu)可靠度，h按19.5m考慮。
[0062]頂部垂直荷載按q = 270kN/m2。
[0063]頂部水平荷載el = 105.8kN/m2。
[0064]底部水平荷載e2 = 158.8kN/m2。
[0065]底部垂直荷載q2 = 158.8kN/m2。
I , Λ ^ 15880()-105800 n
[0066]側(cè)向壓力分布斜率:-—-=7
[0067]②盾構(gòu)殼體有限元網(wǎng)格劃分
[0068]盾構(gòu)殼體應(yīng)力按有限元法進(jìn)行分析。
[0069]③應(yīng)力分析
[0070]最大應(yīng)力為120N/mm2,小于鋼板設(shè)計(jì)強(qiáng)度210N/mm2。最大應(yīng)力出現(xiàn)在頂進(jìn)方向的前沿邊墻中部，該部位為直線段，受側(cè)向土壓力和頂拱壓力撓曲作用大，因此在加工時應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)處理。
[0071]從應(yīng)力分析結(jié)果看，頂拱受力條件較好，但在頂進(jìn)過程中，盾構(gòu)殼體要穿越隧洞軸線上的降水井，降水井井管為混凝土，每節(jié)長度為lm，由于在頂進(jìn)中無法將井管提前取出，需要盾構(gòu)殼體將井管擠出開挖區(qū)，因此拱頂鋼板也需進(jìn)行加強(qiáng)處理，防止井管擠壓頂拱造成盾殼變形。
[0072]④位移分析
[0073]最大位移為0.9cm。最大位移出現(xiàn)在液壓千斤頂5支座附近的盾構(gòu)后部直立墻段，該部位為直線段，受側(cè)向土壓力和液壓千斤頂5頂進(jìn)力復(fù)合作用大，因此在加工時應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)處理。
[0074]在頂進(jìn)操作中，應(yīng)檢測液壓千斤頂5頂進(jìn)方向，調(diào)整后靠背位置，盡可能使液壓千斤頂5頂進(jìn)方向與洞軸線平行，防止盾殼偏心受壓，造成內(nèi)收位移增大。在加強(qiáng)措施方面，在所述盾構(gòu)前部加設(shè)十字撐，縱向設(shè)水平加強(qiáng)梁，一方面固定液壓千斤頂5，另一方先可以增強(qiáng)所述盾構(gòu)整體性和剛度，減少變形，確保正常運(yùn)行。
[0075]⑤安全系數(shù)
[0076]最小安全系數(shù)為1.787。
[0077](2)盾構(gòu)推進(jìn)力計(jì)算
[0078]盾構(gòu)推進(jìn)力主要考慮盾構(gòu)殼體與土體摩擦力F1和盾構(gòu)切口環(huán)切入土體阻力F2。
[0079]在粘性土中=F1= B L C
[0080]上式中:
[0081]B—盾構(gòu)殼體周長(m)；
[0082]L一盾構(gòu)殼體長度(m)；
[0083]C一土體內(nèi)聚力(kN/m2)；
[0084]F1 = B L C = 22.92X5.5X42.8 = 5393kN
[0085]土體壓力(20kN/m2, 1m 計(jì)算):
[0086]20X10 = 200kN/m2 = 200KPa
[0087]切口插入土壤的貫入時外周阻力
[0088]F2= (1XLXC) + [1X0.05X200] = 781+365 = 1146kN
[0089]I.厚度.P = (23+5.9+7.6) X0.05X200 = 365kN
[0090]I——貫入面周長長度(m) T——刃腳貫入深度(m)0.2m
[0091]Kp——被動土壓力系數(shù)，0.4 Pw——作用在盾構(gòu)上的平均土壓(KPa)
[0092]F = F^F2 = 5393+1146 = 6539kN
[0093]綜合以上計(jì)算，推力取lOOOOkN。
[0094](3)推進(jìn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0095]液壓千斤頂5的液壓缸取200/110-800mm，系統(tǒng)壓力300bar，所述液壓缸個數(shù)14個。
[0096]單只液壓缸推力為:
[0097]

【權(quán)利要求】
1.一種馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述盾構(gòu)結(jié)構(gòu)包括馬蹄形斷面盾構(gòu)機(jī)，在盾構(gòu)機(jī)馬蹄形斷面的周邊設(shè)有若干只液壓千斤頂和支撐工字鋼構(gòu)成的可拆移式反力結(jié)構(gòu)，在反力結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有鋼筋混凝土襯砌洞身結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述馬蹄形盾構(gòu)機(jī)的兩側(cè)分別設(shè)有十字網(wǎng)格，安裝在盾構(gòu)機(jī)尾部一周的十字網(wǎng)格與液壓千斤頂配合且同時用于反鏟裝車，安裝在盾構(gòu)機(jī)前部的十字網(wǎng)格用于切削土體。
3.如權(quán)利要求2所述的馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述盾構(gòu)機(jī)的前部還加設(shè)有縱向和水平加強(qiáng)梁。
4.如權(quán)利要求3所述的馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述液壓千斤頂被設(shè)置在馬蹄形盾構(gòu)機(jī)的兩側(cè)和底邊。
5.一種采用權(quán)I所述馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的盾構(gòu)法施工工藝，其特征在于，所述盾構(gòu)法施工工藝包括如下工藝步驟: S1:采用馬蹄形斷面，利用周邊若干只液壓千斤頂和型鋼加工可拆移式反力體系； 52:結(jié)合支護(hù)和盾體安全裝置，完成開挖工作； 53:開挖一個段后，拆除反力體系，進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，完成洞身結(jié)構(gòu)施工。
6.如權(quán)利要求5所述的馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)盾構(gòu)法施工工藝，其特征在于，所述SI步中的可拆移式反力體系通過安裝在盾尾一周的12個液壓千斤頂協(xié)同工作，使前部網(wǎng)格切削土體，網(wǎng)格后反鏟裝車，實(shí)現(xiàn)開挖土體工作。
7.如權(quán)利要求5所述的馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)盾構(gòu)法施工工藝，其特征在于，所述S2步中支護(hù)和盾體安全裝置為頂進(jìn)過程中，液壓千斤頂頂進(jìn)一個行程60cm，即為工字鋼支撐的間距，將新裝工字鋼支撐安裝在盾尾防護(hù)下，并與已安裝的工字鋼支撐鋼筋條焊接；當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)后，及時進(jìn)行噴混凝土防護(hù)，形成臨時穩(wěn)定洞室。
8.如權(quán)利要求7所述的馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)盾構(gòu)法施工工藝，其特征在于，將所述支撐工字鋼安裝在盾構(gòu)機(jī)尾部的防護(hù)部下，并與已安裝的支撐工字鋼和鋼筋條焊接在一起。
9.如權(quán)利要求8所述的馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)盾構(gòu)法施工工藝，其特征在于，所述防護(hù)部為盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)后由噴射于洞壁鋼筋上的混凝土形成的臨時穩(wěn)定洞室。
10.如權(quán)利要求8所述的馬蹄形開敞式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)盾構(gòu)法施工工藝，其特征在于，在所述盾構(gòu)機(jī)的盾尾與鋼筋混凝土襯砌之間設(shè)置有可組裝的鋼桁架的傳力結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】E21D9/06GK104074526SQ201410275343
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】趙新民, 顏志強(qiáng), 衡富安, 徐其陽, 李峰 申請人:中國水利水電第十一工程局有限公司