一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统及施工方法 |
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| 申请号 | CN201710679701.6 | 申请日 | 2017-08-10 | 公开(公告)号 | CN107387093A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 北京建工土木工程有限公司; | 发明人 | 张宏; 张东; 韩竹青; 郭峰; 卞正涛; 游大江; 王利民; 姜瑞军; 田建华; 高琨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种适用于软土 地层 的浅埋暗挖系统及施工方法，浅埋暗挖系统包括 机身 ，设置在机身上的左臂、右臂、喷射单元及输送单元，所述喷射单元设置在机身的中部，所述输送单元在机身中部；所述左臂上设置有挖掘托举单元，所述右臂上设置有锚杆单元及铣挖单元，各单元模 块 化安装在机身的左臂及右臂；所述浅埋暗挖系统还包括出土单元；所述出土单元上的轨道设置在正线隧道内，传送带设置在与正线隧道垂直的横通道内，电动运输车设置在轨道上，抓斗吊设置在竖井的端口处。本发明提供的浅埋暗挖系统及施工方法，实现集成机械化环保施工，提高了隧道施工的效率，降低了劳动强度，提高了施工的安全性，大幅提高隧道 工程机械 化施工技术 水 平。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统，包括机身，设置在机身上的左臂（1）、右臂（2）、喷射单元（3）及输送单元（15），其特征在于，所述喷射单元（3）设置在机身的中部，所述输送单元（15）在机身中部，由头部至尾部贯通设置；所述左臂（1）上设置有挖掘托举单元（4），所述右臂（2）上设置有锚杆单元（5）及铣挖单元（6），各单元模块化安装在机身的左臂（1）及右臂（2）；所述浅埋暗挖系统还包括出土单元（7）；所述出土单元（7）包括电动运输车（8）、轨道（9）、传送带（10）及抓斗吊（11），轨道（9）设置在正线隧道（12）内，传送带（10）设置在与正线隧道（12）垂直的横通道（13）内，电动运输车（8）设置在轨道（9）上，抓斗吊（11）设置在竖井（14）的端口处。 |
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| 说明书全文 | 一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统及施工方法技术领域[0001] 本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统及施工方法。 背景技术[0002] 浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。在城镇软弱围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅和喷锚作为初期支护手段，称之为浅埋暗挖法。浅埋暗挖工艺技术虽然在不断完善发展，但是各施工环节依然主要靠人力施工，在施工中存在以下不足：（1）施工效率低，平均日施工生产效率仅为实现隧道机械化作业的盾构法的8.3%。 [0003] （2）人工使用铲、锹、镐挖掘土方，劳动强度大；（3）作业环境差，洞内粉尘污染比较严重，影响施工人员的职业健康。 发明内容[0004] 本发明的目的是针对上述技术问题，提供了一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统及施工方法，其结构合理，实现了集成机械化环保施工，提高了隧道施工的效率，降低了劳动强度，提高了施工的安全性，大幅提高隧道工程机械化施工技术水平。 [0005] 本发明的技术方案为解决上述技术问题，本发明提供的一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统，包括机身，设置在机身上的左臂、右臂、喷射单元及输送单元；所述喷射单元设置在机身的中部，所述输送单元在机身中部，由头部至尾部贯通设置，所述左臂上设置有挖掘托举单元，所述右臂上设置有锚杆单元及铣挖单元，各单元模块化安装在机身的左臂及右臂；所述浅埋暗挖系统还包括出土单元；所述出土单元包括电动运输车、轨道、传送带及抓斗吊，轨道设置在正线隧道内，传送带设置在与正线隧道垂直的横通道内，电动运输车设置在轨道上，抓斗吊设置在竖井的端口处。 [0006] 进一步地，所述轨道还设置在横通道内，横通道内的轨道与正线隧道内的轨道通过弧形对接；横通道内的轨道与横通道内的传送带平行设置。 [0007] 同时本发明还提供了一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统施工方法，其具体包括以下步骤：S1，调研施工现场的水文地质及施工空间信息，根据调研信息配置浅埋暗挖系统对应各单元模块的尺寸； S2，将浅埋暗挖系统各单元模块下井、组装，在掌子面就位并做好施工前的准备工作； S3，启动右臂上的锚杆单元，打设超前小导管； S4，启动左臂上的挖掘托举单元，开挖掌子面的土方，出土单元实时运输土方； S5，启动右臂上的铣挖单元，进行格栅槽位铣剖，出土单元实时运输土方； S6，启动左臂上的托举单元，辅助安装格栅或拱架； S7，启动喷射单元，喷射混凝土。 [0008] 进一步地，步骤S3中，所述打设超前小导管的步骤如下：S3-1，操作系统右臂，使右臂滑台前移至最前端； S3-2，调整系统右臂，使锚杆单元上的锚杆对位准确； S3-3，开启小导管打设装置，将导管打入预定深度； S3-4，控制小导管打设装置的后退，复位系统右臂。 [0009] 进一步地，步骤S4中，所述开挖掌子面的土方的步骤为：S4-1，操作系统左臂，使挖掘托举单元调整至合适位置； S4-2，操作挖掘托举单元进行开挖作业，控制挖铲与隧道侧壁垂直，开挖侧壁格栅槽； S4-3，开挖作业时进行出渣作业。 [0010] 进一步地，步骤S5中，所述格栅槽位铣剖的步骤为：S5-1，操作右臂，调节铣挖单元位置和角度； S5-2，打开铣挖单元旋转控制开关，进行铣挖作业； S5-3，铣挖作业完成后，右臂复位； S5-4，人工修整铣挖格栅槽位。 [0011] 进一步地，所述出土单元实时运输土方的步骤如下：S6-1，机械输送单元带将渣土输送至机械尾部电动运输车； S6-2，电动运输车装载渣土； S6-3，电动运输车通过轨道运至横通道内； S6-4，电动运输车倾倒渣土至传送带上，传送带将渣土运送至竖井内； S6-5，抓斗吊将竖井内的渣土提升至地面。 [0012] 进一步地，步骤S7中，所述喷射混凝土的步骤如下：S7-1，启动喷射单元，试运行检查喷射单元的气密性； S7-2，清洁受喷面，将搅拌均匀的混凝土倒入喷射单元； S7-3，自上而下喷射混凝土，使混凝土达到设定厚度。 [0013] 本发明有益效果：本发明提供的一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统及施工方法，其结构合理，实现了集成机械化环保施工，提高了隧道施工的效率，降低了劳动强度，提高了施工的安全性，大幅提高隧道工程机械化施工技术水平。 附图说明 [0014] 通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：图1是本发明所述浅埋暗挖系统（不含出图单元）的结构示意图； 图2是本发明所述浅埋暗挖系统之出土单元的结构示意图； 图3是本发明所述适用于软土地层的浅埋暗挖施工方法流程图； 图4是本发明之打设超前小导管的流程图； 图5是本发明之开挖掌子面的土方的流程图； 图6是本发明之格栅槽位铣剖的流程图； 图7是本发明之出土单元实时运输土方的流程图； 图8是本发明之喷射混凝土的流程图。 [0015] 附图中，各标号所代表的部件如下：1.左臂；2.右臂；3.喷射单元；4.挖掘托举单元；5.锚杆单元；6.铣挖单元；7.出土单元； 8.电动运输车；9.轨道；10.传送带；11.抓斗吊；12.正线隧道；13.横通道；14.竖井；15.输送单元（包括输送带和铲板）；16.铲板；17.输送带。 具体实施方式[0016] 图1至图8是本发明所述一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统及施工方法的相关示意图。下面结合具体实施例和附图，对本发明进行详细说明。 [0017] 在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。 [0018] 本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。 [0019] 本发明所述一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统的结构示意图，如图1所示（出土单元未示出），包括机身，设置在机身上的左臂1及右臂2及喷射单元3及输送单元15，其特征在于，所述喷射单元3设置在机身的中部，所述输送单元15在机身中部，由头部至尾部贯通设置，所述左臂1上设置有挖掘托举单元4，所述右臂2上设置有锚杆单元5及铣挖单元6，各单元模块化安装在机身的左臂1及右臂2。 [0020] 所述浅埋暗挖系统还包括出土单元7，图2是本发明所述浅埋暗挖系统之出土单元的结构示意图，其包括电动运输车8、轨道9、传送带10及抓斗吊11，轨道9设置在正线隧道12内，传送带10设置在与正线隧道12垂直的横通道13内，电动运输车8设置在轨道9上，抓斗吊11设置在竖井14的端口处。 [0021] 所述轨道9还设置在横通道13内，横通道13内的轨道9与正线隧道12内的轨道9通过弧形对接；横通道13内的轨道9与横通道13内的传送带10平行设置。 [0022] 本申请还提供了一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统施工方法，其流程图，如图3所示，其具体包括以下步骤：S1，调研施工现场的水文地质及施工空间信息，根据调研信息配置浅埋暗挖系统对应各单元模块的尺寸； 具体地，施工准备阶段，应充分熟悉图纸，掌握设计意图与要求；施工前，应复核水文地质资料，复查场地范围内地下管线、建筑物等，并制定相应的保护措施；施工阶段，应根据设计文件及现行监测规范要求进行施工监测，并及时反馈监测数据，切实做到信息化施工；机械设备选型、进场验收应满足本工法的相关规定；隧道结构断面需调整满足机械安置及周边空间作业安全要求，仰拱宜选择平底形式。 [0023] 施工人员应根据场地条件、浅埋暗挖装备的外形尺寸及重量合理选用吊装起重设备；设备占用场地应满足设备选型的需要，设备吊装下井占用面积宜大于15m×8m，地面承载力宜大于2t/m2。 [0024] S2，将浅埋暗挖系统各单元模块下井、组装，在掌子面就位并做好施工前的准备工作；具体地，按照浅埋暗挖装备转场作业指导书要求，进行浅埋暗挖装备的下井和组装工作，完成组装验收；设备使用单位应对施工现场人员进行安全技术交底，对设备操作、维护保养、维修人员进行安全教育；设备吊运下井前应制定专项方案，报监理审批后方可吊运，起吊设备的起吊能力应经过验算满足使用要求，起重吊装作业各项工作应满足安全技术规程要求；竖井净空尺寸不应小于5m×4m（横通道码头门设置在短边处），并且此范围内不应存在任何形式的内支撑，以保证设备下井的净空要求。 [0025] S3，启动右臂2上的锚杆单元5，打设超前小导管；在该步骤中，所述打设超前小导管的流程图，如图4所示，其具体包括以下步骤： S3-1，操作系统右臂2，使右臂滑台前移至最前端； S3-2，调整系统右臂2，使锚杆单元5上的锚杆对位准确； S3-3，开启小导管打设装置，将导管打入预定深度； S3-4，控制小导管打设装置的后退，复位系统右臂2。 [0026] 钻孔前应根据设计要求和围岩条件，定出孔位、做出标记；浅埋暗挖装备滑台移动、右臂剧烈震动和晃动时，严禁钻孔作业；右臂移动到指定位置附近后，应保证右臂缓慢平稳的运动到钻孔位置；钻孔到位后宜降低锚杆单元转速，平稳后退撤出作业孔；钻孔作业过程中应设有专人指挥，指挥人员如需抵近检查需提前停机。钻孔作业过程中不得用手试握钻杆；如遇钻进受阻可采取辅助冲击方式，如仍不能解决，应停机查找原因并采取相应措施；安装小导管时，钻机须处于停机状态，将小导管旋入钻套；右臂工作时，车体应抵近下台阶；滑台应移动到最前部，用锥形销轴固定牢靠；作业过程中，机械臂不得将管路挤压在核心土或洞壁上。应注意保护液压管路，避免其受到挤压损坏；小导管打设完毕后，反转锚杆单元使小导管和锚杆单元分离；对于粉土、粉质粘土地层，可使用静压式锚杆单元进行小导管打设；在含卵石、碎石地层可使用振动自转式锚杆单元进行小导管打设；应按照“先拱顶、后两侧”的方法进行小导管的打设施工，每根导管打设完成后须及时进行注浆作业。 [0027] S4，启动左臂1上的挖掘托举单元4，开挖掌子面的土方，出土单元7实时运输土方；在该步骤中，所述开挖掌子面的土方的流程图，如图5所示，其具体包括以下步骤： S4-1，操作系统左臂1，使挖掘托举单元4调整至合适位置； S4-2，操作挖掘托举单元进行开挖作业，控制挖铲与隧道侧壁垂直，开挖侧壁格栅槽； S4-3，开挖作业时进行出渣作业。 [0028] 台阶法施工时应充分考虑地质、开挖断面跨度以及机械设备的作业条件等，台阶长度应符合设计要求或施工方案；开挖土方顺序应为从上至下，拱顶处应先开挖中部，后开挖两侧；仰拱处应先开挖两侧，后开挖中部；环形留核心土法施工时上台阶开挖，粘土粉土地层宜采用铣挖单元切割土体；粉细砂及砂卵石宜采用人工开挖，左臂辅助出土；开挖核心土时应保证核心土规整，不得出现反坡；出现故障或有异常声音，应立即停车检查，并切断总电源；遇到较大石块或障碍物时应待清除后方可挖掘，不得用挖掘托举单元破碎或用单边强挖石块；作业时必须待整机停稳后再挖土，挖掘托举单元起落不得过猛；利用挖掘托举单元开挖侧壁格栅槽和仰拱格栅槽时，严禁碰撞初支隧道壁面；粉细砂及砂卵石地层在开挖下台阶时，台阶位置可设置卸力槽，减小土体滑塌风险，且卸力槽与上台阶核心土之间留置宽度应满足人员通行的通道。 [0029] S5，启动右臂2上的铣挖单元6，进行格栅槽位铣剖，出土单元7实时运输土方。 [0030] 在该步骤中，所述格栅槽位铣剖的流程图，如图6所示，其具体包括以下步骤：S5-1，操作右臂2，调节铣挖单元位置和角度； S5-2，打开铣挖单元旋转控制开关，进行铣挖作业； S5-3，铣挖作业完成后，右臂2复位； S5-4，人工修整铣挖格栅槽位。 [0032] 所述出土单元7实时运输土方的流程图，如图7所示，其具体包括以下步骤：S6-1，机械输送单元15将渣土输送至机械尾部电动运输车。 [0033] S6-2，电动运输车8装载渣土；S6-3，电动运输车8通过轨道9运至横通道13内； S6-4，电动运输车8倾倒渣土至传送带10上，传送带10将渣土运送至竖井14内； S6-5，抓斗吊11将竖井14内的渣土提升至地面。 [0034] 最后将提升至地面的渣土外运出场。 [0035] 输送单元15的铲板16的左右开合框应能左、右开合，输料过程中司机应注意看护，使用挖掘托举单元4喂料时，应根据输送单元15工作情况合理喂料，不宜堆料过多。输送单元15传送带控制装置应能实现正反转功能，如出现卡料情况，可向前推进输料手柄，反向旋转输料马达；然后再向后拉动输料手柄。解除卡料后，继续正常输料；经过多次尝试不能解除卡料时，应停机进行检查和维修。当铲板16底部出现积料时，应通过抬升、下降铲板16及时清理积料。挖掘托举单元严禁直接撞击左右开合框及运输槽。 [0036] S6，启动左臂1上的挖掘托举单元4，辅助安装格栅或拱架；具体地，首先，格栅供脚做夯平处理，安装木板垫块；接着，操作左臂控制手柄将铲斗落至合适高度，将工装安装在左臂固定位置；接着，将拱架或格栅安装在专用工装并固定牢固；接着，操作左臂将拱架或格栅运送至安放位置，人工安装固定拱架或格栅，操作左臂控制手柄将铲斗收回。 [0037] 格栅拱脚应按设计要求打入锁脚锚管或垫平在坚实的土体上；格栅/拱架应在隧道开挖后及时进行架设，安装前应清除钢架脚底虚渣及杂物；锁脚锚管打设角度应符合设计文件要求；型钢拱架、钢筋格栅与壁面应楔紧，每片钢筋格栅节点及相邻格栅纵向必须分别连接牢固，工字钢拱架可采用承插方式安装；格栅安装的位置、接头连接、纵向连接筋应符合设计要求；各节格栅，连接板应密贴，纵向连接筋间距应符合设计要求；钢筋网应与隧道断面形状相适应，并与钢架等联结牢固；钢筋网的网格间距应符合设计要求，钢筋网应与格栅连接牢固。 [0038] S7，启动喷射单元3，喷射混凝土。 [0039] 在该步骤中，所述喷射混凝土的流程图，如图8所示，其具体包括以下步骤：S7-1，启动喷射单元3，试运行检查喷射单元3的气密性； S7-2，清洁受喷面，将搅拌均匀的混凝土倒入喷射单元3； S7-3，自上而下喷射混凝土，使混凝土达到设定厚度。 [0040] 具体地，喷射混凝土应掺速凝剂，原材料应符合要求，严禁选用具有碱活性骨料；喷射混凝土前应清理场地，检查开挖尺寸，清除浮渣及堆积物；喷射混凝土2h后应养护，养护时间不应少于14天，当气温低于+5℃，不得喷水养护；喷射混凝土施工区气温和混合料进入喷射机温度均不得低于+5℃，喷射混凝土低于设计强度的40%时不得受冻；喷浆人员必须配备防护用品，其他人员应远离喷浆作业面；喷射混凝土的喷射方式应根据工程地质及水文地质、喷射量等条件确定；喷射混凝土完成，应及时布设量测点，并获取数据，分析初期支护的变化情况，以便指导施工；喷射混凝土时，喷嘴与受喷面基本保持垂直，距离0.6m～ 1.0m，每次喷射厚度8cm～10cm；格栅、钢筋网应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度应符合设计图纸要求；当采用履带式浅埋暗挖设备时，仰拱喷射混凝土保护层厚度宜适当增厚。 [0041] 相比于现有技术的缺点和不足，本发明提供的一种适用于软土地层的浅埋暗挖系统及施工方法，其结构合理，实现了集成机械化环保施工，提高了隧道施工的效率，降低了劳动强度，提高了施工的安全性，大幅提高隧道工程机械化施工技术水平。 [0042] 本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。 |
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