一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法技术

本发明专利技术公开了一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法，本方法包含曲臂台车注浆止水阶段、掘进初支联动阶段、掘进双轨运渣阶段三个阶段。掌子面开挖前挂网安装型钢，喷射混凝土封闭掌子面，牵引多向深孔注浆台车到工作掌子面，调节曲臂姿态在封闭完好的掌子面定点钻孔注浆加固掌子面侧方和后方土体；多向深孔注浆台车撤离掌子面，牵引双臂多功能掘进机就位于掌子面前使用双臂开挖土体架立钢格栅，并预留留核心土；挖掘的渣土经机器内部自带履带进入渣土轨道运输系统，通过轨道上渣土车将其运输到隧道竖井处，桥吊机吊装渣土至渣土仓待运，一个循环施工完成。此施工方法有效避免了隧道突水突泥，实现了施工高效化，极大的降低风险保障施工安全性。

A mechanized construction method of underground tunnel in water rich stratum

The invention discloses a mechanized construction method of underground excavation tunnel in water rich stratum, which comprises three stages: grouting water stop stage of bent arm trolley, linkage stage of initial excavation and support, and slag transportation stage of double track excavation. Before the excavation of the face, hang the net to install the profile steel, spray the concrete to close the face, pull the multi-directional deep hole grouting trolley to the working face, adjust the bent arm posture, drill the fixed-point grouting at the closed and intact face to strengthen the side and rear soil mass of the face; the multi-directional deep hole grouting trolley to evacuate the face, and pull the dual arm multi-functional roadheader to stand in front of the face using the double arm excavation soil mass Steel grating and core soil shall be reserved; the excavated muck shall enter the muck track transportation system through its own track inside the machine, and be transported to the tunnel shaft by muck truck on the track, and the bridge crane shall lift muck to the muck silo for transportation, and one cycle construction shall be completed. This construction method effectively avoids the water and mud inrush of the tunnel, realizes the high efficiency of the construction, and greatly reduces the risk to ensure the construction safety.

【技术实现步骤摘要】
一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法
本专利技术涉及一种在暗挖地铁隧道中应用双臂多功能掘进机，多向深孔注浆台车，渣土轨道运输系统和湿喷砼机组四种设备协同机械化施工的方法，属于城市轨道施工

技术介绍
从国内外地铁暗挖隧道施工方法来看，富水环境下的隧道施工方法，目前存在以下几点问题：地铁暗挖隧道中使用人员过多。我国隧道建设较国外较晚，在地铁暗挖隧道中使用人工暗挖的比较普遍，对于使用多种机械协同化浅埋暗挖施工应用的还未出现。使用传统机械挖掘隧道，功能单一，人工劳力较多，使用双臂多功能掘进机后架立一榀格栅的工序，功能增多，相互配合良好，减少了劳工的投入，节约了资源。富水环境施工状况下易发生突水突泥甚至坍塌的风险。传统的人工封堵已不能满足要求，采用多向深孔注浆台车提前注浆，精度能够得到保证。
技术实现思路
目前，国内地铁建设加快，尤其是北京地区城市建设规划了大量的地下隧道工程建设，地下水成为浅埋暗挖法施工中的一大难点，在此种环境下单一机械化施工的方法是无法满足要求的，机械协同化程度非常低，靠人工操作或单一机械施工的比较多。为了提高在富水环境中机械设备间协同施工，提出了一种地铁暗挖隧道机械协同化施工方法，克服现有技术的不足，解决了富水暗挖隧道中突水突泥，降低了塌方的风险；同时节省了大量的劳动力；施工的效率大大提高；实现了四种设备联动协同施工。为实现上述目的，本专利技术首先应用了四种机械设备的协同施作：双臂多功能掘进机，湿喷砼机组，多向深孔注浆台车和轨道运输系统。r>所述双臂多功能掘进机包含左臂，右臂，中部进料口和后方出料口，左臂挖掘掌子面，将渣土送到设备中部进料口，沿设备中部履带输送的后方出料口，由钢架传输系统承接渣土，通过钢框架上部履带传输到电动驱动车组中三个盛料斗中；左臂托起需要架立的格栅，放入掌子面挖掘出的顶部，打入锁脚锚杆固定好；右臂在格栅内部钻射小导管，并与钢格栅焊接牢固，注浆并封闭。所述湿喷砼机组对已架立固定好的格栅喷射混凝土进行封闭，形成隧道初衬。所述多向深孔注浆台车为多向调控的多功能注浆止水设备，主要用于开挖掌子面的改良加固土体和用作帷幕止水。所述轨道运输系统包含电力驱动车组，轨道，钢架履式传输系统，用于挖掘的渣土外运出井。本专利技术的地铁暗挖隧道机械化施工方法可以简称为四设备三阶段施工方法，具体实施步骤如下：第一、曲臂台车注浆止水阶段：S1掌子面上挂网，使用扎丝将各网片连接牢固。S2在掌子面上从上到下每隔1m安装一根横向型钢，安装完成后喷射混凝土封闭掌子面，并将孔点布好。S3多向深孔注浆台车实时调控可折叠曲臂，曲臂上钻杆对准孔点施做钻孔；S4钻孔钻进规定深度，增加钻杆钻到要求深度，拔出钻杆，在拔出钻杆的同时注射浆液，直至完成一个钻孔的注浆完成。S5重复S3～S4对掌子面其他孔点进行钻孔采用后退式注浆，实时调整多向深孔注浆台车曲臂姿态注浆加固掌子面后方及侧方土体。第二、掘进初支联动阶段：S1利用双臂多功能掘进机的右臂对台阶上侧环状土方和核心土上侧土方进行铣刨，右臂撤回，使用左臂对台阶上核心土左侧土体和右侧土体进行挖掘。使用设备中部渣土履带传输系统实时将渣土运输到设备后方出料口，通过钢架履式传输系统及轨道运输系统运渣出井。S2使用双臂多功能掘进机左侧挖掘设备进行钢格栅的托举于掌子面顶部(人工辅助)，一共三品格栅，依次架立，并用螺栓紧密连接，并用机械臂粗调格栅位置。S3将双臂多功能掘进机的右臂伸至掌子面已固定好的格栅前，在格栅拱部空隙中钻射小导管；S4人工精密调节格栅和小导管位置并将两者焊接牢固，注浆封闭。S5放入钢筋网片，使用湿喷砼机组对已架立好的钢格栅和钢筋网片喷射混凝土封闭，上部台阶格栅开挖完成，在上部台阶向前推进规定长度后，进行下台阶的开挖。S6利用双臂多功能掘进机左臂对下台阶以及下台阶的左侧土体和右侧土体，托举格栅架立好喷射混凝土。第三、掘进双轨运渣阶段：S1挖掘的渣土通过一体机中部履带传输经钢架履式传输系统投入到盛料斗。S2装满三个盛料斗后，司机开行电力驱动小车沿轨道将渣土运输到竖井位置。S3使用桥吊机出井，旋转侧翻卸渣于渣土仓。如图2所示，说明的是双臂多功能掘进机挖掘掌子面的步序，具体的挖掘步骤如下：S1双臂多功能掘进机使用右臂对上台阶钢格栅位置土体和上台阶核心土上侧土方进行铣刨，右臂撤回使用左臂对上台阶核心土左侧土体和上台阶核心土右侧土体土方进行挖掘，并使用设备中部渣土履带传输系统实时将渣土运输到设备后方出料口。S2使用双臂多功能掘进机左臂将钢格栅的托举(人工辅助)安装在上台阶钢格栅位置土体处，一共三品格栅，依次架立，并用螺栓紧密连接。S3使用右臂在钢格栅内部钻入超前小导管。并人工辅助在钢格栅左端打入钢格栅左端锁脚锚杆和钢格栅右端锁脚锚杆用于固定钢格栅。S4双臂多功能掘进机左臂挖掘上台阶中部土体，并推进到规定长度，期间步序重复S1～S3。S5湿喷砼机组喷射混凝土，用双臂多功能掘进机左臂挖掘下台阶左侧土体和下台阶右侧土体，用左臂调整姿态平直的将格栅放入以铣好的槽中并使用螺栓将多榀格栅连接紧密。S6双臂多功能掘进机左臂挖掘下台阶中部土体，推进一环后用双臂多功能掘进机左臂调好姿态托举钢格栅放置在下台阶钢格栅位置土体31(图2)处，连接后喷射混凝土，至此完成一个步序。S7重复S1～S6。本专利技术适用于富水环境中地铁暗挖隧道施工，首先使用多向深孔注浆台车对已布好钻点的双联拱隧道全断面深孔注浆提前止水并加固土体，完成后台车驶向后方；其次使用双臂多功能掘进机挖掘掌子面，托举格栅安装就位，同时渣土运输设备启动将挖掘渣土经出料口运输轨道运出井外；最后双臂多功能掘进机双臂收回，牵引湿喷砼机组到达现场，搅拌机预搅混凝土，湿喷砼机组在格栅位置处喷射混凝土封闭钢格栅，完成一套工序。通过四种设备的协同化操作，三阶段的连续施工，可以最大程度的减少人工的投入，最大程度上的缩短工期和提高施工效率，特别是渣土轨道运输系统的配合，使此机械化施工方法更加快速便捷的运输渣土，同时提高了施工效率，防止了隧道的突水突泥，实现了止水掘进初支运渣的四联动。附图说明图1是本专利技术暗挖机械化施工结构图。其中：1-掌子面2.1-下台阶2.2-上台阶3-双臂多功能掘进机3.1-右臂，可钻射小导管，铣槽3.2-左臂，可挖掘土体，托举钢格栅3.3-中部进料口3.4-中部出料口7-钢架履式传输系统8-平板车9-盛料斗10-电池组11-电力驱动小车12-轨道13-竖井14-桥吊机15-履带16-滚动滑轮17-钢框架18-连接板19-桥吊机和盛料斗连接件图2是本专利技术机械挖掘掌子面步序图。其中：20-小导管21-上台阶钢格栅位置土体22-上台阶核心土右侧土体23-上台阶核心土上侧土体24-上台阶核心土左侧土体25-钢格栅左端锁脚锚杆26-钢格栅右端锁脚锚杆27-下台阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法，其特征在于：本方法涉及四种机械设备的协同机械化施工操作，包含：多向深孔注浆台车、双臂多功能掘进机、湿喷砼机组和渣土轨道运输系统；渣土轨道运输系统包括钢架履式传输系统(7)、平板车(8)、盛料斗(9)、电池组(10)、电力驱动小车(11)和轨道(12)；/n本方法涉及三个阶段，包括曲臂台车注浆止水阶段，掘进初支联动阶段，掘进双轨运渣阶段；/n对隧道进行机械化施工，多向深孔注浆台车、双臂多功能掘进机、湿喷砼机组及渣土轨道运输系统协同施工，三个阶段有序进行。/n

【技术特征摘要】
1.一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法，其特征在于：本方法涉及四种机械设备的协同机械化施工操作，包含：多向深孔注浆台车、双臂多功能掘进机、湿喷砼机组和渣土轨道运输系统；渣土轨道运输系统包括钢架履式传输系统(7)、平板车(8)、盛料斗(9)、电池组(10)、电力驱动小车(11)和轨道(12)；
本方法涉及三个阶段，包括曲臂台车注浆止水阶段，掘进初支联动阶段，掘进双轨运渣阶段；
对隧道进行机械化施工，多向深孔注浆台车、双臂多功能掘进机、湿喷砼机组及渣土轨道运输系统协同施工，三个阶段有序进行。


2.根据权利要求1所述的一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法，其特征在于：曲臂台车注浆止水阶段的实施过程如下：
S1.1掌子面上挂网，使用扎丝将各网片连接牢固；
S1.2在掌子面上间隔一段距离安装型钢，喷射混凝土封闭掌子面，并放样布置孔点；
S1.3多向深孔注浆台车实时调控可折叠曲臂，曲臂上钻杆对准孔点施做钻孔；
S1.4钻孔钻进规定深度，增加钻杆钻到要求深度，拔出钻杆，在拔出钻杆的同时注射浆液，直至完成一个钻孔的注浆完成。
S1.5重复S1.3～S1.4对掌子面其他孔点进行钻孔采用后退式注浆，实时调整多向深孔注浆台车曲臂姿态注浆加固掌子面(1)后方及侧方土体。


3.根据权利要求2所述的一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法，其特征在于：掘进初支联动阶段的实施过程如下：
S2.1利用双臂多功能掘进机(3)的右臂(3.1)对台阶上侧环状土方(2)和核心土上侧土方(5)进行铣刨，右臂(3.2)撤回使用左臂(3.1)对上台阶核心土左侧土体(24)和上台阶核心土右侧土体(22)进行挖掘；使用设备中部渣土履带传输系统(3.3)实时将渣土运输到设备后方出料口(3.4)，通过钢架履式传输系统(7)及渣土轨道运输系统运渣出井；
S2.2使用双臂多功能掘进机(3)的左臂(3.2)进行钢格栅的托举于掌子面(1)顶部，一共三品格栅，依次架立，并用螺栓紧密连接，并用机械臂粗调格栅位置；
S2.3将双臂多功能掘进机(3)的右臂(3.1)伸至掌子面1已固定好的格栅前，在格栅拱部空隙中钻射小导管(20)；
S2.4人工精密调节格栅和小导管(20)位置并将两者焊接牢固，注浆封闭；
S2.5放入钢筋网片，使用湿喷砼机组对已架立好的钢格栅和钢筋网片喷射混...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东，高琨，杜明山，辛亮，马晓龙，胡贤奎，黄小平，贺尚修，韩竹青，刘硕，王扩，王伟，
申请(专利权)人：北京建工土木工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11