本發(fā)明屬于但不限于復(fù)合地層矩形頂管施工，尤其涉及一種復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)：

2、1.矩形頂管機(jī)的適用性及全斷面開挖問(wèn)題

3、矩形頂管機(jī)主要應(yīng)用于軟土地層(如淤泥、黏土、粉土和砂土)中，適用于砂卵石地層的應(yīng)用也得到了驗(yàn)證，但對(duì)于軟硬巖復(fù)合地層的全斷面開挖尚無(wú)成熟技術(shù)。目前的解決方法多為預(yù)處理施工工藝和分區(qū)開挖，機(jī)械化全斷面開挖仍在探索中。

4、2.盲區(qū)處理技術(shù)

5、當(dāng)前復(fù)合地層的盲區(qū)處理裝置包括盾體切刀、風(fēng)鉆、銑挖頭和滾筒等，但這些裝置的能力有限。例如，銑挖頭對(duì)渣土改良要求較高，滾筒切削效率和排渣能力受到工況制約，難以滿足強(qiáng)硬巖盲區(qū)的開挖需求。

6、3.刀盤設(shè)計(jì)與適應(yīng)性

7、多刀盤設(shè)計(jì)常采用前后布置方式，適用于軟土地層，但在軟硬巖復(fù)合地層中，前后刀盤之間的盲區(qū)處理問(wèn)題突出，傳統(tǒng)刀盤組合難以實(shí)現(xiàn)全斷面覆蓋。此外，開挖系統(tǒng)對(duì)巖層的適應(yīng)性較差，無(wú)法高效處理硬度高于50mpa的巖石。

8、4.渣土改良與排渣技術(shù)

9、現(xiàn)有渣土改良方式(如添加泡沫、膨潤(rùn)土等)在處理復(fù)合地層時(shí)存在局限性。特別是上軟下硬地層中的渣土，若改良不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致渣土離析、噴涌、掌子面失穩(wěn)。螺旋輸送機(jī)的布置形式也影響渣土排出效率和掘進(jìn)姿態(tài)控制。

10、5.滾筒設(shè)計(jì)與盲區(qū)開挖

11、滾筒切削裝置在盲區(qū)破巖過(guò)程中存在摩擦阻力大、排渣不暢等問(wèn)題。滾刀與刮渣板的布置螺距不合理會(huì)降低排渣效率，滾筒結(jié)構(gòu)受力分布不均可能導(dǎo)致應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)變形。

12、6.仿真與優(yōu)化不足

13、對(duì)復(fù)合地層施工中刀盤、滾筒和排渣系統(tǒng)的仿真研究尚不完善。例如，滾筒的排渣流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究不夠深入，對(duì)排渣效率和滾筒使用壽命的影響缺乏系統(tǒng)性分析。

14、存在的技術(shù)問(wèn)題：

15、1.復(fù)合地層全斷面開挖能力不足

16、現(xiàn)有矩形頂管機(jī)在復(fù)合地層中無(wú)法實(shí)現(xiàn)全斷面開挖，盲區(qū)處理技術(shù)有限，導(dǎo)致掘進(jìn)效率低。

17、2.盲區(qū)處理裝置適應(yīng)性差

18、盲區(qū)處理裝置對(duì)巖層的切削能力不足，特別是在硬巖和軟硬巖復(fù)合地層中難以有效破巖和排渣。

19、3.渣土改良技術(shù)針對(duì)性不強(qiáng)

20、渣土改良方案缺乏針對(duì)性，無(wú)法適應(yīng)復(fù)合地層復(fù)雜多樣的地質(zhì)特性，易導(dǎo)致渣土流動(dòng)性不足和掌子面失穩(wěn)。

21、4.排渣效率不高

22、滾筒和螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與布置對(duì)排渣效率影響較大，當(dāng)前布置方式無(wú)法滿足復(fù)合地層中的高效排渣需求。

23、5.設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化不足

24、滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分布不均導(dǎo)致應(yīng)力集中問(wèn)題，影響設(shè)備的可靠性和使用壽命。

25、6.仿真分析缺乏全面性

26、對(duì)刀盤、滾筒、渣土流動(dòng)及排渣系統(tǒng)的仿真分析不夠全面，優(yōu)化設(shè)計(jì)不足，限制了設(shè)備性能的提升。

27、7.施工技術(shù)工藝復(fù)雜

28、現(xiàn)有技術(shù)多采用分區(qū)、分步開挖方式，施工工藝復(fù)雜且效率低，無(wú)法滿足快速、安全的施工需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，其特征在于，復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，該裝置采用復(fù)合刀盤+滾筒切削分層的布置方式，該布置方式首層開挖采用3個(gè)復(fù)合刀盤，刀具配置包含滾刀、撕裂刀和刮刀，開口率為40％；第2層3個(gè)復(fù)合刀盤與首層采用相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且部分開挖區(qū)域重合，形成3前3后布置；前后刀盤采用小間隙設(shè)計(jì)；第3層開挖裝置布置在多刀盤后部盲區(qū)位置，采用6個(gè)滾筒進(jìn)行切削。

3、進(jìn)一步，所述刀具采用截齒；下部滾筒采用滾刀形式。

4、進(jìn)一步，所述滾筒主要由滾筒安裝座、筒體、液壓馬達(dá)、減速機(jī)、回轉(zhuǎn)支承、滾刀、刮渣板等組成，驅(qū)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)方式集成在滾筒內(nèi)部?jī)蓚?cè)，驅(qū)動(dòng)力經(jīng)過(guò)減速機(jī)傳遞給滾筒；下部盲區(qū)破巖滾筒將tbm盤型滾刀按特定布置方式安裝在滾筒外壁，通過(guò)頂管機(jī)的頂推力和滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾刀切削掌子面，其切削面為矩形，其作為輔助開挖裝置布置在刀盤后方盲區(qū)位置，用于破除該位置的巖體；在滾刀分布螺旋線平行配置刮渣板。

5、進(jìn)一步，所述刀盤切削后的渣土，需要對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性改良，根據(jù)具體的地質(zhì)情況，選擇對(duì)應(yīng)的渣土改良方案，含土量較大的上軟下硬地層，可以只加入泡沫劑和水；如果地層軟土量少，改良劑可采用以膨潤(rùn)土為主，黏土、泡沫劑為輔的改良方式。

6、進(jìn)一步，所述螺旋輸送機(jī)的數(shù)量主要與斷面的尺寸相關(guān)，當(dāng)選用多螺旋輸送機(jī)出渣時(shí)，螺旋輸送機(jī)要對(duì)稱布置。

7、結(jié)合上述的技術(shù)方案和解決的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案所具備的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：

8、第一、本發(fā)明結(jié)合當(dāng)前復(fù)合地層矩形頂管全斷面開挖與施工難題，針對(duì)砂卵石復(fù)合地層、軟土與巖層復(fù)合地層、軟硬巖復(fù)合地層工程特點(diǎn)，分析了矩形頂管機(jī)的適應(yīng)性；同時(shí)，結(jié)合工程案例，重點(diǎn)介紹軟土與巖層(抗壓強(qiáng)度<50mpa)復(fù)合地層矩形頂管機(jī)開挖及掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用情況。

9、軟土與巖層復(fù)合地層矩形頂管機(jī)選用復(fù)合多刀盤+滾筒分層開挖形式能夠滿足強(qiáng)度<50,mpa巖層的掘進(jìn)；

10、基于渣土流動(dòng)仿真分析，驗(yàn)證了滾筒在盲區(qū)位置的排渣特性，同時(shí)當(dāng)滾筒刮渣板及滾刀布置螺旋線螺距在900mm時(shí),出渣效率最高；

11、根據(jù)復(fù)合地層土艙下部開挖及排渣特性，采用3螺旋輸送機(jī)與雙滾筒相鄰布置方式能夠滿足土艙下部出渣需要。

12、通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)分析，驗(yàn)證了分層開挖方式與滾筒盲區(qū)開挖裝置的可行性，整機(jī)的掘進(jìn)效率及排渣效率滿足設(shè)計(jì)要求。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，其特征在于，該裝置包括復(fù)合刀盤和滾筒切削裝置，所述復(fù)合刀盤采用3前3后的布置方式，首層和第2層分別設(shè)置3個(gè)復(fù)合刀盤，每個(gè)復(fù)合刀盤均包含滾刀、撕裂刀和刮刀，所述第3層的滾筒切削裝置位于復(fù)合刀盤后方盲區(qū)位置，設(shè)置6個(gè)滾筒，滾筒與復(fù)合刀盤相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分層切削。

2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，其特征在于，所述復(fù)合刀盤的開口率為40％，所述第2層的復(fù)合刀盤與第1層的復(fù)合刀盤采用相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且部分開挖區(qū)域重合。

3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，其特征在于，所述滾筒包括滾筒安裝座、筒體、液壓馬達(dá)、減速機(jī)、回轉(zhuǎn)支承、滾刀和刮渣板，所述滾筒的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力通過(guò)減速機(jī)傳遞至滾筒。

4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，其特征在于，所述滾筒的外壁布置有tbm盤型滾刀，滾刀采用螺旋線布置，刮渣板與滾刀平行配置。

5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，其特征在于，所述滾筒的滾刀間距為900mm，滾筒布置在多刀盤后方盲區(qū)位置，用于切削盲區(qū)巖層。

6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，其特征在于，所述刀盤后部的螺旋輸送機(jī)采用對(duì)稱布置，所述螺旋輸送機(jī)的數(shù)量與斷面尺寸匹配，螺旋輸送機(jī)設(shè)置在滾筒切削裝置的兩側(cè)。

7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，其特征在于，所述裝置適用于砂卵石復(fù)合層、軟土與巖層復(fù)合層及軟硬巖復(fù)合層，滾筒和復(fù)合刀盤的切削裝置材料和結(jié)構(gòu)均根據(jù)地層強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

8.一種利用復(fù)合刀盤與滾筒相結(jié)合的復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于復(fù)合地層矩形頂管施工領(lǐng)域，公開了一種復(fù)合地層超淺埋大斷面矩形下穿道施工頂管裝置，該裝置采用復(fù)合刀盤+滾筒切削分層的布置方式，該布置方式首層開挖采用3個(gè)復(fù)合刀盤，刀具配置包含滾刀、撕裂刀和刮刀，開口率為40％；第2層3個(gè)復(fù)合刀盤與首層采用相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且部分開挖區(qū)域重合，形成3前3后布置；前后刀盤采用小間隙設(shè)計(jì)；第3層開挖裝置布置在多刀盤后部盲區(qū)位置，采用6個(gè)滾筒進(jìn)行切削。本發(fā)明選用復(fù)合多刀盤+滾筒分層開挖形式能夠滿足強(qiáng)度<50，MPa巖層的掘進(jìn)，整機(jī)的掘進(jìn)效率及排渣效率滿足設(shè)計(jì)要求。

技術(shù)研發(fā)人員：陳閣琳,熊偉,陳力,任正熊,劉健,趙云龍,林彬,趙海同,左蕗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶兩江新區(qū)建設(shè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8