阅读说明：本技术 一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法 (A kind of water rich strata metro built by mining method mechanized construction method ) 是由 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 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明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。(The invention discloses a kind of water rich strata metro built by mining method mechanized construction method, this method include crank arm the trolley ejection for water plugging stage, tunnel just Zhi Liandong stage, driving double track and muck haulage stage three phases.Linked network mount type steel before face excavates, gunite concrete close face, draw multidirectional deep hole grouting trolley to work face, adjust posture of cranking arm and are closing intact face fixed-point drill grouting and reinforcing face side and the rear soil body；Multidirectional deep hole grouting trolley withdraws face, and traction both arms multifunction heading machine is located in front of face and excavates soil body erection steel grating using both arms, and stays Core Soil；The dregs of excavation enters dregs Orbital Transport Systems through carrying crawler belt inside machine, is transported it at tunnel shaft by slag-soil truck on track, and bridge crane machine lifting dregs is to be shipped to dregs storehouse, and a circulation construction is completed.This construction method effectively prevents the prominent mud of tunnel gushing water, realizes high construction efficiency, risk guarantee working security can be greatly reduced.)

一种富水地层地铁暗挖隧道机械化施工方法

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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。

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。

本发明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。

本发明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是本发明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是本发明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-下台阶左侧土体28-下台阶右侧土体29-上台阶中部土体30-下台阶中部土体31-下台阶钢格栅位置土体

图3本发明中多向深孔注浆台车示意图

图4湿喷砼机组示意图

图5本发明施工流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本方法进行详细说明。

如图1和图3所示，本发明涉及四种机械设备的机械化施工方法，实现该机械化施工方法的施工设备包含多向深孔注浆台车1(图3)、双臂多功能掘进机3(图1)、渣土轨道运输系统7～12(图1)和湿喷砼机组(图4)。

多向深孔注浆台车1(图3)用于开挖掌子面1(图1)前对其进行深孔注浆加固后方土体，并兼作止水帷幕作用。

双臂多功能掘进机3(图1)主要包含左臂3.2(图1)、右臂3.1(图1)、中部进料口3.3(图1)、后部出料口3.4(图1)、用于挖掘掌子面1(图1)土体、架立钢格栅、铣槽以及钻射小导管，中部结构顺序出渣通过后方出料口进入后方渣土运输体系。

渣土运输系统用于渣土的后续隧道内运渣，井内出渣，井外翻转卸渣的施工。

湿喷砼机组主要要与掌子面1(图1)开挖前混凝土封闭加固功能，并对钢格栅进行喷射混凝土固定完成初衬。

四种设备协同机械化施工方法具体三阶段施工步骤如下：

第一、曲臂台车注浆止水阶段：

S1掌子面上挂网，使用扎丝将各网片绑扎牢固。

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3(图1)的右臂3.1(图1)对台阶上侧环状土方2(图2)和核心土上侧土方5(图2)进行铣刨，左臂3.2(图1)收回使用左侧挖掘臂3.1(图1)对台阶上核心土2.2(图1)左侧土体6(图2)和右侧土体4(图3)进行挖掘。使用设备中部渣土履带传输系统3.3(图1)实时将渣土运输到设备后方出料口3.4(图1)，通过钢架履式传输系统7(图1)及轨道运输系统7～12(图1)运渣出井。

S2使用双臂多功能掘进机3(图1)左侧挖掘设备3.2(图1)进行钢格栅的托举于掌子面1(图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。

S3使用双臂多功能掘进机3(图1)右臂3.1(图1)钻射小导管1(图2)。驾驶机器调整右臂3.1(图1)的长度，将机械臂伸至掌子面1(图1)已固定好的格栅前，在格栅空隙中打入小导管20(图2)。

S4人工精密调节格栅和小导管20(图2)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2.2(图1)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2.1(图1)的开挖。

S6利用双臂多功能掘进机3(图1)左臂3.2(图1)对下台阶2.1(图1)以及下台阶的左侧土体9(图2)和右侧土体10(图2)，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3.3(图1)经钢架履式传输系统7(图1)投入到盛料斗9(图1)。

S2装满三个盛料斗后，司机开行电力驱动小车11(图1)沿轨道12(图1)将渣土运输到竖井位置。

S3使用桥吊机14(图1)出井，旋转侧翻卸渣于渣土仓。

如图2所示，双臂多功能掘进机3(图1)挖掘掌子面的步序，具体的挖掘步骤如下：

基于上述权利要求，使用双臂多功能掘进机3(图1)挖掘掌子面，挖掘掌子面的具体步骤如下：

S1双臂多功能掘进机3(图1)使用右臂3.1(图1)对上台阶钢格栅位置土体21(图2)和上台阶核心土上侧土方23(图2)进行铣刨，右臂3.1(图1)撤回使用左臂3.2(图1)对上台阶核心土左侧土体24(图2)和上台阶核心土右侧土体22(图3)土方进行挖掘，并使用设备中部渣土履带传输系统3.3(图1)实时将渣土运输到设备后方出料口3.4(图1)。

S2使用双臂多功能掘进机3(图1)左臂3.2(图1)将钢格栅的托举(人工辅助)安装在上台阶钢格栅位置土体21(图2)处，一共三品格栅，依次架立，并用螺栓紧密连接。

S3使用右臂3.1(图1)在钢格栅内部钻入超前小导管20(图2)。并人工辅助在在钢格栅左端打入钢格栅左端锁脚锚杆25(图2)和钢格栅右端锁脚锚杆26(图3)用于固定钢格栅。

S4双臂多功能掘进机3(图1)左臂3.2(图1)挖掘上台阶中部土体29(图2)，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3(图1)左臂3.2(图1)挖掘下台阶左侧土体27(图2)和下台阶右侧土体28(图2)，用左臂3.2(图1)调整姿态平直的将格栅放入以铣好的槽中多榀格栅螺栓连接紧密。

S6双臂多功能掘进机3(图1)左臂3.2(图1)挖掘下台阶中部土体30(图2)，推进一环后用双臂多功能掘进机3(图1)左臂3.2(图1)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。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。