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申请/专利权人：中交第二航务工程局有限公司

摘要：本发明公开了一种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，包括：前盾体、顶推设备、螺旋输送机和后盾体，所述后盾体顶部敞开，并在其顶部设置敞口支护舱，所述敞口支护舱连通于下方的后盾体；所述敞口支护舱顶部敞开，且顶部高于水面；所述螺旋输送机上端竖直通过所述敞口支护舱顶部并伸出外部。本发明可以垂直吊装到设备内拼装，也可以垂直输泥，设备布置面积小，且能提供类似移动围堰移动基坑支护的功能，无需临时围堰和永久基坑支护，能大大减少水域占用面积和水下泥渣疏浚量，能将隧道预制成整节段吊放入设备内进行连续顶进装配，实现水底浅埋隧道的预制装配化施工。

主权项：1.一种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，包括：前盾体、顶推设备、螺旋输送机和后盾体，其特征在于，所述后盾体顶部敞开，并在其顶部设置敞口支护舱，所述敞口支护舱连通于下方的后盾体；所述敞口支护舱顶部敞开，且顶部高于水面；所述后盾体和敞口支护舱内壁板加装配重；所述敞口支护舱与所述后盾体为可拆卸连接；所述螺旋输送机上端竖直通过所述敞口支护舱顶部并伸出外部；所述螺旋输送机包括第一分螺旋输送机和第二分螺旋输送机；所述第一分螺旋输送机倾斜设置，其下端朝向所述前盾体挖出来的泥渣，其上端连接于竖向设置的位于上方的第二分螺旋输送机的下端；所述第二分螺旋输送机的上端通过所述敞口支护舱顶部并伸出外部；所述第一分螺旋输送机与第二分螺旋输送机连接位置设置有容纳泥渣的密封箱；所述第一分螺旋输送机和第二分螺旋输送机分别连接所述密封箱的位置错位设置。

全文数据：适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机技术领域本发明涉及水底浅埋隧道预制拼装施工领域。更具体地说，本发明涉及一种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机。背景技术目前世界上水下隧道的建造方法有：当隧道埋深较深时，主要采用钻爆法和盾构法；当隧道埋深较浅时，只能采用沉管法及堰筑法。所谓沉管法是将预制好的整个隧道管节一般长度70-200米依次沉放至开挖好的水底基槽内进行沉放对接，然后回填，该工法面临水下疏浚泥量大、环境影响大、沉管浮运对航道水深要求高、造价高等缺点，如港珠澳大桥海底隧道。所谓堰筑法是在水上施工临时围堰工程，抽干围堰内的水进行深基坑施工，再在基坑内进行隧道结构现浇施工，该工法具有施工时间长、占用水域面积大、环境影响大、大量的临时围堰和基坑支护工程成本高一般占工程直接成本的40％左右等缺点。如武汉东湖隧道、无锡太湖隧道均采用堰筑法施工。鉴于水下浅埋隧道堰筑法和沉管法缺点，以及土木建筑行业大力发展预制装配化和机械化作业的时代背景，急需一种能够实现机械化作业、预制装配化施工的新装备、新工法，从而能加快进度、降低水上施工对环境的影响、大幅降低工程造价。盾构机是一种采用盾构法的隧道掘进机，用于埋深较大的情况下，但若隧道埋深较浅，则无法采用盾构机施工。另外现有的盾构机施工，用于隧道拼装的预制构件是通过竖井吊至井下，再水平运输至盾构机内进行分块拼装成完整断面；而现有的盾构机螺旋输送机运输泥也是从设备尾部水平运输，通过已经拼装成型的隧道水平运输至竖井，再垂直运输至地面，螺旋输送管基本是水平设置，因此现有的盾构机设备很长，占地面积比较大，造价很高。发明内容本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本发明还有一个目的是提供一种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，可以垂直吊装到设备内拼装，也可以垂直输泥，设备布置面积小，且能提供类似移动围堰移动基坑支护的功能，无需临时围堰和永久基坑支护，能大大减少水域占用面积和水下泥渣疏浚量，能将隧道预制成整节段吊放入设备内进行连续顶进装配，实现水底浅埋隧道的预制装配化施工。为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，包括：前盾体、顶推设备、螺旋输送机和后盾体，所述后盾体顶部敞开，并在其顶部设置敞口支护舱，所述敞口支护舱连通于下方的后盾体；所述敞口支护舱顶部敞开，且顶部高于水面；所述螺旋输送机上端竖直通过所述敞口支护舱顶部并伸出外部。优选的是，所述螺旋输送机包括第一分螺旋输送机和第二分螺旋输送机；所述第一分螺旋输送机倾斜设置，其下端朝向所述前盾体挖出来的泥渣，其上端连接于竖向设置的位于上方的第二分螺旋输送机的下端；所述第二分螺旋输送机的上端通过所述敞口支护舱顶部并伸出外部。优选的是，所述第一分螺旋输送机与第二分螺旋输送机连接位置设置有容纳泥渣的密封箱。优选的是，所述第一分螺旋输送机和第二分螺旋输送机分别连接所述密封箱的位置错位设置。优选的是，所述第一分螺旋输送机选用竖角自卸式螺旋输送机。优选的是，还包括：挡土板；所述挡土板为一对，分别平行设置于前盾体的顶部两侧，且沿盾构机行进方向设置。优选的是，所述后盾体和敞口支护舱内壁板加装配重。优选的是，还包括排泥导管，所述排泥导管倾斜设置，其上端固定连接于所述螺旋输送机的上端。优选的是，所述敞口支护舱与所述后盾体为可拆卸连接。优选的是，所述后盾体沿盾构机行进方向的宽度宽于所述敞口支护舱的宽度。本发明至少包括以下有益效果：1、本发明主要针对水下浅埋隧道一般水深小于5m，覆土厚度小于3m同样适用于陆地浅埋隧道施工，埋深小于3m，提供一种能适应水下隧道机械化、预制装配化作业的新装备，该设备可在水下作业，能提供类似移动围堰的功能和移动基坑支护的功能，无需临时围堰和永久基坑支护，能大大减少水域占用面积和水下泥渣疏浚量，能将预制成的整节段隧道或分片管片通过敞口支护舱直接吊放入设备内进行连续顶进装配，实现水下浅埋隧道的预制装配化施工。2、普通盾构机适用于隧道埋深较大的情况，但若隧道埋深浅，则无法采用盾构机施工。本发明旨在拓展盾构机应用范围，应用于隧道埋深较浅，并实现明挖条件下盾构拼装施工。3、本发明泥渣利用螺旋输送机通过后盾体顶部敞口支护舱垂直输送到地面，而传统的盾构机是通过已拼装成型的盾构机水平输送至工作井再垂直吊运到地面。因此本发明采用通过敞口支护舱垂直吊装和垂直输泥排渣，减少施工占用水域的面积，减小对环境的影响。本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本发明所述适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机的侧视结构剖视图；图2为本发明所述适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机的侧视图；图3为本发明所述适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机的三维结构示意图；图4为本发明所述适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机加装挡土板的三维结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如图1-3所示，本发明的实施例提供的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，包括：前盾体1、顶推设备3、螺旋输送机4和后盾体2，所述后盾体2顶部敞开，并在其顶部设置敞口支护舱5，所述敞口支护舱5连通于下方的后盾体2；所述敞口支护舱5顶部敞开，且顶部高于水面；所述螺旋输送机4上端竖直通过所述敞口支护舱5顶部并伸出外部。其中需要说明的是，前盾体与后盾体采用油缸铰接，其中前盾体用于开挖掘进；后盾体用于拼装隧道结构；顶推设备为液压油缸或者液压杆，用于顶推预制隧道构件至后盾体尾部预设位置，并将这一块预制隧道结构和上一块预制隧道结构连接好；螺旋输送机具有柱状封闭外壳，内部设置有安装螺旋叶片的中轴，通过螺旋叶片的转动实现物料的输送，其用于将前盾体前端刀盘掘进过程产生的泥渣输送至设备外部。本实施例提供的这种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，后盾体连通于设在其上方的敞口支护舱，形成一个上方敞口的竖直的通道，且上方敞口处高于水面，该上方敞口的竖直通道用以投放吊装的预制隧道结构，从而实现垂直吊装以及明挖隧道施工。螺旋输送机上端竖直通过所述敞口支护舱顶部并伸出外部，从而实现泥渣利用螺旋输送机通过敞口支护舱垂直排出设备外部，设备外部水面设置泥舶装泥渣的船，用于运输排出的泥渣。综上所述，本发明提供的这种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机可以实现垂直吊装预制隧道结构到设备内部拼装，也可以实现垂直输送泥渣到设备外部，减少施工占用水域的面积，减小对环境的影响；另外本发明提供的这种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机还可以有效的实现盾构机在水底浅埋情况的隧道预制拼装施工，并可将传统的暗挖盾构掘进改为明挖盾构掘进，且敞口支护舱可以替代传统的移动围堰结构，大大节省施工成本。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机中，所述螺旋输送机4包括第一分螺旋输送机41和第二分螺旋输送机42；所述第一分螺旋输送机41倾斜设置，其下端朝向所述前盾体1挖出来的泥渣，其上端连接于竖向设置的位于上方的第二分螺旋输送机42的下端；所述第二分螺旋输送机42的上端通过所述敞口支护舱5顶部并伸出外部。本实施例提供的技术方案中，第一分螺旋输送机和第二分螺旋输送机拼接在一起，前盾体前端刀盘掘进过程产生的泥渣从第一分螺旋输送机下端输入，再经竖直设置的第二分螺旋输送机的顶部排出设备外部，设备外部水面设置泥舶，用于运输排出的泥渣。由倾斜设置的第一分螺旋输送机和竖直设置第二分螺旋输送机拼接，从而实现泥渣从前盾体前端下方到敞口支护舱上方的输送。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机中，所述第一分螺旋输送机41与第二分螺旋输送机42连接位置设置有容纳泥渣的密封箱43。本实施例提供的技术方案中，第一螺旋输送机输送来的泥渣先存至密封箱内，第二分螺旋输送机再将密封箱中的泥渣输出至外部。密封箱为密封结构，以减少外部压力对泥渣输送的影响。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，所述第一分螺旋输送机41和第二分螺旋输送机42分别连接所述密封箱43的位置错位设置。本实施例提供的技术方案中，第一分螺旋输送机和第二分螺旋输送机分别连接密封箱的位置为错位设置，避免泥渣堵塞螺旋输送机的输入或输出端口，实现输送泥渣顺利进行。并且此处错位设置优选的是，第一分螺旋输送机的上端密封连接密封箱的上方，第一分螺旋输送机的下端伸直密封箱内部下方。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，所述第一分螺旋输送机41选用竖角自卸式螺旋输送机。本实施例提供的技术方案中，竖角自卸式螺旋输送机的出口端为转角形状，可以有效的防止输送的泥渣回流。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，所述的螺旋输送机4可并排设置多个。本实施例提供的技术方案中，并排设置多个螺旋输送机可以更高效的输出泥渣。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，还包括：挡土板6；所述挡土板6为一对，分别平行设置于前盾体1的顶部两侧，且沿盾构机行进方向设置。本实施例提供的技术方案中，前盾体顶部两侧设有挡土板，用于支挡盾体顶部至泥面陆地使用时，用于支挡盾体顶部至地面两侧的土体，类似一个移动的式围堰支挡结构。并且挡土板的高度只需到泥面高度即可，因此挡土板的高度低于敞口支护舱的高度。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，所述后盾体2和敞口支护舱5内壁板加装配重。本实施例提供的技术方案中，由于前盾体内壁板没有空腔，因此仅在后盾体和敞口支护舱内壁版加装配重，用于克服设备在水下所受的浮力。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，还包括排泥导管8，所述排泥导管8倾斜设置，其上端固定连接于所述螺旋输送机4的上端。本实施例提供的技术方案中，为更好的将螺旋输送机输出的泥渣排除设备外部，加装排泥导管，排泥导管倾斜设置，下端朝向水面上的泥舶，将泥渣输送至泥舶。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，所述敞口支护舱5与所述后盾体2为可拆卸连接。本实施例提供的技术方案中，敞口支护舱与后盾体可拆卸连接，比如螺纹连接。当拆去敞口支护舱，将螺旋输送机输出端置于后盾体内部，并在后盾体上方加装顶板，即可实现将本发明的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机改装为普通的盾构机，可适用于埋深较深的隧道施工，实现本设备的多变及多种应用范围。为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，所述后盾体2沿盾构机行进方向的宽度宽于所述敞口支护舱5的宽度。本实施例提供的技术方案中，后盾体的宽度宽于敞口支护舱的宽度，且宽出部分为前述后盾体尾部预设位置，该容纳空间用于拼装预制隧道构件，将这一块预制隧道结构和上一块预制隧道结构连接好。具体的工作过程如下：在待施工水下隧道陆域段用传统的方法现浇隧道结构，在水域端一端用移动围堰围出一个始发基坑，并将围堰内的水抽干，将所述适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机置于始发基坑内。从敞口支护舱垂直吊装第一个预制隧道结构至后盾体，顶推设备顶推该第一预制隧道结构至后盾体尾部与陆域段现浇的隧道结构拼接，而后拆移动围堰。随着所述适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机的行走，其前盾体同步挖取前段的泥渣，再有螺旋输送机输送经敞口支护舱顶部敞口位置排出设备外部；且同步起吊预制隧道结构从敞口支护舱投入至后盾体，顶推设备顶推该预制隧道结构至后盾体尾部的预设位置与上一块隧道结构拼接好。循环往复此挖取和拼装过程，完成水域内的隧道施工，从而实现水下浅埋明挖隧道的快速机械化施工，开挖-支护-拼装同步施工，施工效率高。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

权利要求：1.一种适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，包括：前盾体、顶推设备、螺旋输送机和后盾体，其特征在于，所述后盾体顶部敞开，并在其顶部设置敞口支护舱，所述敞口支护舱连通于下方的后盾体；所述敞口支护舱顶部敞开，且顶部高于水面；所述螺旋输送机上端竖直通过所述敞口支护舱顶部并伸出外部。2.如权利要求1所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，所述螺旋输送机包括第一分螺旋输送机和第二分螺旋输送机；所述第一分螺旋输送机倾斜设置，其下端朝向所述前盾体挖出来的泥渣，其上端连接于竖向设置的位于上方的第二分螺旋输送机的下端；所述第二分螺旋输送机的上端通过所述敞口支护舱顶部并伸出外部。3.如权利要求2所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，所述第一分螺旋输送机与第二分螺旋输送机连接位置设置有容纳泥渣的密封箱。4.如权利要求3所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，所述第一分螺旋输送机和第二分螺旋输送机分别连接所述密封箱的位置错位设置。5.如权利要求2或3所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，所述第一分螺旋输送机选用竖角自卸式螺旋输送机。6.如权利要求1-4任意一项所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，还包括：挡土板；所述挡土板为一对，分别平行设置于前盾体的顶部两侧，且沿盾构机行进方向设置。7.如权利要求1-4任意一项所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，所述后盾体和敞口支护舱内壁板加装配重。8.如权利要求1所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，还包括排泥导管，所述排泥导管倾斜设置，其上端固定连接于所述螺旋输送机的上端。9.如权利要求1所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，所述敞口支护舱与所述后盾体为可拆卸连接。10.如权利要求1所述的适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机，其特征在于，所述后盾体沿盾构机行进方向的宽度宽于所述敞口支护舱的宽度。

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