CN111425207A - 一种斜井施工方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公布一种斜井施工方法和设备，适用于各种地质条件和深度的斜井施工。包括如下步骤：①盾构机向前推进；同时，通过管片拼装机拼装临时管片；②在临时管片与掘进后的围岩壁之间及时进行壁后注浆；③盾壳后侧的盾尾刷注满油脂；④盾构机施工100‑150米后，采用管片拆除机对临时管片进行拆除，并及时挂网、打锚杆、固定网片、喷射混凝土形成永久支护体系；⑤在永久支护体系中每隔一定距离设置卸水孔集中导水和截水沟。本发明使挖掘、排渣、衬砌等作业在护盾的掩护下进行，保证了安全；具有涌水量可控、掘进速度快、前期支护方便、对围岩损伤小、超挖范围控制较好、安全环保、不用注浆治水等效果。
Description
技术领域
本发明涉及斜井施工技术领域，具体涉及一种利用密闭式盾构机掘进并临时管片支护、锚网喷永久支护的斜井施工方法和设备，适用于各种地质条件和深度的斜井施工。
背景技术
通常斜井进入稳定基岩之后采用锚网喷的主动支护方案，这种支护方案经济、安全、科学合理。传统斜井掘进使用的是钻爆法，这种方法需要人工打眼，然后装药起爆，出渣和支护，安全系数相对较低，机械化程度低，工人劳动强度大，而且断面不好控制。另外，受井下条件的约束也比较多，尤其是涌水量较大的井筒，易造成井底积水，给斜井施工带来非常大的困难。
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。盾构机一般分为硬岩盾构机（TBM）和软岩盾构机两类，硬岩盾构机常用在中硬度岩层的掘进，一般掘进的岩层的轴抗压小于50-150Mpa，软岩盾构机主要适用于软弱性围岩施工。
与钻爆法相比，盾构机用于斜井施工具有掘进速度快、前期支护方便、对围岩损伤小、超挖范围控制较好、安全环保等特点。但是随着斜井深度的增加，水压也在增大，工作面水量也会增大，如果采用传统敞开式盾构，则工作面涌水难以解决，将对施工带来非常大的困难；如果采用传统密闭式盾构，需要采用管片式支护结构，且盾构、管片承压过大，目前的技术条件一般设备和管片承压不超过50m垂直深度，且管片价格较高，不经济，难以满足深斜井的施工。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种斜井施工方法和设备，
本发明通过以下技术方案实现：一种斜井施工方法，包括如下步骤：
①盾构机在圆柱体盾壳的保护下，沿斜井中心线向前推进；同时，通过管片拼装机拼装临时管片，并通过液压千斤顶压紧临时管片；
②在临时管片与掘进后的围岩壁之间及时进行壁后注浆；
③盾壳后侧的盾尾刷注满油脂；盾尾刷位于临时管片与掘进后的围岩壁之间，盾尾刷在尾部盾壳与临时管片、掘进后的围岩壁之间起到密封作用，同时，隔绝开挖面水进入盾壳；
④盾构机施工100-150米后，采用管片拆除机对临时管片进行拆除，并及时挂网、打锚杆、固定网片、喷射混凝土形成永久支护体系；
⑤在永久支护体系中每隔一定距离设置卸水孔集中导水，以确保永久支护体系安全，并设置截水沟以阻止斜井内涌水到达工作面。
其进一步是：所述盾构机前部的盾构机刀盘掘进产生的渣石进入密闭渣石仓；然后通过螺旋运输机将密闭渣石仓内渣石连续排出；螺旋运输机出料口接倒梯形的料斗，料斗位于皮带运输机上方；皮带运输机将渣石排至矿车后运至地面。
所述盾构机的密闭渣石仓中安装有压力传感器；密闭渣石仓通过第一排水管、第二排水管连接至水仓，用于密闭渣石仓卸压排水；所述水仓中安装有排水泵，排水泵通过第三排水管将水排至地面。
所述注浆材料为细石混凝土，凝固后的细石混凝土与临时管片共同形成临时支撑体系，承受周围土层的压力及地下水压。
一种斜井施工设备，盾构机沿斜井中心线在围岩中向前推进，沿斜井安装有轨道；
在所述盾构机后侧依次设有管片拼装机、管片运输机、管片拆除机、锚杆机、混凝土喷射机、水仓；
所述盾构机包括圆柱体形的盾壳，盾壳前端安装有盾构机刀盘以及用于驱动盾构机刀盘的刀盘驱动装置，盾构机刀盘后侧为密闭渣石仓；
所述盾壳后端位于临时管片与掘进后的围岩壁之间；盾壳后端设有盾尾刷，盾尾刷注满油脂，盾尾刷在尾部盾壳与临时管片、掘进后的围岩壁之间起到密封作用，同时，隔绝开挖面水进入盾壳；
所述管片拼装机固定在盾壳后部，管片拼装机用于在掘进后的围岩壁处安装临时管片；在盾壳后部还固定有用于压紧临时管片的液压千斤顶；
所述管片运输机安装在轨道上，管片运输机用于运送待拼装管片；
所述管片拆除机、锚杆机、混凝土喷射机安装在车架上，车架安装在轨道上；
所述水仓通过第一排水管、第二排水管连接至密闭渣石仓，密闭渣石仓中安装有压力传感器；水仓中安装有排水泵，排水泵通过第三排水管将水排至地面。
其进一步是：所述密闭渣石仓后侧连接有螺旋运输机，螺旋运输机后侧连接有皮带运输机，皮带运输机后方设有矿车；矿车安装在轨道上。
所述临时管片与掘进后的围岩壁之间进行壁后注浆细石混凝土，细石混凝土凝固后与临时管片共同形成临时支撑体系；
所述管片拆除机用于拆除临时支撑体系中的临时管片；
所述锚杆机用于在拆除临时管片后的细石混凝土层中打入锚杆，并安装托盘和网片；
所述混凝土喷射机用于在打入锚杆后的细石混凝土层外侧喷射一层混凝土喷射层。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1，采用新型可控密闭卸压式盾构机使挖掘、排渣、衬砌等作业在护盾的掩护下进行，保证了安全；
2，具有涌水量可控、掘进速度快、前期支护方便、对围岩损伤小、超挖范围控制较好、安全环保、不用注浆治水等效果；
3，永久支护采用锚喷网形式，解决了盾构管片价格高、压力大的情况下不适用问题。
附图说明
图1是本发明实施例结构示意图；
图2是图1中前部分放大图；
图3是图1中后部分放大图；
图中：1、轨道；2、车架；3、皮带运输机；4、料斗；5、管片运输机；7、待拼装管片；8、临时管片；9、第一排水管；10、液压千斤顶；11、盾壳；12、螺旋运输机；13、围岩；14、压力传感器；15、盾构机刀盘；16、密闭渣石仓；17、刀盘驱动装置；19、管片拼装机；21、盾尾刷；22、第二排水管；23、托盘；24、锚杆；25、网片；26、混凝土喷射层；27、第三排水管；28、排水泵；29、水仓；30、矿车；31、截水沟；32、混凝土喷射机；33、卸水孔；34、锚杆机；35、采用管片拆除机。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，现结合附图对本发明做进一步说明。
实施例一
结合图1至图3所示，一种斜井施工设备，盾构机沿斜井中心线在围岩13中向前推进，沿斜安装有轨道1。在盾构机后侧依次设有管片拼装机19、管片运输机5、管片拆除机35、锚杆机34、混凝土喷射机32、水仓29。
盾构机包括圆柱体形的盾壳11，盾壳11前端安装有盾构机刀盘15以及用于驱动盾构机刀盘15的刀盘驱动装置17，盾构机刀盘15后侧为密闭渣石仓16。盾壳11后端位于临时管片8与掘进后的围岩13壁之间；盾壳11后端设有盾尾刷21，盾尾刷21注满油脂，盾尾刷21在尾部盾壳11与临时管片8、掘进后的围岩13壁之间起到密封作用，同时，隔绝开挖面水进入盾壳11。
管片拼装机19固定在盾壳11后部，管片拼装机19用于在掘进后的围岩13壁处安装临时管片8；在盾壳11后部还固定有用于压紧临时管片8的液压千斤顶10。临时管片8与掘进后的围岩13壁之间进行壁后注浆细石混凝土，细石混凝土凝固后与临时管片8共同形成临时支撑体系。
管片运输机5安装在轨道1上，管片运输机5用于运送待拼装管片7。
管片拆除机35安装在车架2上，车架2安装在轨道1上；管片拆除机35用于拆除临时支撑体系中的临时管片。
锚杆机34安装在车架2上，车架2安装在轨道1上；锚杆机34用于在拆除临时管片8后的细石混凝土层中打入锚杆24，并安装托盘23和网片25。
混凝土喷射机32安装在车架2上，车架2安装在轨道1上；混凝土喷射机32用于在打入锚杆24后的细石混凝土层外侧喷射一层混凝土喷射层26。
水仓29通过第一排水管9、第二排水管23连接至密闭渣石仓16，密闭渣石仓16中安装有压力传感器14；水仓29中安装有排水泵28，排水泵28通过第三排水管27将水排至地面。
密闭渣石仓16后侧连接有螺旋运输机12，螺旋运输机12后侧连接有皮带运输机3，皮带运输机3后方设有矿车30；矿车30安装在轨道1上。
实施例二
一种斜井施工方法，在上述实施例一的基础上，包括如下步骤：
①盾构机在圆柱体盾壳11的保护下，沿斜井中心线向前推进；同时，通过管片拼装机19拼装临时管片8，并通过液压千斤顶10压紧临时管片8；
盾构机前部的盾构机刀盘15掘进产生的渣石进入密闭渣石仓16；然后通过螺旋运输机12将密闭渣石仓16内渣石连续排出；螺旋运输机12出料口接倒梯形的料斗4，料斗4位于皮带运输机3上方；皮带运输机3将渣石排至矿车30后运至地面；
②在临时管片8与掘进后的围岩13壁之间及时进行壁后注浆；
注浆材料为细石混凝土，凝固后的细石混凝土与临时管片8共同形成临时支撑体系，承受周围土层的压力及地下水压；
③盾壳11后侧的盾尾刷21注满油脂；盾尾刷21位于临时管片8与掘进后的围岩13壁之间，盾尾刷21在尾部盾壳11与临时管片8、掘进后的围岩13壁之间起到密封作用，同时，隔绝开挖面水进入盾壳11；
④盾构机施工100-150米后，采用管片拆除机35对临时管片8进行拆除，并及时挂网、打锚杆、固定网片、喷射混凝土形成永久支护体系；
⑤在永久支护体系中每隔一定距离设置卸水孔33集中导水，以确保永久支护体系安全，并设置截水沟31以阻止斜井内涌水到达工作面；
盾构机的密闭渣石仓16中安装有压力传感器14；密闭渣石仓16通过第一排水管9、第二排水管23连接至水仓29；水仓29中安装有排水泵28，排水泵28通过第三排水管27将水排至地面。正常施工时，一根排水管就可满足排水要求，当遇堵管时，另一根开始排水。
本发明提供的一种斜井施工方法，利用新型可控密闭卸压式盾构机掘进、出渣石并采用临时管片支护、在临时管片与掘进围岩断面之间注入细石混凝土进行封水，待混凝土凝固后拆除临时管片，设置卸水孔，并及时锚网喷永久支护。对涌水量较大地段可利用临时管片封闭围岩的条件进行壁后注浆封水。盾构螺旋输送机输出的渣石由皮带输送机运输至工作面200米以外后，由矿车或者皮带机直接运至地面。在密闭渣石仓安装水压监测传感器，并接2根排水管至水仓，一用一备，解决迎头排水与卸压的问题；同时，在斜井内设置若干泄水孔、截水沟，将水引至水仓，用排水泵将水仓内的水排至地面。
Claims (7)
1.一种斜井施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
①盾构机在圆柱体盾壳（11）的保护下，沿斜井中心线向前推进；同时，通过管片拼装机（19）拼装临时管片（8），并通过液压千斤顶（10）压紧临时管片（8）；
②在临时管片（8）与掘进后的围岩（13）壁之间及时进行壁后注浆；
③盾壳（11）后侧的盾尾刷（21）注满油脂；盾尾刷（21）位于临时管片（8）与掘进后的围岩（13）壁之间，盾尾刷（21）在尾部盾壳（11）与临时管片（8）、掘进后的围岩（13）壁之间起到密封作用，同时，隔绝开挖面水进入盾壳（11）；
④盾构机施工100-150米后，采用管片拆除机（35）对临时管片（8）进行拆除，并及时挂网、打锚杆、固定网片、喷射混凝土形成永久支护体系；
⑤在永久支护体系中每隔一定距离设置卸水孔（33）集中导水，以确保永久支护体系安全，并设置截水沟（31）以阻止斜井内涌水到达工作面。
2.根据权利要求1所述的一种斜井施工方法，其特征在于：所述盾构机前部的盾构机刀盘（15）掘进产生的渣石进入密闭渣石仓（16）；然后通过螺旋运输机（12）将密闭渣石仓（16）内渣石连续排出；螺旋运输机（12）出料口接倒梯形的料斗（4），料斗（4）位于皮带运输机（3）上方；皮带运输机（3）将渣石排至矿车（30）后运至地面。
3.根据权利要求2所述的一种斜井施工方法，其特征在于：所述盾构机的密闭渣石仓（16）中安装有压力传感器（14）；密闭渣石仓（16）通过第一排水管（9）、第二排水管（23）连接至水仓（29）；所述水仓（29）中安装有排水泵（28），排水泵（28）通过第三排水管（27）将水排至地面。
4.根据权利要求1所述的一种斜井施工方法，其特征在于：所述注浆材料为细石混凝土，凝固后的细石混凝土与临时管片（8）共同形成临时支撑体系，承受周围土层的压力及地下水压。
5.一种斜井施工设备，盾构机沿斜井中心线在围岩（13）中向前推进，沿斜井安装有轨道（1）；
其特征在于：
在所述盾构机后侧依次设有管片拼装机（19）、管片运输机（5）、管片拆除机（35）、锚杆机（34）、混凝土喷射机（32）、水仓（29）；
所述盾构机包括圆柱体形的盾壳（11），盾壳（11）前端安装有盾构机刀盘（15）以及用于驱动盾构机刀盘（15）的刀盘驱动装置（17），盾构机刀盘（15）后侧为密闭渣石仓（16）；
所述盾壳（11）后端位于临时管片（8）与掘进后的围岩（13）壁之间；盾壳（11）后端设有盾尾刷（21），盾尾刷（21）注满油脂，盾尾刷（21）在尾部盾壳（11）与临时管片（8）、掘进后的围岩（13）壁之间起到密封作用，同时，隔绝开挖面水进入盾壳（11）；
所述管片拼装机（19）固定在盾壳（11）后部，管片拼装机（19）用于在掘进后的围岩（13）壁处安装临时管片（8）；在盾壳（11）后部还固定有用于压紧临时管片（8）的液压千斤顶（10）；
所述管片运输机（5）安装在轨道（1）上，管片运输机（5）用于运送待拼装管片（7）；
所述管片拆除机（35）、锚杆机（34）、混凝土喷射机（32）安装在车架（2）上，车架（2）安装在轨道（1）上；
所述水仓（29）通过第一排水管（9）、第二排水管（23）连接至密闭渣石仓（16），密闭渣石仓（16）中安装有压力传感器（14）；水仓（29）中安装有排水泵（28），排水泵（28）通过第三排水管（27）将水排至地面。
6.根据权利要求5所述的一种斜井施工设备，其特征在于：所述密闭渣石仓（16）后侧连接有螺旋运输机（12），螺旋运输机（12）后侧连接有皮带运输机（3），皮带运输机（3）后方设有矿车（30）；矿车（30）安装在轨道（1）上。
7.根据权利要求5所述的一种斜井施工设备，其特征在于：所述临时管片（8）与掘进后的围岩（13）壁之间进行壁后注浆细石混凝土，细石混凝土凝固后与临时管片（8）共同形成临时支撑体系；
所述管片拆除机（35）用于拆除临时支撑体系中的临时管片（8）；
所述锚杆机（34）用于在拆除临时管片（8）后的细石混凝土层中打入锚杆（24），并安装托盘（23）和网片（25）；
所述混凝土喷射机（32）用于在打入锚杆（24）后的细石混凝土层外侧喷射一层混凝土喷射层（26）。
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