通过地下箱体的推进构建隧道的方法及装置

摘要

本发明提供一种通过地下箱体的推进构建隧道的方法及装置。由于不必进行明挖，不会使列车运行和公路交通受到阻碍，能确保其安全性，可以利用极小规模的设备进行作业，而且，噪音、振动能无限地接近零，也能简单地防止牵引部件的损坏。在箱体(1)的前端安装盖状刀口(3)，以贯通箱体(1)发方式配置PC钢绳(4)等牵引部件，在箱体(1)的后端侧设置固定件(5)或牵引千斤顶(6)，在另一端设置牵引千斤顶(6)或固定件(5)，在使箱体(1)前进中，刀口部分进行挖掘、排土，牵引千斤顶(6)进行工作，由此牵引箱体(1)，若箱体(1)前进了一定量，再重复刀口部分相同的挖掘、排土工作。

说明书

技术领域

本发明涉及通过推进地下箱体建造隧道的方法和装置，其在地下推进混凝土箱体，建造隧道状的地下建筑物。

背景技术

在铁道线路下面和公路路面下面，要构建在地下横穿这些道路的地下建筑物，可是最一般的施工方法是所谓的明挖开沟施工法，即用反铲之类的铁锹等从地上向下挖，明挖开沟，通过组装模板在沟中边构筑混凝土制的地下建筑物，边设置混凝土箱体，然后再回填土。

可是，由于从地上向下挖，明挖开沟施工法不得不阻断列车运行和公路交通，反之在列车运行和公路交通优先时，要用临时路面辅板覆盖已挖开的沟等，又更多的受到时间的限制。

而且，明挖开沟施工法必须防止沟的坍塌，通过打桩和板桩防止塌方的施工作业也是必要的，而且，在地下结构物构筑完成后，在其上方的回填作业也是必要的。

因此，研究包括隧道工程的地下建筑物的施工，隧道工程的典型方法是在地下使用在其前端具有切割轮的盾构挖掘机的盾构施工法。

该盾构施工法众所周知如下，组装盾构挖掘机，以便利用其内部具有的推进千斤顶使原有的扇形环连续体在反作用力作用下前进，在其前进状态，在盾构挖掘机内使用砌块安装器将新的扇形环连接到前述连续体的前端。

这样，交互重复盾构挖掘机的前进和扇形环的组装，进行隧道的施工。

早期的盾构施工法在地下比较深的位置建造隧道时是有效的，但在覆盖土浅的地表附近施工时是有效的。在覆盖土浅的地表附近施工时，在盾构挖掘机前进时，会拖拉该覆盖土浅的部分的砂土，从而在地上部分发生塌陷，恐怕会使地上建筑物受到恶劣影响。

而且，盾构挖掘机自身为圆筒形挖掘机，另外如前所述，由于是在环上组装砌块建造圆筒形隧道，在象地下道等的具有矩形截面的隧道内部使用时，由于圆形和矩形的差异，在隧道内部产生不能使用的无用部分，要进行额外的挖掘，以及必须使用额外的混凝土，此时施工费也升高。

发明内容

本发明的目的是消除前述现有技术的不足，提供一种通过推进地下箱体建造隧道的方法和装置。由于不必进行明挖，不会使列车运行和公路交通受到阻碍，能确保它们的安全性，而且，如盾构施工法不需要大型装置和设备，利用极小规模的设备就可以进行作业，而且，在挖掘的时候不需要临时护顶支架和建筑物的顶部后处理等的空间，由于也不用担心会拖拉上部砂土，所以能使覆盖土层最小，即使是矩形的隧道也能不进行额外的挖掘而施工，因此能缩短工期和大幅度地节约工程费用。

本发明为实现前述目的，作为通过地下箱体的推进建造隧道的方法，第一，本发明是通过推进地下箱体建造隧道的方法，要点在于，在箱体的前端安装盖状刀口，以贯通箱体的方式配置PC钢绳等牵引部件，在箱体的后端侧设置固定件或牵引千斤顶，在另一端设置牵引千斤顶或固定件，在使箱体前进过程中，刀口部分进行挖掘、排土，牵引千斤顶进行工作，由此牵引箱体，若箱体前进了一定量，则再重复刀口部分的挖掘、排土的相同工作，而且，在固定牵引部件的两端使牵引千斤顶工作时，利用配设在箱体之间的中间千斤顶作为减震器，或者，在刀口内侧设有利用栅栏板用千斤顶向前方推压的栅栏板，在固定牵引部件的两端使牵引千斤顶工作时，利用栅栏板用千斤顶作为减震器。

第二方面，本发明的要点在于，在箱体内部，配置安装在伸缩臂上的中间千斤顶的千斤顶台，通过该千斤顶台的移动使配设在前述箱体之间的中间千斤顶挪动。

第三方面，本发明是通过推进地下箱体建造隧道的方法，要点在于，在箱体的前端安装盖状刀口，以贯通箱体的方式配置PC钢绳等牵引部件，在箱体的后端侧设置固定件或牵引千斤顶，在另一端设置牵引千斤顶或固定件，在使箱体前进过程中，刀口部分进行挖掘、排土，牵引千斤顶进行工作，由此牵引箱体，若箱体前进了一定量，则再重复刀口部分的挖掘、排土的相同工作，在要放入箱体的地基的坑口前形成纵列配置箱体的堆料场，如果在地基中推进了由多个箱体形成的第一箱体组，则在堆料场的后方位置组成由多个箱体形成的第二箱体组，使该箱体组前进与第一箱体组的最后端的箱体连接，连续进行前述推进方法。

第四方面，本发明是通过推进地下箱体建造隧道的方法，要点在于，在箱体的前端安装盖状刀口，以贯通箱体的方式配置PC钢绳等牵引部件，在箱体的后端侧设置固定件或牵引千斤顶，在另一端设置牵引千斤顶或固定件，在使箱体前进过程中，刀口部分进行挖掘、排土，牵引千斤顶进行工作，由此牵引箱体，若箱体前进了一定量，则再重复刀口部分的挖掘、排土的相同工作，用预先并排列置管体形成的管护顶壁覆盖地下箱体埋设预定位置，在该管护顶壁的下面或内部推进箱体。

第五方面，作为在上述方法中使用的装置，要点在于，在箱体的前端安装盖状刀口，以贯通箱体的方式配置PC钢绳等牵引部件，在箱体的后端侧设置固定件或牵引千斤顶，在另一端设置牵引千斤顶或固定件，在使箱体前进过程中，刀口部分进行挖掘、排土，牵引千斤顶进行工作，由此牵引箱体，若箱体前进了一定量，则再重复刀口部分的挖掘、排土的相同工作，作为千斤顶台，在箱体内配置设有框架组架台的自行台车，在该框架组架台上设有利用液压缸水平移动的支承体，在该支承体上设有由上下方向的液压缸构成的伸缩臂，在该伸缩臂上设有前述中间千斤顶。

按照本发明第一方面和第二方面所述的本发明，是挖掘推进、埋设箱体的方法，箱体的整个截面用预制混凝土制作，由于达到了之前所定的强度，安全系数高。而且，箱体前部的挖掘和利用牵引千斤顶和牵引部件的箱体的前进重复进行，从而在地下建造隧道，因此，象盾构施工法一样不需要大规模的设备，而且，能够不象明挖开沟施工法和在有支撑护架的场所打制混凝土施工法那样长时期持续不安定状态地进行施工，也不会给地上交通造成障碍。而且，由于箱体原样地形成为隧道建筑物，挖掘也是必要的最小限度形状的矩形截面就行了，可以消除无用的施工。

特别地，配置PC钢绳等形成的牵引部件以便贯通箱体，在箱体的后端侧设置固定件或牵引千斤顶，在另一端设置牵引千斤顶或固定件，在使箱体前进过程中，刀口部分进行挖掘、排土，牵引千斤顶工作，由此牵引箱体，如果箱体前进了一定量，还要重复所谓的刀口部分的挖掘、排土的相同工作，这样形成的隧道建造方法，在进行牵引时，移动的箱体和周围部分产生摩擦力，产生噪音、振动。该噪音、振动在邻近城市和住宅附近以及在有精密仪器和计算机的场所的工场现场，也成为公害。

而且，由于地基状态的变化，箱体和周围部分的摩擦力急剧降低，通过牵引千斤顶6，骤增的力施加到作为牵引部件的PC钢绳4上时，存在着PC钢绳4断裂、牵引千斤顶损坏的危险。

对此，现有的方法是，在箱体的周围部分特别是底部涂布润滑剂以降低摩擦力，改进用于移动的推进或牵引机器，通过降低移动速度减小摩擦力。

但是，前述涂布润滑剂的方法，在能使噪音和振动降低到某种程度方面是困难的，而且，由于涂布润滑剂的场所较滑，作业性变得非常差。

另一方面，减缓推进速度、牵引速度，即使减少噪音和振动，但仍会产生某种程度的噪音和振动，不能说是完美的方案。在多数情况下，是因为在机械中大多不能那样调整机械性能。

按照本发明，配设在箱体之间的推进千斤顶或栅栏板用千斤顶非常缓和地使箱体移动，实现了减震器的任务，由于从静摩擦变成动摩擦的瞬间的噪音和振动能降低到最小，因此施工简单且作业性良好，噪音和振动能无限接近于零，也能简单地防止牵引部件的断裂。

按照本发明第三方面和第六方面所述的本发明，通过推进施工法，各箱体相互之间配设各自的中间千斤顶，中间千斤顶的数目变得非常多，成本随着变高，同时在前后箱体的任何一方上安装各中间千斤顶及必要的支承结构，中间千斤顶的数目能够是必要的最小值，成本也随着降低，能够简单地进行中间千斤顶的配设。

也就是说，中间千斤顶利用作为千斤顶台的自行台车能够在箱体内自由地移动，移动到所要求的箱体间的位置为止，利用液压缸使支承体水平移动，从而与水平方向的位置一致。而且，如果伸长伸缩臂使中间千斤顶在上方及下方移动，则能使该中间千斤顶位于箱体之间合适的位置。

按照本发明第四方面所述的本发明，设有堆料场，在其中间成纵列组合配置有箱体，在这样的堆料场，组合的箱体组分成多个组，如果使由多个箱体组成的第一箱体组在地基上前进，在堆料场的后方位置组成由多个箱体组成的第二箱体组，使该组前进以与第一箱体组的最后端的箱体连接，由于连续进行前述推进方法，尽管堆料场不会大于必要值，却可以有效地组装和配置。

按照本发明第五方面所述的本发明，用预先并排列置管体所形成的管护顶壁覆盖地下箱体埋设预定位置，通过在该管护顶壁下方和内部推进箱体，在地表覆盖土少、地下建筑物自身断面大的情况下，也能安全地进行施工。

附图说明

图1是表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第1实施例的纵截面侧视图。

图2是图1中线A-A的截面图。

图3是图1中线B-B的截面图。

图4是在本发明中使用的中间千斤顶的液压回路图。

图5是表示表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第2实施例的纵截面侧视图。

图6是表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第3实施例的第1工序的纵截面侧视图。

图7是表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第3实施例的第2工序的纵截面侧视图。

图8是表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第3实施例的第3工序的纵截面侧视图。

图9是表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第3实施例的第4工序的纵截面侧视图。

图10是表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第3实施例的第5工序的纵截面侧视图。

图11是表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第3实施例的第6工序的纵截面侧视图。

图12是表示本发明的通过推进地下箱体建造隧道的方法的第1实施例的纵断面正视图。

图13是表示千斤顶台的设置状态的侧面图。

图14是千斤顶台的侧面图。

图15是千斤顶台的部分剖开的正面图。

图16是表示管护顶壁结构的其它实施例的正面图。

图17是表示管护顶壁结构的其它实施例的正面图。

符号说明：1箱体；2中间千斤顶；3刀口；4 PC钢绳；5固定件；6牵引千斤顶；7侧缘；8  轨道；9台车；10车轮；11齿轮马达；12框架组架台；13a、13b液压单元；14电缆盘；15碰撞安全装置；16液压缸；17支承体；18伸缩臂；19水平架；20操作盘；21运行台；22竖梯；23栅栏板用千斤顶；24栅栏板；25栅栏；26堆料场；27到达坑；28管护顶壁；28a管体；31导向坑；32承压壁；33千斤顶台；34中间千斤顶；35支柱；36中间千斤顶；37接缝防水；38铁道线路；39反作用力体；41出口；42返回口；43液压泵；44出口；45返回口；46旁通回路；47旁通阀。

具体实施方式

下面，根据附图，详细说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的通过推进地下箱体构建隧道的方法的第一实施方式的纵断面图，图2是图1中线A-A的截面图，图3是图1中线B-B的截面图。

本发明是一种无限自行前进方法，适于在位于公路或铁路线路38的正下方等覆盖土层厚度比较浅的位置建造横穿这些道路的隧道状的地下建筑物。

多个(3个以上)混凝土箱体1并排设置，在该箱体1之间设置有中间千斤顶2。

而且，在前面的箱体1的前端安装有盖状刀口3，设置作为牵引部件的PC钢绳4以贯通全部箱体1，在钢绳的端部设置有固定件5和牵引千斤顶6。图中39是设置在到达坑27侧的钢筋混凝土壁等制成的反作用力体。

再者，至于固定件5和牵引千斤顶6的配置，图示的例子示出了在反作用力体39侧设置固定件5、在最后端的箱体1的后端面设置牵引千斤顶6的情况，但反过来，在反力体39侧设置牵引千斤顶6且在最后端的箱体1的后端面设置固定件5也可以。

这样，经过刀口3的部分挖掘，伸长装在前面的箱体1和其后面的箱体1之间的中间千斤顶2的冲程，使每次前进一定量，如果整个箱体1前进一定量，还要从头重复同样的工作。此时，在使前头的第一个箱体1前进中，使固定件5和牵引千斤顶6不受力，将后面的箱体1的自重和覆盖土压力产生的摩擦阻力作为反作用力，使第一个箱体1和第二个箱体1之间的中间千斤顶2工作。

然后，固定件5和牵引千斤顶6固定在PC钢绳4上，牵引千斤顶6工作，使PC钢绳4张紧，以第1个箱体1和第3个箱体1为反力，通过第2个箱体1和第3个箱体1之间的中间千斤顶2使第2个箱体1前进。

以第1个箱体1和第2个箱体1为反力，驱动牵引千斤顶6，由此牵引使第3个箱体1前进。

图4示出了该中间千斤顶2的液压回路，41是中间千斤顶2的出口，42是返回口，43是液压泵，44是液压泵43的出口，45是返回口。

在连接该中间千斤顶2的出口41和液压泵43的出口44及连接返回口42和返回口15的液压管路途中形成旁通回路46，该旁通回路46上设有旁通阀47。

而且，象本发明这样将固定件和牵引千斤顶6固定在PC钢绳4上，在边使该PC钢绳4张紧边使牵引千斤顶6工作而牵引箱体1的时候，液压泵43停止工作，而且，前述旁通回路46上的旁通阀47及其它阀打开，使箱体1之间的中间千斤顶2无负载。

如果这样的话，在该旁通回路46部分，约1/3的油回到中间千斤顶2的液压缸，约1/3的油回到油箱，能够将中间千斤顶2作为减震器来利用。

其结果是，能够使从静摩擦变为动摩擦的瞬间的噪音、振动降到最小。

图5表示本发明的第2实施例，在箱体1的刀口3内设置由小千斤顶构成的栅栏板用千斤顶23，向前推压的栅栏板24安装在该栅栏板用千斤顶23上。该栅栏板用千斤顶23配置在箱体1的前端部。

使刀口3的部分进行挖掘，使固定件5和牵引千斤顶6固定在PC钢绳4上，牵引千斤顶6工作，使PC钢绳4张紧，从而牵引箱体1。

如果箱体1前进一定量，则进行刀口3的挖掘、排土，然后重复相同的工作。

而且，在经过刀口3内的挖掘后，安装前述栅栏板用千斤顶23及栅栏板24，伸长该栅栏板用千斤顶23，使栅栏板24推压开挖面，防止塌方。

在用PC钢绳4牵引箱体1时，使栅栏板用千斤顶23松弛，可将其作为减震器来利用。

再者，在前述第2实施例中，也可以作为无限自行前进施工法，其中箱体1与前述第1实施例相同，并排设置多个(3个以上)混凝土箱体，在该箱体之间配设中间千斤顶。

图6表示本发明的第3实施例，在要建造横穿公路和铁路、机场跑道及其它道路的正下方的隧道状地下建筑物时，在要进行施工的场所的前侧，形成作为出发坑的用钢管等制作栅栏25而建造成的堆料场26。

另外，在后侧形成到达坑27，从堆料场26侧向到达坑27贯通插入管体28a，并排设置该管体28a，构造围绕地下箱体埋设预定位置的管护顶壁28。

该管护顶壁28的端部成为要进行挖掘的坑口，用于切开栅栏25推进混凝土箱体1，前述堆料场26就形成于其前面。图中32是在堆料场26的后方设置的承压壁。

如图12所示，在管护顶壁28的内部，在下侧壁角处形成从堆料场26连接到到达坑27的导向坑31。

该导向坑31成为后述的箱体1的推进时的导向部分，在箱体1的装载底部浇涛埋设有H钢的混凝土，以及在侧壁浇涛埋设有H钢的壁混凝土。

在堆料场27内并排放置着第1个箱体1到第7个箱体1，在第1个箱体1的前端设有刀口3，在箱体1之间还配置有侧缘7。

从第1个箱体1到第7个箱体1并排列置在堆料场26的后方，使PC钢绳4从第5个箱体1插入贯通到第7个箱体1，在第5个箱体1的前端侧设置固定件5，在第7个箱体1的后端侧安装牵引千斤顶6。

在箱体1内配置千斤顶台33，但该千斤顶台33可如图13-15所示，在前述纵向排列的并列混凝土箱体1的内部，在底板上架设轨道8，配置通过车轮10在该轨道8上行走的台车9，在伸缩臂18的前端设置中间千斤顶2。

前述台车9是具有在车轮10内的齿轮马达11进行驱动的驱动车轮的自行台车，在该台车9的中央设有框架组架台12，在其前后设置有推进用的液压单元13a和升降滑动用液压单元13b，在侧面还设有电缆盘14。而且，在前后端安装杆状碰撞安全装置15。

在前述框架组架台12上设置利用液压缸16水平移动的水平框架的支承体17，用该支承体17支承前述上下方向的液压缸的伸缩臂18。该伸缩臂18可以从框架组架台12的上下突出，在其上下端安装并列设置有多个中间千斤顶2的水平架19。

图中20是设置在框架组架台12上部的操作盘，21是与该操作盘20相对设置的运转台，该运转台21利用其上的竖梯22升降。

再者，轨道8能在箱体1之间伸缩，图示进行了省略，但另外构成固定在各个箱体1上的轨道，在两轨道的端部在长度方向上设有形状大致一半的轨道部件，使这些大致一半形状的轨道部件在长度方向滑动自如地接合，成为一条轨道的伸缩部。

在第1个箱体1和第2个箱体1之间及第6个箱体1和第7个箱体1之间配置非前述千斤顶台33的固定式中间千斤顶34。

通过使中间千斤顶34工作，第1个箱体1前进。在该中间千斤顶34的冲程缩短的同时，千斤顶台33向第2个箱体1和第3个箱体1之间移动。

使台车9运动，该台车9跨过箱体1之间。而且，利用液压缸16使支承体17水平移动，调整中间千斤顶2的水平方向的位置，以便位于第2个箱体1和第3个箱体1之间的位置，而且，如果伸长伸缩臂18使中间千斤顶2向上方和下方移动，则该中间千斤顶2能位于第2个箱体1和第3个箱体1之间适当的位置。

在第1个箱体1的刀口3部分开始挖掘，以进行下一次推进。

在前述第2个箱体1和第3个箱体1之间伸长中间千斤顶2的冲程，使第2个箱体1前进一定量。于是，第2个箱体1的前进操作结束后，中间千斤顶2的冲程缩短，进而缩短伸缩臂18，避开箱体1间，与使台车9在第3个箱体1和第4个箱体1之间移动。同样，使第3个箱体1前进，以下同样地使第4个、第5个箱体1前进。

通过第6个箱体1和第7个箱体1之间的固定式中间千斤顶34的伸长，使第6个箱体1前进。

在接近这些第5个箱体1和第6个箱体1等最后端的箱体1的推进中，由于后续的箱体1的自重不足，通过PC钢绳4向前方箱体1传递牵引千斤顶6的反作用力，补充不足的部分。

也就是说，最后端的第7个箱体1的推进是通过使牵引千斤顶6工作、拉紧PC钢绳4，而向前方拉伸前进。此时，第6个箱体1和第7个箱体1之间的固定式的中间千斤顶34，从其伸长状态变为自由状态，随着前述第7个箱体1的推进而慢慢地缩短。

由此，固定式的中间千斤顶34用作减震器，不会有第7个箱体1突然前进而碰撞第6个箱体1所带来的破坏。

由于在最后端的箱体1的前进结束时，就完成了一次的推进(约30cm)，所以再一次进行重复操作。

于是，第1个箱体1的刀口3位于管护顶壁28的端部坑口，使该管护顶壁内部推进。此时，重新配置前述PC钢绳4，以便从第2个箱体1插入贯通到第7个箱体1。

如图7所示，如果第4个箱体1附近被推进到地基中，则在堆料场26的后方并列着第8个箱体1到第10个箱体1，作为第2个箱体组，如图8所示，其也配设了PC钢绳4、固定件5、牵引千斤顶6以及固定式中间千斤顶34这些部件。

从第8个箱体1到第10个箱体1，如果在堆料场26的后方先建造第8个箱体1，则利用支柱35及中间千斤顶36使第8个箱体1前进，在其后方建造第9个箱体1，并使其前进，在第9个箱体1的后方建造第10个箱体1。

而且，如图9所示使该第2个箱体组前进，并与最初的箱体组的最后端，也就是说第7个箱体1连接，继续进行前述的推进施工法。

在该最初的箱体组和第2个箱体组连接中，重新配置前述PC钢绳4，以便使其从第5个箱体1插入贯通到第7个箱体1。

如图1所示，当第1个箱体1的刀口3达到到达坑27时，撤走第1个箱体1和第2个箱体1之间的固定式中间千斤顶34，推压第2个箱体1的后面，使第1个箱体1和第2个箱体1连接。

如图11所示，下面，同样地消除第2个箱体1后面的前后方向的间隙，并从到达坑27侧撤走刀口3，在箱体1的外周灌浆，进行箱体1相互间的接缝防水37，在管护顶壁28的内部填充水泥浆，完成施工。

再者，作为其它的实施例的管护顶壁28，既有如图16所示的并排列置管体28a以便围绕箱体1全体的情况，也有如图17所示的在箱体1的上方并排列置横放的管体28a的情况等。

发明效果

如上所述，本发明的通过地下箱体的推进建造隧道的方法和装置，由于不必进行明挖，不会对列车运行和公路交通造成阻碍，能确保其安全性，而且，如盾构施工法不需要大型装置和设备，利用极小规模的设备就可以进行作业，而且，在挖掘的时候不需要临时护顶支架和建筑物的顶部后处理等的空间，由于也不用担心会拖拉上部砂土，  能使覆盖土层最小，即使是矩形的隧道也能不进行额外的挖掘而施工，因此能缩短工期和大幅度地节约工程费用。

而且，噪音、振动能无限地接近零，也能简单地防止牵引部件的损坏。

而且，在能使中间千斤顶的数目为需要的最小值、成本为最低的同时，能够简单地进行中间千斤顶的配置，能够实现施工作业的省力化。

除此之外，用预先并排列置管体所形成的管护顶壁围绕地下箱体埋设预定位置，如果在该管护顶壁内部推进箱体，在地表覆盖土少、地下建筑物自身断面大的情况下，也能安全地进行施工。