[0001] 本发明涉及一种挖掘隧道的方法，特别是涉及一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置。技术背景

[0002] 现在随着交通的发展，隧道的使用越来越多，如城市地铁大多数是采用挖掘隧道的方式。但是现在修建隧道时经常是先挖掘，然后在里面进行成型，这种修建方式如果碰到塌方就会使修建工作变得困难。虽然也有相关的发明解决，如中国专利局于2005.06.29公告的专利申请号200410099180.X发明名称《用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法》，该发明通过浆液一次成型，省去了二次注水泥固化浆费用，有效地控制了地面沉降，还有效地改善了含水泥砂的浆液和易性差、易堵管的技术难题。但该发明并没有从根本上避免塌方的产生。因此，现在急需一种从根本上避免塌方产生，操作方便，安全性高的可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置。

[0003] 本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种从根本上避免塌方产生，操作方便，安全性高的可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置。

[0004] 为此，本发明提供了一种可以防止塌方的隧道挖掘方法，所述方法是将预先按照隧道壁的形状及强度要求制好的管身，在动力的推动下被顶进到事先预定好的位置；在管身前面是管头；所述管头上安装顶刀，顶刀在动力的推动下可以被顶进土壤里；当顶刀被顶进土壤后，这时被顶刀包围的土壤就处在钢铁门里面，这时采用任何方式将土挖掘运走都是安全的。当顶刀里面的土被挖掘运走后，顶刀继续向前移动，这时在顶刀后面的管身在动力的推动下填补顶刀留下的空位，由于始终有管身和管刀在支撑土壤，所以土壤没有机会塌方。所述管身是由多节管节组成的；所述管节移动的动力是通过动力丝杆传递的；在管头及每个管节上都安装了与动力丝杆相配的开合螺母；当开合螺母处于开启状态时，动力丝杆处于空转状态对该管节没有推动作用，当开合螺母处于闭合状态时，动力丝杆通过开合螺母推动管头或管节向前运动。现在的隧道施工大多数是采用先开挖再成型的施工方式。虽然管道顶进机已经得到普遍的使用，但由于隧道的面积大，普通管道顶进设备的动力无法满足隧道的要求。而本发明改变了现有顶进设备的动力供给方式，通过动力丝杆和开合螺母，每次只给其中的一个管节提供动力，如果有一段隧道的长度是一千个管节的长度，用现有顶进设备需要同时给这一千个管节提供动力。但利用本发明，每次只闭合一个管节的开合螺母，那么就只需要一个管节的动力就可以推动了，使所需的动力下降了一千倍。

[0005] 本发明提供了一种可以防止塌方的隧道挖掘装置，所述装置是由管头、管节、动力传动丝杆、动力系统及开合螺母组成。所述动力传动丝杆是可以通过套接相连的，采用套接的方式可以保证所需的长度，类似钻井的套接方法。为了使本发明的使用的范围扩展，所述动力丝杆是万向连接的，采用万向节的连接方式可以使隧道转弯。同样可以在预制好的管节中安装挖掘机械。

[0006] 在本发明提供的另一种可以防止塌方的隧道挖掘装置中，所述管头由管头座和刀头组成。动力丝杆的力量也可以用于作为刀头的推动力，但当土壤环境较差时如里面有石块时，这时依靠动力丝杆的力量是不够时，在管头座与刀头之间通过液压动力系统相连。液压动力系统可以充分保证动力的需要。同样，所述刀头具有震动破碎功能可以适应更加恶劣的土壤结构。

[0007] 在本发明提供的另一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置中，所述每个管节与其后相邻的管节的外壁上安装相互套接的外罩，外罩保护在两相邻的管节之间相互移动时防止土壤掉落进来。防止土壤落进来，一方面可以防止塌方的产生，另一方面由于所有的管节之间是连续的，可以减少摩擦力。同样可以在所述每个管节与其后相邻的管节的内壁上安装相互套接的内罩，内罩保护在两相邻的管节之间相互移动时防止在运输途中的土壤掉落进来。另外，内罩可以拆卸，这样挖掘结束后可以清扫两相邻管节之间的杂物，保证隧道质量。为了保证隧道质量，在所述每个管节与其相邻的管节之间有定位装置，保证彼此之间的位置在推进过程中不会错位。可以在预制管节的边沿，特别是内沿上预制时固定金属边沿，这样，当管节到位后可以将一个管节的后沿的金属边沿与后一个管节的前沿的金属边沿焊接成整体，从而保证隧道的强度。

[0008] 在本发明提供的另一种可以防止塌方的隧道挖掘方法中，因为隧道的壁厚较厚，可以在所述的预制管件的壁厚中有空心孔，孔的方向与动力丝杆平行，动力传动丝杆或定位装置从孔位中穿过。同样如果是有轨道要求的隧道，可以在预制管件中预埋轨道固定件或固定件的接头。

[0009] 本发明提供的可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置与现有方法相比具有以下优点：

[0010] 1.可以防止塌方：由于整个挖掘过程都是在管节和管头的支撑下进行，不会塌方；

[0011] 2.挖掘效率高：现在的盾构是将土块切割粉碎后挖掘，而本发明却是直接挖掘，减少了工序，挖掘效率高；

[0012] 3.成本低：设备成本低于现在的盾构；

[0013] 4.工艺简单：直接顶进挖掘成型，无需灌浆、支撑顶盖、固化，工艺简单。

[0014] 下面通过附图描述的本发明的实施例，可以更清楚地理解本发明的构思、方法。

[0015] 附图1是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节示意图；

[0016] 附图2是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管身示意图；

[0017] 附图3是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节的外罩示意图；

[0018] 附图4是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节的内罩示意图；

[0019] 附图5是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节的定位示意图；

[0020] 附图6是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节移动过程示意图。

[0021] 参照附图1，附图1是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节示意图：管节是按照隧道形状制成的预制件，其中前隧道壁1与后隧道壁2的形状相同，两者之间形成一个隧道空洞3。将管节顶进土壤里，将管节中的土壤挖掘后就会形成一个以管节形成的隧道空间。

[0022] 参照附图2，附图2是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管身示意图：管身是由多个管节按照隧道的位置连接而成的。在图中，管身是由管节20、管节21、管节22、管节23、管节24依次首尾相连而成。由于管节是已经制好的预制件，当这些管节被依次顶进土壤后，将其中的土壤挖掘出来后就会相连构成一个隧道。

[0023] 参照附图3，附图3是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节的外罩示意图：在管节30、31、32的外壁33上分别预制外罩34、35、36和外罩止口37、38、39。管节30的外罩34与管节31的外罩止口38相配合；管节31的外罩35与管节32的外罩止口39相配合。在实际使用过程中，外罩始终保持与外罩止口相连，防止土壤中的土块掉落进入到管身中。如果在外罩边沿加橡胶密封圈效果更好.由于在管节顶进和过程中，管节的外壁始终顶住土壤，即用管节的管壁取代土壤，土壤没有掉落的机会，也就是没有塌方的机会，从而达到防止塌方的目的。

[0024] 参照附图4，附图4是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节的内罩示意图：在管节40、41、42的外壁43上分别预制内罩44、35、46和内罩止口47、48、49。管节40的内罩44与管节41的内罩止口48相配合；管节41的内罩45与管节42的内罩止口49相配合。在实际使用过程中，内罩始终保持与内罩止口相连，防止挖掘的土块在运输过程中掉落进入到管节与管节之间，防止土块堵塞管节与管节之间的移动空间，从而保证管节与管节之间地正常移动。

[0025] 参照附图5，附图5是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节的定位示意图：在管节50、51、52的壁中分别预制定位杆53、54、55和定位孔56、57、58。管节51的定位杆54与管节50的定位孔56相配合；管节52的定位杆55与管节51的定位孔57相配合。在实际使用过程中，定位杆始终保持与定位孔相连，从而保证管节与管节之间能准确地定位，按照预先设计的位置挖掘。

[0026] 参照附图6，附图6是本发明提供的一种可以防止塌方的隧道挖掘方法及装置的一个实施例的管节移动过程示意图：管节60、61、62中间留有孔道71并且相通，动力丝杆66从孔道71中穿过；在管节60上安装了开合螺母63、在管节61上安装了开合螺母72、在管节62上安装了开合螺母65。当顶刀67被顶进土壤68后，闭合管节61的开合螺母盒64里的开合螺母72时，随着动力丝杆66的转动，处于闭合状态的开合螺母72推动管节61向前移动，从而使管节61与管节60靠拢与管节62分开。但管节61与管节62在分开的过程中，管节61的外罩69始终保持与管节62的外罩止口70相连，始终没有脱离，保证土壤不会掉落到管节之间的间隙里，从而也保证了管节之间的间隙处的土壤不会塌方。当管节61与管节60紧密相连后，开启管节61的开合螺母72，闭合管节62的开合螺母65；此时由于管节60、61的开合螺母63、72处于开启状态，所以动力丝杆66的旋转与开合螺母63、72之间处于空转，不会对管节60、61产生推力。但由于开合螺母65处于闭合状态，所以动力丝杆66的旋转会对管节62产生推力，推动管节62向管节61移动靠拢。依次开启或闭合不同管节上的开合螺母就会使不同的管节向前或停止，如果每次只推动一个管节向前运动，所需要的动力就只是一个管节的推动力，从而大大地减小了动力要求。当管刀每次顶进土壤后，再从管刀下面将土块取走，由于取走土块时上面有管刀的保护，所以始终处于安全状态，不会出现塌方现象。

[0027] 上面所述实施例是对本发明进行说明，并非对本发明进行限定。本发明要求保护的构思、方法和范围，都记载在本发明的权利要求书中。