CN100519989C - 复合式平衡盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种复合式平衡盾构机，包括盾构机壳，机壳前部的刀盘，刀盘后部的土仓，用于输送切削土的螺旋输送机和均布在盾构壳体四周的推进油缸，其特征在于，刀盘上同时设置撕裂刀和切削刀，其中切削刀的刀锋略靠撕裂刀之后；土仓的后壁面上设置有多个注浆孔；以及在土仓后部安装有气压平衡设备。螺旋输送机设置两道闸门，第一道为液压闸门，第二道为手动闸门。盾构壳体四周均布着推进油缸，沿盾构壳体圆周共布置了26台推进油缸。盾尾设有三道钢丝盾尾密封刷，其中最后一道可以进行拆除更换，在三道钢丝刷之间充填满盾尾油脂。另外，盾尾也可采用聚胺脂等材料进行止水密封后，将最后一道盾尾钢丝刷可替换成Y型橡胶密封刷达到止水效果。

Description

复合式平衡盾构机

技术领域

本发明涉及一种盾构机，尤其是指一种复合式平衡盾构机。

背景技术

采用盾构掘进方式进行施工时，一般要考虑地质情况，盾构的外径、隧道的长度、工程施工程序、劳动力情况等，对盾构机进行选型。根据地质条件选择盾构机类型，对砂质土类自立性能差的地层，应尽量使用密封型的盾构施工，若为地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑泥水平衡盾构机；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构机。但在渗透系数大于10^-2cm/s的卵、砾石层或遇到大的障碍物时泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机均不太适合。

发明内容

本发明的目的是提供一种其适合用于高渗透土层掘进的复合式平衡盾构机，同时也适用于去除大的障碍物。

为达成上述目的，本发明的技术方案在于提供一种复合式平衡盾构机，包括盾构机壳，机壳前部的刀盘，刀盘后部的土仓，用于输送切削土的螺旋输送机和均布在盾构壳体四周的推进油缸，刀盘上同时设置撕裂刀和切削刀，其中切削刀的刀锋略靠撕裂刀之后；土仓的后壁面上设置有多个注浆孔；以及在土仓后部安装有气压平衡设备；

土仓的下部为出土口，螺旋输送机的底端位于出土口中。螺旋输送机设置两道闸门，第一道为液压闸门，第二道为手动闸门；

气压平衡设备与土仓面板上的进气口和出气口连通；

土仓的面板上设置有人行闸供操作人员进入开挖面处理；

其特点是，盾尾设有三道钢丝盾尾密封刷，其中最后一道可以进行拆除更换，在三道钢丝刷之间充填满盾尾油脂。

上述沿盾构壳体圆周共布置了26台推进油缸，推进油缸有两种行程，上部7台长行程推进油缸，其行程为2000mm，下部19台为短行程推进油缸，其行程为1150mm。每台推进油缸的推力为1200kN。

根据另一实施方式，盾尾采用聚胺脂等材料进行止水密封后，最后一道盾尾钢丝刷可替换成Y型橡胶密封刷达到止水效果。

根据上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、盾构机在刀盘的设计上增加了撕裂刀。遇到硬层时，先用撕裂刀先破碎块石，这样就能保护切削刀不受损坏，从而使切削刀在其他土层中发挥有效的作用。

2、在盾构机前布置若干个注浆孔，使盾构在穿越卵石层以及渗透系数为10-1cm/s的土层中，用浓泥浆或水泥浆注入到前面的土层中，一方面改善土层中卵石土的流塑性能，使之能有效地从螺旋输送机排出，另一方面使盾构在穿越该土层时使掘进面土体保持稳定。

3、螺旋输送机上设置两道闸门，当盾构在穿越含水率高的土层时如果一道闸门发生故障，备用闸门可安全工作。

4、在该土压平衡盾构机上同时安装了气压平衡设备，在遇到地层中不能破碎的大块径块石，可由人工处理。

5、在盾尾设计时采用了三道钢丝盾尾密封刷，且靠内侧的一道可以进行更换。当在20m以上水头高差压力下掘进时钢丝刷作为盾尾密封是不理想的，此时，可在盾尾采用聚胺脂等材料进行止水密封后，第三道盾尾钢丝刷改为Y型橡胶密封刷来达到止水效果。

附图说明

图1为本发明的复合式平衡盾构机的剖面示意图。

图2为图1的A向视图。

图3为图1的“B-B”剖面图。

图4为图1的“C-C”剖面图。

图5为图1的D向剖面图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的复合式平衡盾构机包括一盾构壳体1，盾构壳体1前端为刀盘2。在刀盘2上同时设置撕裂刀21和切削刀22，其中切削刀22的刀锋略靠撕裂刀21之后。撕裂刀21主要针对未风化块石，如未风化凝灰岩，通过挤压和自身滚动，来破碎较硬块石。遇到软土层，撕裂刀21失去作用，此时依靠切削刀22，在刀盘2的转动下，切削软土。实际的盾构掘进过程是这两种刀的组合。

参看图1和图3，刀盘2后部为土仓3，土仓3下部设置出土口31，刀盘2切削下来的土进入土仓3中。螺旋输送机4的底端位于出土口31中，用于将土仓3内的土输送到皮带运输机7上，然后输送到弃土车上。在土仓3的后壁面上设置有多个注浆孔32，用于注入浓泥浆或水泥浆到前面的土层中。

当盾构进入硬土，因土层自立性好，土仓3不应有压力存在以减小刀盘2的扭矩。此时为顺利出土，可通过注浆孔32适当向土仓3中加一定量稠粘土，使硬岩土易通过螺旋输送机4送上皮带运输机7出土。而当盾构进入软土，包括砂层土时，盾构土仓需有一定压力，可人为设定，来平衡正面土体静止土压力达到土压平衡，此时土仓中软土层在一定压力下向螺旋输送器4进行出土。为防止全断面砂层在一定压力下向螺旋机4出土口31喷发，也需向土仓3内压注一定量的粘土，保持土仓粘土达10％以上，产生土塞，防止喷发事故。

参看图1和图5，螺旋输送机4上设置两道闸门，其中前一道闸门为液压闸门41，后一道闸门为手动闸门42。当盾构穿越含水率高的土层时如果一道闸门发生故障，备用闸门可安全工作。

参看图3及图5，土仓3后部安装有气压平衡设备5，该气压平衡设备5与土仓面板上的进气口51和出气口52连通。施工中配合现场的空压机，给予土仓一定的压力。根据掘进的实际情况调节气压，如果气压太低，起不到平衡水压力的作用，气压过高，则有可能击穿覆盖层。

在一个实施方式中，为减小刀盘扭矩，防止正面塌方及螺旋机喷砂，气压力一般控制在0.3Mpa左右(考虑地下水位和土仓内气压损失)，在掘进前，先通气大约30分钟到1个小时为佳，将水逼到正面土体以外，然后再顶进。掘进时，应先加气压，后出土。螺旋机中的土不能出空，否则气会从螺旋机漏出，气压力就不起作用。

在土仓3的面板上设置有人行闸，当开挖面出现有未知障碍物(如基础、桩等)或出现意外情况时，操作人员可以进入开挖面处理。

如图1及图4所示，在盾构壳体1四周均布着推进油缸6，且油缸伸出端头部安装的撑靴61可将推进力均匀地传递到管片(未标号)上，保证盾构平衡推进。根据本发明的一个实施例，沿盾构圆周共布置了26台推进油缸6，每台推进油缸6的推力为1200kN，盾构总推力为312000kN，这是盾构往前推进的动力。为适应最后一块封顶块全纵向插入式管片的需要，推进油缸6有两种行程，上部7台长行程推进油缸6，其行程为2000mm，下部19台为短行程推进油缸6，其行程为1150mm。

盾尾设有三道钢丝盾尾密封刷8，其中最后一道可以进行拆除更换。在三道钢丝刷之间充填满盾尾油脂，以使达到堵泥浆目的。在盾构推进过程中，利用盾尾油脂泵(未显示)可以不断地补充盾尾油脂而保证盾尾密封的可靠性。

在另一实施方式中，当在20m以上水头高差压力下掘进时，钢丝刷作为盾尾密封是不理想的，此时，可在盾尾采用聚胺脂等材料进行止水密封后，第三道盾尾钢丝刷改为Y型橡胶密封刷来达到止水效果。

Claims (4)

1.一种复合式平衡盾构机，包括盾构机壳(1)，机壳(1)前部的刀盘(2)，刀盘(2)后部的土仓(3)，用于输送切削土的螺旋输送机(4)和均布在盾构壳体(1)四周的推进油缸(6)，刀盘(2)上同时设置撕裂刀(21)和切削刀(22)，其中切削刀(22)的刀锋略靠撕裂刀(21)之后；土仓(3)的后壁面上设置有多个注浆孔(32)；以及在土仓(3)后部安装有气压平衡设备(5)，土仓(3)的下部为出土口(31)，所述螺旋输送机(4)的底端位于出土口(31)中，螺旋输送机(4)设置两道闸门，第一道为液压闸门(41)，第二道为手动闸门(42)，所述气压平衡设备(5)与土仓面板上的进气口(51)和出气口(52)连通，在土仓(3)的面板上设置有人行闸供操作人员进入开挖面处理，其特征在于，盾尾设有三道钢丝盾尾密封刷(8)，其中最后一道可以进行拆除更换，在三道钢丝刷之间充填满盾尾油脂。

2.如权利要求1所述的复合式平衡盾构机，其特征在于，盾尾采用聚胺脂材料进行止水密封后，最后一道盾尾钢丝刷可替换成Y型橡胶密封刷达到止水效果。

3 如权利要求1所述的复合式平衡盾构机，特征在于，沿盾构圆周共布置了26台推进油缸(6)，推进油缸(6)有两种行程，上部7台长行程推进油缸(6)，其行程为2000mm，下部19台为短行程推进油缸(6)，其行程为1150mm。

4.如权利要求3所述的复合式平衡盾构机，其特征在于，每台推进油缸(6)的推力为1200kN。

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