CN1005494B - 盾构式隧道掘进机 - Google Patents

Abstract

一种盾构掘进机，用隔板在盾构圆筒的前部隔出一间泥土室；由一台马达驱动的旋转切削器支承在旋转轴上，在泥土室前旋转，该切削器的前面固定着多个切削钻头，其背面固定着平行于旋转轴的搅拌翼；泥土室制成的泥土在隔板的背后排出。特征是，旋转轴上还装着由另一台马达驱动的一对伞齿轮中的一个，而另一个伞齿轮上连接着垂直于驱动轴旋转的辅助搅拌杆，其上固定着多个平行于旋转轴的辅助搅拌翼，因此，旋转切削器在泥土室的外圆和内圆处的线速度相差较大时，整个泥土室内也能得到较强而均匀的搅拌力。

Description

盾构式隧道掘进机

本发明关于采用盾构圆筒的盾构式隧道掘进机。更详细地说，它是在盾构圆筒的前段隔出的泥土室中提高挖出来的砂土的粘度，使其成为可直接运输的泥土而从泥土室排出。另一方面，用这泥土的压力，防止工作面（即隧道挖掘面）的崩坏，特别是进一步提高泥土室的制泥作用。

盾构式掘进法即在一般松软地层上所采用的施工方法之一。所谓盾构式掘进法，即为一面把确保地下的作业空间的钢制盾构圆筒推进，一面将钢制圆筒的前部插入地下的土层，一面向工作面一隧道面挖掘。与此同时，由于上述盾构圆筒的推进，就在圆筒背后形成确保表层（不埸）的隧道圆周面，之所以能确保这表层，是因为事先把排列成环形的弧形的衬砌块，重迭地装在盾构圆筒的后端上，相互连接起来而实现的。又由于上述盾构圆筒的推进和对表层的确保是连续进行的，所以，能在松软地层等处筑成隧道。

为便于理解本发明，下面按图1和图2详细说明构成本发明思想基础的先有技术。图1和图2所示的挖掘机，具有向地下土层推进的盾构圆筒a，油马达b，若驱动油马达b，旋转切削器c则旋转，切削钻头d碰在工作面上钻削砂土。在油马达b驱动的同时，从注入管e向泥土室f提供制泥材料，由于切削钻头d的钻削，送入泥土室f的砂土和制泥材料，由搅拌翼g混合搅拌。此时，在泥土室f里经充分搅拌的砂土及制泥材料所形成的泥土，具有适宜的塑性流动性和不透水性。并由于泥土室f以及传送泥土室f内的泥土的传送圆筒h内充满了的泥土和螺旋输送带i，保持了土压，以免工作面的崩坏，并抗住地下水压。泥土室f内的泥土压由附设在隔板j上的土压计k监控，当测出必须增大耐压能力，以防工作面崩坏及抗地下水压时，就减慢传送圆筒h内的螺旋输送器i的转速，或者增加推进盾构圆筒的千斤顶1的推进速度，以增大耐压能力。

更由于螺旋输送器i持续旋转，在泥土逐渐由泥土室f送至传送圆筒h内的过程中，形成适宜的粘度，进入传送圆筒h内的泥土，由螺旋输送器i送到后部的排出口m，从排出口m掉落到皮带输送器n上的料斗o中。实际上，由皮带输送器n送出的泥土，其含水量与地下土层的自然含水量相同，无需脱水处理，就可直接运输。此时，实际上在整个前面都敞开着的泥土室f内的泥土压力加在工作面上，能防止工作面崩坏，同时也可抗住地下水压。并且，由于泥土室f及传送圆筒h内充满了无间隙而不透水的泥土，可靠地阻止了地下水流入盾构圆筒a内。接着，由盾构千斤顶1把盾构圆筒a向前驱动，同预先重迭地装在盾构圆筒a的后端的扇形衬砌块p，来确保盾构圆筒a后面的隧道表层，并使隧道不断延长。

在图1和图2的结构中，当挖掘并建筑的隧道直径较小时，可得到满意的结果，但随着隧道直径的增大，盾构圆筒的直径也增大时，在旋转切削器c的半径方向上，外圆周和内圆周的线速度不同，所以在泥土室f内，其内圆周和外圆周上，由搅拌翼g所产生的搅拌力出现偏差，泥土室f内也就不能形成均质的泥土。进而，整个泥土室f的土压就不均匀，整个工作面就不能保证土压均匀，也就产生工作面崩坏、不能保证操作者安全的问题。

本发明的目的在提供解决上述问题的盾构式隧道挖掘机，即在上述那种泥土室内，大幅减少搅拌力的偏差，使整个泥土室可得到均匀的搅拌力，形成均质的泥土，确切防止工作面崩坏，充分保证操作者安全。

根据本发明上述目的是通过本发明的盾构式隧道挖掘机来实现的，这种挖掘机具有：用隔板在盾构圆筒的前部隔出泥土室，旋转切削器设在泥土室的前面，由一台马达带动旋转，旋转切削器的前面装有很多切削钻头，同时背面上固定着多个筋翼，筋翼上具有多个平行于盾构圆筒轴线的搅拌翼;旋转轴可旋转地支承在盾构圆筒的中心，贯穿隔板而延伸，同时又连接在旋转切削器上;在旋转切削器掘出的砂土里，至少在隔板前可供入制泥材料，并在泥土室内制成泥土，这泥土可以泥土室排出;其特征是，在这盾构式隧道掘进机中，备有由另一台马达驱动的一对伞齿轮，其中一个伞齿轮装在旋转轴上，另一个伞齿轮上连接着辅助搅拌杆，辅助搅拌杆上固定着多个以垂直于旋转轴的轴线为中心旋转的辅助搅拌翼，而搅拌翼平行于旋转轴，它们在旋转切削器的背后转动。

以下按附图说明本发明，不过本发明并不局限于这些实例，它包括权利要求书中所述的范围内的各种改型。

本说明书中使用的术语“制泥材料”，如膨胀润土溶液或砂等液体或颗粒状的材料，即把它们混入挖出来的砂土中，以形成高粘度的且具有塑性流动性及不透水等特点的泥土。

术语“塑性流动性”指粘度比混水砂土高，并呈半硬化状态，即粘土状，具有易变容性及适宜的移动性。

术语“不透水性”，即因在砂土里混入制泥剂，而具有近于粘土的高密度，使水的流通性降低到可忽略的程度。

术语“泥土”即将制泥剂和砂土混和搅拌，具有塑性流动性和不透水性，并具有足够的压力，抗住工作面崩坏的压力以及从地下土层涌出的地下水压，从取出口其含水量大大减少，可直接运输的土混合物。

图1是先有的盾构式隧道挖掘机断面图;

图2是图1的平面图;

图3是本发明盾构式隧道挖掘机一个实例的部分放大断面图;

图4是图3的正视图;

图5是图3的A-A剖面图;

图6是本发明盾构式隧道挖掘机的另一实例的部分放大断面图;

图7是图6的正视图。

图3至图5所示，为应用本发明的盾构式隧道挖掘机的实例之一，钢制盾构圆筒10具有较大直径，在其前部用隔板11隔出泥土室12。环形外圆框架13固定在隔板11背面的外圆部分上，在外圆框架13上装有主驱动马达14，其输出齿轮15装在外圆框架13内。齿轮15和齿轮17啮合，齿轮17位于圆筒形传动体16上，圆筒形传动体16和齿轮15一样，都装在外圆框架13内，通过轴18，圆筒形传动体16可在外圆框架13内，按盾构圆筒10的轴线转动。圆筒形传动体16的端头伸入隔板11上的环形沟槽19内，而环形沟槽19内又有密封件20，所以圆筒形传动体16虽能转动，但不破坏密封。并且，圆筒形传动体的端头在泥土室12内，与多个旋转支承体21连接，旋转支承体21位于离盾圆筒10的中心线较远的外圆部分。该旋转支承体21在泥土室12内，在盾构圆筒10的轴线方向上向前伸出，其头端与旋转切削器22连接，旋转切削器22位于泥土室12的开口上。旋转切削器本身具有处于中心的轴套23和在轴套23上向半径方向延伸的多个切削器筋翼24。较大的中心切削钻头25固定在轴套23的前面，在各个切削器筋翼24上，设有多个切削钻头26，各个切削器筋翼24的切削钻头26，在圆周方向上的排列并不是整齐的，而是错开适当的距离。在各个切削器筋翼24的背面，还固定着长搅拌翼27或短搅拌翼28，它们在泥土室12内沿着盾构圆筒10的轴线方向向后伸出。在图示实例中，8个切削筋翼24上，每隔一个筋翼上固定长搅拌翼27，另外4个筋翼（即也是隔一个筋翼）上固定短搅拌翼28，图3实际上是一个断面，本应表示长短搅拌翼中的一种，即27或28中的一种，但为说明方便起见，将长短两种搅拌翼27、28都表示在一个断面上了。

另外，在隔板11的背面，其内圆部分上，固定着内圆框架29，旋转轴30位于盾构圆筒10的中心线上，穿过内圆框架29和隔板11中心的轴承31，向前伸出，连接在旋转切削器22的轴套23上。旋转套管32套在旋转轴30上，它穿过隔板11，阻止旋转轴30的轴向移动但允许轴30自由旋转。旋转套管32上装着从动齿轮33和伞齿轮35，从动齿轮33位于内圆框架29内，伞齿轮35位于泥土室12内的齿轮箱34内。从动齿轮33和齿轮37啮合，齿轮37是辅助马达36的输出齿轮，辅助马达36装在内圆框架29的外面。

另一方面，齿轮箱34能与旋转轴30一起旋转地连接着，密封件38的设置保证了齿轮箱34对隔板11的密封，而又可转动。还有，伞齿轮35和另一伞齿轮39啮合，伞齿轮39上并固定有辅助搅拌杆40，辅助搅拌杆40处于切削器筋翼24的背后，切削器筋翼24上固定着短搅拌翼28，辅助搅拌杆40通过密封件41，密封地贯穿齿轮箱34，并穿过旋转支承体21，在半径方向延伸出去。在辅助搅拌杆40上，还固定着辅助搅拌翼42和43，它们在盾构圆筒10的中心线方向上，向前后延伸。辅助搅拌翼42和43的排列，能保证其旋转时与短搅拌翼28错开。

在旋转切削器22和旋转轴30内，设有把中心切削钻头25近处的开口44，和切削器筋翼24外端附近的开口45连通的制泥材料的供给道46，并在旋转轴30的后端，用旋转接头47和制泥供给管48连接。

在隔板11的下部，连接有传输圆筒50，传输圆筒50内装有螺旋输送器49，这和图1、图2所示的先有技术相同，它们的结构实质上也和图1、图2所示的先有技术相同。

在图3至图5所示的实例中，主驱动马达14启动，通过输出齿轮15和齿轮17，圆筒形传动体16、旋转支承体21和旋转切削器22，以圆筒10的轴线为中心转动，中心切削钻头25和多个切削钻头26便进行挖掘。还有，从制泥供给管48供给制泥材料的话，经制泥材料供给道46，向来自开口44和45的挖出的砂土中供入制泥材料，在泥土室12里，由长、短搅拌翼27和28进行搅拌。

另一方面，辅助马达36和主驱动马达14同时启动的话，通过输出齿轮37和从动齿轮33，使旋转套管32、一对伞齿轮35和39以及辅助搅拌杆40旋转。此时，辅助搅拌杆40通过伞齿轮35和39，以垂直于旋转轴30的轴线为中心旋转，所以，设在辅助搅拌杆40上的辅助搅拌翼42和43，在平行于旋转轴30的方向上平滑转动，不会与短搅拌翼28冲突。

因此，长短搅拌翼27和28的搅拌方向和辅助搅拌翼42与43的搅拌方向成直角，用长、短和辅助搅拌翼27、28、42、43，在泥土室里给包含砂土的制泥材料以较强的搅拌力，在整个泥土室进行均匀地搅拌，形成均质的泥土。

图6和图7表示应用本发明的盾构式隧道挖掘机其它实例。这些图中，与上述图3至图5实例中相同的部件或类似部件，以图3至图5中的序号加100表示。另一方面，本实例中，旋转切削器122的筋翼分为外圆筋翼124a和内圆筋翼124b，分别在多个外圆、内圆筋翼124a和124b上固定着多个切削钻头126a和126b并和上述实例一样，在各个筋翼124a和124b的背面，每隔一个筋翼，设置长或短搅拌翼127和128a、128b。还有，各个外圆筋翼124a，通过旋转传动体121，连接在圆筒形传动体116上，圆筒形传动体116由装在框架113a上的第一马达114a带动，因此，外圆筋翼124a由第一马达114a带动。旋转轴130通过轴套123，连接在内圆筋翼124b上，从动齿轮133a由装在框架113a上的第二马达136a驱动，被直接固定。因此，内圆筋翼124b与外圆筋翼124a相对独立，由第二马达136a驱动。还有一个伞齿轮135a也直接固定在旋转转轴130上，因此，和图3至图5的实例相同，搅拌杆140和辅助搅拌翼142、143以垂直于旋转轴130的轴线为中心旋转。

但在本实例中，如第二马达136a的驱动速度高于第一马达114a时，内圆筋翼124b比外圆筋翼124a的转速高，泥土室112内的外圆处与内圆处，旋转切削器122的线速度即使不同，也能以此补足，因此，在整个泥土室122内搅拌力就更均匀。本实例中，其他结构及动作、作用、实质上都与图3至图5的实例相同。

如上所述，由于加大盾构圆筒的直径，当泥土室外圆处和内圆处的旋转切削器的线速度差异大时，整个泥土室也能得到均匀而强大的搅拌力，从而整个泥土室充满均质的泥土，故可有效地抗住工作面崩坏压分及地下水压。因此能有效地防止工作面崩坏，进而能确保操作者安全。

Claims (4)

1、一种盾构式隧道掘进机，用隔板在盾构圆筒的前部隔出泥土室，旋转切削器设在泥土室的前面，由一台马达带动旋转，旋转切削器的前面装有多个切削钻头，同时背面上固定着较多筋翼，筋翼上具有很多平行于盾构圆筒轴线的搅拌翼;旋转轴能旋转地支承在盾构圆筒的中心，贯穿隔板而延伸，同时又连接在旋转切削器上;在旋转切削器开掘出的砂土，被布置成至少在隔板前能供入制泥材料，并能把在泥土室内制成的泥土，从泥土室排出;本发明的特征是，备有一对由另一台马达驱动的伞齿轮，其中一个伞齿轮装在旋转轴上，另一个伞齿轮上连接着辅助搅拌杆，辅助搅拌杆上固定着多个平行于旋转轴的辅助搅拌翼，辅助搅拌翼能以垂直于旋转轴的轴线为中心，在旋转切削器的背面转动，在供给制泥材料的装置里，具有制泥材料供给管，连通着旋转切削器前面敞开的开口，并连通切削器筋翼和旋转轴内的制泥材料的供给道。

2、如权利要求1中的盾构式隧道掘进机，其特征为，旋转轴上装有旋转轴套，它穿过隔板，并可旋转;在旋转轴套上，固定着由隔板背后的马达传动的从动齿轮，并装有一对伞齿轮中的一个位于隔板的前部的伞齿轮。

3、如权利要求1中的盾构式隧道掘进机，其特征为，在旋转切削器的多个筋翼的背面，每隔一个筋翼上装着短搅拌翼，在装着短搅拌翼的筋翼的背后，固定着辅助搅拌杆。

4、如权利要求1中的盾构式隧道掘进机，其特征为，在旋转切削器上，装有独立的多个外圆筋翼和多个内圆筋翼，外圆筋翼由一台马达传动;在隔板的背后，旋转轴上装着由另一台马达传动的从动齿轮，在隔板的前面，旋转轴上装着一对伞齿轮中的另一个伞齿轮。

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