CN101761342B

CN101761342B - 自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件

Info

Publication number: CN101761342B
Application number: CN2009102444326A
Authority: CN
Inventors: 卢清国
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: CN101761342A

Abstract

本发明是一种自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，属于非开挖地下管道铺设施工领域。本发明在掘进机每节筒体的外周都加工有结构相同的环形槽，每个环形槽内都布置有结构相同的增阻环。增阻环由增阻部件沿筒体圆周搭接而成，增阻部件包括一底板、固定在底板侧面的搭接板和固定在底板表面的增阻块，在底板的一端固定有轴，在筒体外壁的环形槽内固定有挂钩，增阻部件的轴放置在挂钩内并能够在挂钩内转动，每环增阻装置的各增阻部件之间通过底板和搭接板之间进行搭接，在增阻环和筒体之间布置有撑起装置。本发明不但可以使自行走掘进机实现在土中长距离行走掘进的功能，还可配合其实现现在需求旺盛的非开挖技术中所没有的曲线转弯功能。

Description

自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件

技术领域

本发明涉及一种自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，属于非开挖地下管道铺设施工领域。

背景技术

目前应用广泛的非开挖施工技术，诸如盾构法和顶管法，已经暴露出了一些局限和不足，例如推进长度的限制和转弯灵活性等问题，这些局限使得城市地下管网建设和地下空间开发越发困难。自行走式隧管道施工技术及相应的掘进设备的出现，便克服了这些困难。

隧管道掘进机自行走的原理是利用设置在掘进机外部周向的多圈增阻块向周围土体撑紧并嵌入土体中。多圈增阻块与土体的相互作用结果提供了机体前进推力所需的轴向反力，成为一种全新的不同于目前顶管和盾构施工技术的可在土中空间急曲线自行走隧管道施工技术。但是目前国内外尚没有关于增阻块的理论研究和实践成果。

该项新技术的发明，将变目前隧道顶管施工过程中，对管道前进起阻碍作用的管与土之间的摩擦力，为积极发挥与利用的顶进反作用力，并可实现土中急曲线自驱动式行走；变目前盾构施工过程中，依赖已安装的盾构衬砌管片提供反力，为由土体与掘进机管体外周人为的增阻力提供反力。因此具有地下长距离和小半径曲线的施工特点。其发展前景是在配以自动控制和现有成熟应用的刀盘掘进出土技术后，成为一种新型的土体中地下机器人式隧道掘进机。

该增阻块的形式是在掘进机每节筒体外周布置K(K≥1)环，每环布置M(M≥1)块增阻部件，每块增阻部件上布置有N(N≥1)块增阻块。同时在增阻部件与筒体之间布置块数≥增阻部件环数的撑起装置，撑起装置的撑起方法包括气压、液压、千斤顶、机械方法，将各环增阻部件分别或同时撑起，与周围土体紧密接触，为掘进机前行提供必需的反力。其缺陷是不适用于淤泥性土质。

发明内容

本发明提供一种自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，它增加了掘进机与土体之间的阻力，从而为隧管道掘进技术提供掘进机前行所需的支撑反力。该形式是在掘进机每节筒体外周布置N(N≥1)环，每环布置若干块增阻部件(根据掘进机筒壁直径大小和增阻部件的形状大小决定每环增阻部件数目)，每块增阻部件上布置有N块增阻块，增阻块的形状可为多边形、圆形、颗粒状、楔形、柱状。同时在增阻部件与筒体之间布置环数同增阻部件环数相同的撑起装置，包括气压、液压、千斤顶的方法，将各环增阻部件分别或同时撑起(撑起的增阻环形式可为整体形和分体形)，与周围土体紧密接触，为掘进机前行提供必需的反力。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：在掘进机每节筒体外周都加工有K个结构相同的环形槽，所述K的取值范围大于等于1，在每个环形槽内都布置有结构相同的增阻环。增阻环由增阻部件沿筒体圆周搭接而成，增阻部件包括一底板、固定在底板侧面的搭接板、固定在底板表面的增阻块，在底板的一端固定有轴，在筒体外壁的环形槽内固定有挂钩，增阻部件的轴放置在挂钩内并能够在挂钩内转动，轴的转动能够带动增阻部件沿筒体的径向向外作转动，每环增阻装置的各增阻部件之间通过底板和搭接板之间进行搭接，在增阻环和筒体之间布置有撑起装置。

所述的增阻块的形状为多边形、圆形、颗粒状、楔形或柱状。

所述的环形槽在掘进机轴线上布置有K环，K的取值范围大于等于1。

所述的搭接板的材料为橡胶或聚氨酯。

每环布置M(M≥1)块增阻部件(根据掘进机筒壁直径大小和增阻部件的形状大小决定每环增阻部件数目)。

增阻环和筒体之间布置有气压装置，所述的气压装置为N(N≥1)个弧形带，通过对带内进行充排气(或液)体来控制增阻环的运动；也可以在每个增阻部件和筒体之间布置N(N≥1)个液压装置或千斤顶装置，进而使增阻块与周围土体紧密接触。

根据本发明的技术方案，采用增阻部件后的自行走掘进机，其自行走机理为：在切入土层的掘进机上，向筒体外侧圆周上的撑起装置施加液体或气体压力或机械力后顶起增阻部件，使增阻部件与土层紧密接触形成顶进反作用力，同时通过掘进机内部液压缸组的推力，共同推进掘进机在土层中向前推进，其步骤依次如下：

1)向位于掘进机中节2和后节3上的各套撑起装置4内施加液体或气体压力或机械力，或只向后节3上的各套撑起装置4内施加液体或气体压力或机械力，使增阻部件5与土层7挤紧；

2)向联结前节1和中节2的液压缸组供压，推动掘进机前节1向前切入土层7；

3)卸除前节1与中节2联结的液压缸组的顶进推力；

4)放松中节2与土层7的各套撑起装置内的压力，使增阻部件5与土层7的接触放松；

5)加大前节1与中节2联结的液压缸组的拉力，同时增加中节2与后节3联结的液压缸组的顶进推力，使中节2向前运动；

6)向中节2周边上的各套撑起装置4内施加液体或气体压力，使增阻部件5与土体7挤紧；

7)卸除中节2与后节3联结液压缸组的顶进推力；

8)放松后节3与土层7的各套撑起装置4的压力，使增阻部件5与土层7的接触放松；

9)加大中节2与后节3联结的液压缸组的拉力，使后节3向前运动，构成一次顶进距离；

10)重复上述步骤，使掘进机在土层7中自行驱动前进，配合传统挖土方法，在土层7中形成一条通道13。

本发明所提供的掘进机筒体外周的增阻部件，具有如下优点：

1)此发明制作工艺简单，推广应用较易，不但可以使自行走掘进机实现在土中长距离行走掘进的功能，还可配合其实现现在需求旺盛的非开挖技术中所没有的曲线转弯功能，从而为隧管道建设带来显著的经济和社会效益；

2)依靠气压、液压或机械等方法实现增阻部件的撑起，使得施工方法具有便捷、高效等优点，给施工带来安全、快捷，为新型自行走式隧管道掘进技术的推广应用提供强有力的支撑和保障。

附图说明

图1是增阻块轴侧立体结构图；

图2是增阻块平面结构图；

图3是增阻块立面剖面结构图；

图4是装配有增阻块的掘进机筒体横断面剖面结构图；

图5是装配有增阻块的掘进机筒体纵断面剖面结构图；

图中：1、掘进机前节；2、掘进机中节；3、掘进机后节；4、撑起装置；5、增阻部件；6、液压缸组；7、土层；8、增阻块；9、搭接板；10、转轴；11、筒体；12、挂钩；13、通道；Z向为掘进机的前进方向。

具体实施方式

下面结合附图1～图5对本发明作进一步说明：

本实施例以掘进机设置3节筒体，其中中节和后节分别加工3个环形槽(环形槽的个数可以根据掘进机筒壁直径大小和增阻块的形状大小决定每环增阻块数目)，每个环形槽内安装一个增阻装置，每个增阻装置由14块增阻部件沿筒体圆周搭接而成。每个增阻部件都包括一底板、固定在底板侧面的搭接板9、焊接在底板表面的增阻块8，在底板的一端固定有轴，在筒体外壁的环形槽内固定有挂钩12，增阻部件的轴放置在挂钩12内并能够在挂钩内转动，轴的转动能够带动增阻部件5沿筒体的径向向外作转动。

增阻块的形状可为多边形、圆形、颗粒状、楔形、柱状，可以采用均匀和不均匀两种布置方式。

采用每个增阻部件的底板压住相邻一边的增阻部件的搭接板的形式，组成整体增阻环。

每个增阻环的各增阻部件之间通过底板和搭接板之间进行搭接，搭接板的材料可以为橡胶或聚氨酯。在增阻环和筒体之间布置有撑起装置。撑起装置包括气压装置、液压装置和机械装置。其中气压装置为在增阻环和筒体之间布置一环形带，通过对带内进行充排气来控制增阻环的运动，进而时增阻块与周围土体紧密接触。也可以在每个增阻部件和筒体之间布置一个液压装置，可以为油压千斤顶等，当其中的一个油压千斤顶启动撑起一个增阻部件时，在搭接板的带动下所有的增阻部件会一起运动，也可以所有的油压千斤顶一起启动。

本实施例的制作方法如下：

1)先按图示形式制作增阻块，铣削增阻部件5、增阻块8、转轴10，粘贴搭接板9，在筒体外周每环增阻部件的位置上，安装撑起装置，然后在筒体外周撑起装置的外侧预留出来的增阻块凹槽中，放置第一块增阻部件5，使增阻块的转轴10套在筒壁外周预留的挂钩12上，第二件增阻部件搭接在第一块增阻部件5的搭接板上，同时使增阻部件的转轴10套在筒壁外周预留的挂钩12上。重复上述步骤，依次完成每节各环增阻部件的搭接和装配；

2)向位于掘进机中节2和后节3上的各套撑起装置4内施加液体或气体压力，使增阻部件5与土层7挤紧，给联结前节1和中节2的液压缸组6供压，推动掘进机前节1向前切入土层7；卸除前节1与中节2联结的液压缸组6的顶进推力，放松中节2与土层7的各套撑起装置内的压力，使增阻部件5与土层7的接触放松；加大前节1与中节2联结的液压缸组6的拉力，同时增加中节2与后节3联结的液压缸组的顶进推力，使中节2向前运动；向中节2周边上的各套撑起装置4内施加液体或气体压力，使增阻部件5与土体7挤紧；卸除中节2与后节3联结液压缸组6的顶进推力，放松后节3与土层7的各套撑起装置4的压力，使增阻部件5与土层7的接触放松；加大中节2与后节3联结的液压缸组6的拉力，使后节3向前运动，构成一次顶进距离；重复上述步骤，使掘进机在土层7中自行驱动前进，配合传统挖土方法，在土层7中形成一条通道13。

Claims

1.自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，其特征在于：在掘进机每节筒体的外周都加工有结构相同的环形槽，在每个环形槽内都布置有结构相同的增阻环；所述的增阻环由增阻部件沿筒体圆周搭接而成，所述的增阻部件包括一底板、固定在底板侧面的搭接板、和固定在底板表面的增阻块，在底板的一端固定有轴，在筒体外壁的环形槽内固定有挂钩，增阻部件的轴放置在挂钩内并能够在挂钩内转动，轴的转动能够带动增阻部件沿筒体的径向向外作转动，每环增阻环的各增阻部件之间通过底板和搭接板之间进行搭接，在增阻环和筒体之间布置有撑起装置。

2.根据权利要求1所述的自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，其特征在于：所述的增阻块的断面形状为多边形、圆形、颗粒状、楔形；增阻块为柱状。

3.根据权利要求1所述的自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，其特征在于：所述的环形槽在掘进机轴线上布置有K环，K的取值范围大于等于1。

4.根据权利要求1所述的自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，其特征在于：每环布置M块增阻部件，M的取值范围大于等于1。

5.根据权利要求1所述的自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，其特征在于：所述的搭接板的材料为橡胶或聚氨酯。

6.根据权利要求1所述的自行走隧管道掘进机筒体外周的增阻部件，其特征在于：所述的撑起装置包括气压装置、液压装置或千斤顶装置。