CN102287202B - 立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机 - Google Patents
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Abstract
一种立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机(1)，掘进机机头(2)包括集群割头(4)、仿形盘架(5)、辊带围撑(6)、环架围撑(7)、拼装衬砌(8)，掘进机机身(3)包括长廊壳体(9)、底盘输送道壳体(10)、履带行走(11)、输送机(12)，长廊壳体(9)内设置总动力控制(13)。本发明掘进机机头(2)开挖撑护拼装衬砌，掘进机机身(3)处于砌好的隧道。本发明无冲击震动无粉尘噪音，对任何硬度岩层均可平稳快速切割破落，也适应一定坡度弯度要求。由于围撑连续随挖随砌短距离直接成型，本发明不仅自身作业安全可靠且对周围岩土扰动很弱，有效克服沉陷垮塌。本发明适宜硬岩软土矩形、梯形、马蹄形、圆形、弓形、椭圆形等隧道工程，尤其特大断面隧洞工程可容纳强大功率快速成型。
Description
技术领域
本发明属于道路隧洞工程机械设备，也可用于矿山巷道、水利涵洞工程，具体涉及一种立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机。
背景技术
现有的掘进机、破碎耗能过大，适应硬度受到很大限制，冲击震动造成机件易损，粉尘过大作业状况恶劣，掘进速度十分缓慢。目前采用的各类盾构机，体积过于颇大，对多种断面要求和坡度弯度要求受到很大限制，掘进速度也很缓慢。本发明的目的就在于解决现有技术存在问题，提供一种全新的快速高效、安全可靠、清洁节能普适性强的立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机。
发明内容
一种立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机1由掘进机机头2和掘进机机身3组成，其特征在于，掘进机机头2包括集群割头4、仿形盘架5、辊带围撑6、环架围撑7、拼装衬砌8，掘进机机身3包括长廊壳体9、底盘输送道壳体10、履带行走11、输送机12，长廊壳体9内设置总动力控制13。
集群割头4由标准推进式割头14、仿形推进式割头15、补空固定式割头16组成。标准推进式割头14包括标准割头17、箱体机身19、支动力控制20、箱体输送21、箱体推进22。标准割头17包括纵向割链23、横向割链24、割头壳体25、劈撑器26、弧形铲27，标准割头17前方纵向割链23与横向割链24异面垂直，标准割头17依据纵向割链23条数与间隔以及横向割链24条数与间隔组成不同制式规格的标准割头17。仿形推进式割头15由仿形割头18、箱体机身19、支动力控制20、箱体输送21、箱体推进22组成，标准割头17部分纵向割链23横向割链24倾斜后组成不同形状的仿形割头18，仿形推进式割头15的箱体机身19支动力控制20及箱体输送21可以有不同设置，仿形推进式割头15仿形割头18有时采用标准割头17。补空固定式割头16仅包括仿形割头18支动力控制20并直接固接于仿形盘28前方。
仿形盘架5由仿形盘28、外围仿形框架29、主割框架30、缓落分流仓31、管线分流仓32、连接套33、围铲34组成。仿形盘28与设定隧道形状相似并略小于成型隧道。仿形盘28前方设置外围仿形框架29和主割框架30。仿形推进式割头15箱体机身19套接于外围仿形框架29并经箱体推进22与外围仿形框架29连接，标准推进式割头14箱体机身19套接于主割框架30并经箱体推进22与主割框架30连接。外围仿形框架29主割框架30呈凸凹形交错设置，外围仿形框架29和主割框架30空隙处设置补空固定式割头16，补空固定式割头16固接于仿形盘28前方。仿形盘28腔内设置缓落分流仓31和管线分流仓32，缓落分流仓31连通箱体输送21和输送机12，管线分流仓32将总动力控制13各输出控制管线与集群割头4各支动力控制20连接。连接套33经调节推进装置35与长廊壳体9连接，围铲34设置于外围仿形框架29底部和两侧前方。
辊带围撑6设置于外围仿形框架29外围。辊带围撑6包括托辊36、辊架37、塑胶带38、升降装置39，托辊36安装于辊架37，辊架37经升降装置39与外围仿形框架29连接。塑胶带38外裹于托辊36与相应仿形推进式割头15隧道切割面接触，升降装置39调整辊带围撑6撑托压力。
环架围撑7设置于仿盘28外围。环架围撑7包括马鞍体40、销轴41、液囊42、板盖43、弹簧44、螺拴45、推移装置46，经销轴41串连的马鞍体40环绕仿形盘28外围，相邻马鞍体40槽内安置液囊42，液囊42上方板盖43经螺拴45套接弹簧44与马鞍体40连接。板盖43与隧道切割面接触，液囊42液压压力实施环架围撑7对隧道四周的撑托。设置于马鞍体40的推移装置46与仿形盘28连接。
拼装衬砌8设置于仿形盘28后方连接套33外围。拼装衬砌8包括型梁拼装和衬砌密封。型梁拼装和衬砌密封各类机械手与总动力控制13连接，长廊壳体9外围为型梁47、材料通道。
长廊壳体9与底盘输送道壳体10连为一体，底盘输送道壳体10两侧设置履带行走11，底盘输送道壳体10设置多条输送道且每条输送道内设置输送机12。本发明掘进机机头2开挖撑护衬砌，掘进机机身3处于砌好的隧道。
附图说明
图1为本发明立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机(1)整体结构侧视图
图2为本发明立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机(1)整体结构后视图
图3为本发明集群割头(4)仿马蹄形断面设置示意图
图4为本发明集群割头(4)仿矩形断面呈凸凹形交错设置示意图
图5为本发明集群割头(4)仿圆形断面设置示意图
图6为本发明集群割头(4)仿弓形断面设置示意图
图7为本发明标准推进式割头(14)整体结构侧视图
图8为本发明标准割头(17)几种不同制式示意图
图9为本发明仿形割头(18)几种仿形形状示意图
图10为本发明箱体机身(19)几种设置示意图
图11为本发明辊带围撑(6)结构示意图
图12为本发明环架围撑(7)结构示意图
图中标示：
1、立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机
2、掘进机机头 3、掘进机机身 4、集群割头 5、仿形盘架
6、辊带围撑 7、环架围撑 8、拼装衬砌 9、长廊壳体
10、底盘输送道壳体 11、履带行走 12、输送机 13、总动力控制
14、标准推进式割头 15、仿形推进式割头 16、补空固定式割头
17、标准割头 18、仿形割头 19、箱体机身 20、支动力控制
21、箱体输送 22、箱体推进 23、纵向割链 24、横向割链
25、割头壳体 26、劈撑器 27、弧形铲 28、仿形盘
29、外围仿形框架 30、主割框架 31、缓落分流仓 32、管线分流仓
33、连接套 34、围铲 35、调节推进装置 36、托辊 37、辊架
38、塑胶带 39、升降装置 40、马鞍体 41、销轴 42、液囊
43、板盖 44、弹簧 45、螺拴 46、推移装置 47、型梁
结合附图，对本发明具体实施方式分段描述。
1、集群割头4
如图1、图3、图4、图5、图6所示，集群割头4由标准推进式割头14、仿形推进式割头15、补空固定式割头16三类立交链割式割头组成。如图1、图4所示，集群割头4标准推进式割头14仿形推进式割头15因主割框架30外围仿形框架29凸凹状交错设置而呈凸凹状交错设置，以便相邻立交链割式割头完全将岩土割断。如图7、图10a所示，标准推进式割头14包括标准割头17、箱体机身19、支动力控制20、箱体输送21、箱体推进22。如图7、图8所示，标准割头17包括纵向割链23、横向割链24、割头壳体25、劈撑器26、弧形铲27，标准割头17前方纵向割链23与横向割链24呈异面垂直，标准割头17依据纵向割链23条数与间隔以及横向割链24条数与间隔组成不同制式规格的标准割头17。图8a为3×3制式割头，图8b为5×5制式割头，图8c为3×4制式割头。仿形推进式割头15由仿形割头18、箱体机身19、支动力控制20、箱体输送21、箱体推进22组成。如图9所示，标准割头17纵向割链23横向割链24部分倾斜后组成不同形状的仿形割头18，图9a为中心向下的梯形仿形割头，图9b为中心向右的梯形仿形割头，图9c为三角形仿形割头，图9d为屋顶形仿形割头。如图10所示，仿形推进式割头15的箱体机身19可以有居中、偏上偏下、偏左偏右不同设置，箱体机身19内支动力控制20与箱体输送21上下位置可以依使用情况变换。图10a为体机身19居中支动力控制20上方箱体输送21下方的设置，图10d为箱体机身19正中支动力控制20下方箱体输送21上方的设置，图10c为箱体机身19偏下支动力控制20上方箱体输送21下方的设置，图10b为箱体机身19偏右支动力控制20上方箱体输送21下方的设置。如图1、图3、图5、图6所示，补空固定式割头16仅包括仿形割头18和支动力控制20并直接固接于仿形盘28前方。因情况仿形割头18在不少场合由标准割头17代替。集群割头4标准推进式割头14仿形推进式割头15靠自身支动力控制20实施立交链割和靠箱体推进22推进破落输出，集群割头4补空固定式割头16弥补标准推进式割头14与仿形推进式割头15间的空隙靠自身支动力控制20实施立交链割和靠掘进机机头2的前行实现推进破落。集群割头4完全覆盖所定隧道全部断面并且直接仿形一次成形，实现短距离全断面防形开挖。
2、防形盘架5
如图1图2所示，仿形盘架5由仿形盘28、外围仿形框架29、主割框架30、缓落分流仓31、管线分流仓32、连接套33、围铲34组成。仿形盘28与设定隧道形状相似并略小于成型隧道。仿形盘28前方设置外围仿形框架29、主割框架30，外围仿形框架29与主割框架30空隙部分安装补空固定式割头16。外围仿形框架29套接仿形推进式割头15，主割框架30套接标准推进式割头14。仿形盘28腔内设置缓落分流仓31和管线分流仓32。缓落分流仓31连通箱体输送21和输送机12，管线分流仓32将总 动力控制13各输出控制管线与集群割头4各支动力控制20连接。连接套33经调节推进装置35与长廊壳体9连接。围铲34设置于外围仿形框架29两侧及底部前方。围铲34将掘进机机头2开挖时的粉渣碎块送入缓落分流仓31，集群割头4各割头间的粉渣碎石连同补空固定式割头16割出的岩块渣沫均由缓落分流仓31送入输送机12。仿形盘架5外围仿形框架29及套接的仿形推进式割头15可拆除或设置伸缩机构使外围仿形框架29回缩至仿形盘28界内使掘进机退回成型隧道。仿形盘架5前方集群割头4实施短距离全断面仿形递次开挖，仿形盘架5缓落分流仓31将岩土块渣归仓送入输送机12，总动力控制13也经仿形盘28管线分流仓32输出动力控制运作，仿形盘架5外围辊带围撑6环架围撑7连续围撑，仿形盘架5后部实施拼装衬砌8。仿形盘架5使掘进机机头2集仿形开挖、交替围撑、拼装初砌为一体，实现短距离隧道掘进成型作业。
3、辊带围撑6
如图1所示，辊带围撑6设置于外围仿形框架29外围，形成一个圈形的撑托体系。、图11a为辊带围撑6侧视图，图11b为辊带围撑6中截面示意图，辊带围撑6包括托辊36、辊架37、塑胶带38、升降装置39，托辊36安装于辊架37，辊架37经升降装置39与外围仿形框架29连接。塑胶带38外绕于托辊36与相应仿形推进式割头15的隧道切割面接触。升降装置39使辊带围撑6获得撑托压力。当掘进机机头2处于不动，这时辊带围撑6与环架围撑7共同对隧道四周实施围撑，此时获得相当稳定的掘进机机头2实施递次开挖，此时集群割头4标准推进式割头14仿形推进式割头15先凸后凹分批切割推进实施给定步距全断面开挖。集群割头4所有标准推进式割头14仿形推进式割头15按给定步距切割推进完毕，这时除标准推进式割14与仿形准进式割头15空余部留有极小部分未切割余块迎对补空固定式割头16外，整个隧道断面基本仿形开挖一个步距。这一步距空间，前方为标准推进式割头14仿形推进式割头15插入岩土，后方为辊带围撑6实施撑托，未割的余块由补空固定式割头16插入，这种撑挖一体作业方式对复杂地层尤为可靠。当环架围撑7增大压力掘进机机头2前行时，辊带围撑6保持一定压力随掘进机机头2的前行滚动前行并经环绕托辊36的塑胶带38实施对隧道面的连续撑托。当掘进机机头2前移给定步距停止后，辊带围撑6立刻升压实施新一轮撑托。辊带围撑6对仿形盘架5有承载功能，辊带围撑6不同方位的撑托压力协助调节掘进机机头2前移方向。
4、环架围撑7
如图1所示，环架围撑7紧随辊带围撑6设置于仿形盘28外围，图12a为环架围撑7侧视图，图12b为环架围撑7俯视图。环架围撑7包括马鞍体40、销轴41、液囊42、板盖43、弹簧44、螺拴45、推移装置46，经销轴41串连的马鞍体40环绕于仿形盘28外围，相邻马鞍体40槽内安置液囊42，液囊42上方板盖43经螺旋栓45套接弹簧44与马鞍体40连接，板盖43与隧道切割面接触。液囊42液压压力实施环架围撑7对隧道四围撑托，马鞍体40设置的推移装置46连接仿形盘28。当掘进机头2不动，辊带围撑6环架围撑7实施共撑，这时集群割头4全断面仿形开挖，紧随环架围撑7后部的拼装衬砌8也进行型梁拼装衬砌密封。当仿形开挖完成一个步距，拼装衬砌也使成型隧道延伸一个步距，掘进机机头2准备前移时，液囊42液压压力增大，环架围撑7对隧道壁的撑托力进步增大，辊带围撑6适当降压。当掘进机机头2在调节推进装置35和推移装置46配合作用下前移时，辊带围撑6保持一定压力靠辊带作用滚动前移连续围撑。掘进机机头2向前移动一个步距后 停止行动，这时集群割头4复位，辊带围撑6定位，定位后的辊带围撑6立即增大压力全力围撑，同时环架围撑7降压在弹簧44作用下板盖43回缩松离隧道壁面，在推移装置46作用下环架围撑7复位。环架围撑7复位动作要快并且复位后立即升压实施撑托。环架围撑7升压撑托后，掘进机机身3向前行走一个步距，调节推进装置35复位，掘进机机头2开始下一轮工作。环架围撑7对隧道壁面的强力挤压有利于夯实基础拼装衬砌。辊带围撑6与环架围撑7短时交替撑护长时共撑共护，不仅保证工程作业安全可靠，同时对周围岩土扰动很弱，有效克服沉陷垮塌。辊带围撑6环架围撑7与成型隧道构成本发明安全作业三道撑托体系。
5、拼装衬砌8
如图1、图2所示，拼装衬砌8设置于仿形盘28后部连接套33外围。拼装衬砌8包括型梁拼装和衬砌密封。拼装衬砌8可依据隧道要求设置各种功能型梁或衬砌密封，但必须达到成型隧道质量要求。长廊壳体9外围为型梁47与材料通道，长廊壳体9内总动力控制13与拼装衬砌8各机械手连接。紧随环架围撑7的拼装衬砌8使掘进机机头2短距离内隧道成型。拼装衬砌8按标准完成一个步距隧道成型时间应当确定为集群割头4递次开挖完成一个步距全断面作业时间，从而合理配备功率，获取高效率掘进成型速度。
6、掘进机机身3
如图1、图2所示，掘进机机身3包括长廊壳体9、底盘输送道壳体10、履带行走11、输送机12。长廊壳体9与底盘输送道壳体10连为一体，长廊壳体9内设置总动力控制13。底盘输送道壳体10两侧设置履带行走11。底盘输送道壳体10设置多条输送通道，每条输送通道内设置输送机12。如图1所示，掘进机机身3长廊壳体9经调节推进装置35与掘进机机头2仿形盘28连接套33连接。调节推进装置35使掘进机机身3不动时对掘进机机头2实施推进并在推进过程中调整各方位推进器推进程度实施对掘进机机头2坡度弯度调整。调节推进装置35与辊带围撑6配合调整掘进机机头2前进方向。当掘进机机身3经履带行走11前行一个步距，调节推进装置35配合复位。
本发明为大型或特大型隧洞工程短距离一次成型提供一种快捷高效普适性强的独特机种。本发明采用内喷水立交链割块采法具有无尘无震清洁节能的特别优势。本发明随挖随撑随砌、围撑连续、不仅工程作业安全可靠，对周围岩土扰动很弱，有效克服沉陷垮塌。本发明既适应马蹄形、矩形、弓形、圆形等各种断面形状隧道要求，也适应隧道一定坡度弯度要求，比目前的盾构机体积小，机动性强。本发明功率容量大，模块化设计使替换维修方便快捷，特别对任何硬度岩层均可沉稳快速切割破落，带来隧洞工程前所未有的提速。本发明将为铁路隧道工程、公路双向多车道隧道工程、人防隧洞工程、矿山巷道水利涵洞工程带来高速的发展。
Claims (1)
1.一种立交链割集群仿形递推辊环撑砌式全断面掘进机(1)由掘进机机头(2)和掘进机机身(3)组成，其特征在于，掘进机机头(2)包括集群割头(4)、仿形盘架(5)、辊带围撑(6)、环架围撑(7)、拼装衬砌(8)，掘进机机身(3)包括长廊壳体(9)、底盘输送道壳体(10)、履带行走(11)、输送机(12)，长廊壳体(9)内设置总动力控制(13)；集群割头(4)由标准推进式割头(14)、仿形推进式割头(15)、补空固定式割头(16)组成，标准推进式割头(14)包括标准割头(17)、箱体机身(19)、支动力控制(20)、箱体输送(21)、箱体推进(22)，标准割头(17)包括纵向割链(23)、横向割链(24)、割头壳体(25)、劈撑器(26)、弧形铲(27)，标准割头(17)前方纵向割链(23)与横向割链(24)呈异面垂直，标准割头(17)依据纵向割链(23)条数与间隔以及横向割链(24)条数与间隔组成不同制式规格的标准割头(17)，仿形推进式割头(15)由仿形割头(18)、箱体机身(19)、支动力控制(20)、箱体输送(21)、箱体推进(22)组成，标准割头(17)部分纵向割链(23)横向割链(24)倾斜后组成不同形状的仿形割头(18)，仿形推进式割头(15)箱体机身(19)可以有不同设置，补空固定式割头(16)包括仿形割头(18)、支动力控制(20)并直接固接于仿形盘(28)前方；仿形盘架(5)由仿形盘(28)、外围仿形框架(29)、主割框架(30)、缓落分流仓(31)、管线分流仓(32)、连接套(33)、围铲(34)组成，仿形盘(28)与设定隧道形状相似并略小于成型隧道，仿形盘28前方设置外围仿形框架(29)主割框架(30)，仿形推进式割头(15)箱体机身(19)套接于外围仿形框架(29)，标准推进式割头(14)箱体机身(19)套接于主割框架(30)，外围仿形框架(29)主割框架(30)呈凸凹形交错设置，外围仿形框架(29)与主割框架(30)空隙处设置补空固定式割头(16)，仿形盘(28)腔内设置缓落分流仓(31)、管线分流仓(32)，缓落分流仓(31)连通箱体输送(21)和输送机(12)，管线分流仓(32)将总动力控制(13)各输出控制管线与集群割头(4)各支动力控制(20)连接，连接套(33)经调节推进装置(35)与长廊壳体(9)连接，围铲(34)设置于外围仿形框架(29)底部和两侧前方；辊带围撑(6)设置于外围仿形框架(29)外围，辊带围撑(6)包括托辊(36)、辊架(37)、塑胶带(38)、升降装置(39)，托辊(36)安装于辊架(37)，辊架(37)经升降装置(39)与外围仿形框架(29)连接，塑胶带(38)外裹于托辊(36)与相应仿形推进式割头(15)隧道切割面接触，升降装置(39)调整辊带围撑(6)撑托压力；环架围撑(7)设置于仿形盘28外围，环架围撑(7)包括马鞍体(40)、销轴(41)、液囊(42)、板盖(43)、弹簧(44)、螺拴(45)、推移装置(46)，经销轴(41)串连的马鞍体(40)环绕于仿形盘(28)外围，相邻马鞍体(40)槽内安置液囊(42)，液囊(42)上方板盖(43)经螺拴(45)套接弹簧(44)与马鞍体(40)连接，板盖(43)与隧道切割面接触，液囊(42)液压压力实施环架围撑(7)对隧道四围的撑托，设置于马鞍体(40)的推移装置(46)与仿形盘(28)连接；拼装衬砌(8)包括型梁拼装和衬砌密封，型梁拼装和衬砌密封各类机械手与总动力控制(13)连接，长廊壳体(9)外围为型梁(47)与材料通道；长廊壳体(9)与底盘输送道壳体(10)连为一体，底盘输送道壳体(10)两侧设置履带行走(11)，底盘输送道壳体(10)设置多条输送道且每条输送道内设置输送机(12)。
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