CN102587919B

CN102587919B - 一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置及方法

Info

Publication number: CN102587919B
Application number: CN201210074917.7A
Authority: CN
Inventors: 卢清国
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: CN102587919A

Abstract

一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置及方法，属于非开挖地下隧道或管道施工领域，由1节以上的筒体依次连接组成，在作为驱动节的筒体的周向成对布置螺旋推进装置；螺旋推进装置由作为旋转轴的横截面为圆筒形或多边形的筒体或棒体或棍体和在其周向上缠绕的螺纹组成；所述螺旋推进装置的轴线与筒体的轴线平行。利用周向设置多个伸出螺旋推进装置，在掘进装置外侧的岩土中旋转，在螺旋推进装置的旋转螺纹上的岩土体轴向反力作用下，推动掘进装置在土中不依赖后方人工构筑物提供反力自驱动前行。此种掘进技术和装置为地下隧道施工技术提供了一种新型的具有自行走前行及转弯功能的掘进技术和装置，为地下空间的更加充分地开发利用提供了技术支持。

Description

一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置及方法

技术领域

本发明涉及一种使用布置在隧道掘进装置外侧多个筒式或杆式螺旋推进装置推动，配合掘进装置前方挖土，实现在地下岩土中自驱动行走式隧道掘进装置与方法，属于非开挖地下隧道或管道施工领域。

背景技术

目前，地下工程的修建将大量遇到在地面建筑物基础或地下建筑物或构筑物之间隧道穿行施工的问题。现应用广泛的非开挖施工技术，诸如盾构法和顶管法的长距离和灵活转弯穿行性难以满足地下空间的施工要求。使得城市地下管网建设和地下空间开发受到很大限制。同时，上述二种技术均需依赖于后方人工结构或构筑物提供掘进装置前进的反力，因此使得掘进装置的行走速度既受到后方支护结构的安装时间影响，又使得支护结构在承受径向使用荷载的同时，还要承担作为掘进装置前行反力的临时施工荷载影响，其结果制约了隧道的施工速度和增加了支护结构不必要的厚度，浪费了支护材料。自行走式隧道或管道施工技术及相应掘进设备的出现，为降低这些不必要的影响提供一种有效的技术和装备。

发明内容

为了克服现有掘进装置所存在的土体施工过程中，必须对掘进装置后方的人工构筑物施加反作用压力才能前行的问题，本发明提出了一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置，由1节以上的筒体依次连接组成，在作为驱动节的筒体的周向成对-布置螺旋推进装置；螺旋推进装置由作为旋转轴的横截面为圆筒形或多边形的筒体或棒体或杆体和在其周向上缠绕的螺纹组成；在作为驱动节的筒体的外侧沿轴向布置1个以上螺旋推进装置，即组成由掘进装置筒体外侧螺旋推进装置1环以上的推进装置组；所述螺旋推进装置的轴线与筒体的轴线平行。

在上述掘进装置所有筒体上或部分筒体上布置螺旋推进装置。

在上述各节筒体之间使用沿内侧周边布置的液压缸组连接。

掘进装置的各节筒体的横截面形状为多边形或圆形。

所述螺旋推进装置的全部螺纹伸出到掘进装置筒体外侧或部分螺纹伸出到掘进装置的筒体外侧。

所述螺旋推进装置上缠绕的螺纹的方向分别有左旋和右旋。

螺纹伸出到掘进装置外侧的螺旋推进装置按其筒体上的螺纹旋向成对布置。

螺纹的横截面形状类型为矩形、三角形、锯齿形、梯形、多边形或圆形。

多螺旋自驱动行走式隧道掘进技术方案按下列步骤开挖隧道：

使用单节或多节布置有螺旋推进装置的隧道掘进装置，在安装在掘进装置内部或后部扭矩驱动源(扭矩驱动源可以是液压式或电力式通过减变速机构)的作用下，带动与扭矩驱动源相连接的螺旋推进装置的轴旋转，使螺纹全部或部分伸出到掘进装置体外侧螺旋推进装置筒体上的螺纹切削周围岩土体，在旋转螺纹上的土体产生的沿掘进装置轴向反力作用下，给掘进装置提供各节前进的反力，推动掘进装置向前自驱动前行。

当单节带有螺旋推进装置的驱动力不足以驱动掘进装置前行时，可以使用多节带有螺旋推进装置的掘进装置，以增大掘进装置对前方工作面前行推力。

当需要掘进装置转弯时：

可采用控制不同侧的螺旋推进装置的转速来实现。当欲向左转弯时，加大布置在掘进装置外侧右侧螺旋推进装置的转速；当欲向右转弯时，加大布置在掘进装置外侧左侧螺旋推进装置的转速；当欲向上转弯时，加大布置在掘进装置外侧下侧螺旋推进装置的转速；当欲向下转弯时，加大布置在掘进装置外侧上侧螺旋推进装置的转速。

对于由多节组成的掘进装置，除采用由单节组成的掘进装置控制转弯同样的方式外，还需采取：

当需要向左转弯时，分别控制连接二节掘进装置筒体内侧右侧的液压缸伸长；当需要向右转弯时，分别控制连接二节掘进装置筒体内侧左侧的液压缸伸长；当需要向上转弯时，分别控制连接二节掘进装置筒体内侧下侧的液压缸伸长；当需要向下转弯时，分别控制连接二节掘进装置筒体内侧上侧的液压缸伸长。

本发明的原理如下：

隧道或管道掘进采用多螺旋自驱动行走式隧道掘进技术及其装置的原理是在掘进装置筒体外部，利用周向设置的N(N≥1)个伸出的螺旋推进装置，在掘进装置外侧的岩土中旋转，在螺旋推进装置的螺纹上的岩土体轴向反力作用下，推动掘进装置在土中不依赖后方人工构筑物提供反力自驱动前行。为提高掘进装置对前方岩土体工作面的作用力，可以采用每节均带有螺旋推进装置的L(L≥1)节筒体，形成由多节自驱动节组成的掘进装置，在岩土体中自驱动前行开挖隧道。

本发明可以获得如下有益效果：

与目前盾构技术和顶管技术需要后方人工构筑物提供反力才能前进的方式不同，利用此项发明的技术和装置，在前方人工挖土或机械挖土的配合下，可使掘进装置实现在岩土体中自行驱动前行的功能。实现了只使用一节装配有螺旋推进装置的掘进装置机体即可在土中前行的功能。为提高对掘进装置前方工作面的推力，可使用多节装配有螺旋推进装置的掘进装置机体，套接组成掘进推进装置组以提高对整个工作面前方的推力。此种掘进技术和装置为地下隧道施工技术提供了一种新型的具有自行走前行及转弯功能的掘进技术和装置，为地下空间的更加充分地开发利用提供了技术支持。

附图说明：

图1：本发明所述的一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置的周向示意图；

图2：本发明所述的一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置置于土体中的工作示意图：

图3：本发明中螺旋推进装置的侧向示意图。

图中：1-土体；2-掘进装置；3-螺旋推进装置；4-已开挖的隧道；5-螺旋筒外护筒；6-前进方向；7-螺旋筒或螺旋杆；8-螺纹；9-连接法兰；10-传动轴；11-轴承；12-联轴器。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对于本发明作进一步的说明。

实施例1：

一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置，由1节以上的筒体依次连接组成，在作为驱动节的筒体或其他节的筒体的周向成对布置螺旋推进装置3；螺旋推进装置由作为旋转轴的横截面为圆筒形或多边形的螺旋筒或螺旋杆7和在其周向上缠绕的螺纹8组成；在筒体的外侧沿轴向布置1个以上螺旋推进装置3，即组成由掘进装置2筒体外侧螺旋推进装置组；所述螺旋推进装置3的轴线与螺旋筒或螺旋杆7轴线平行。

在上述各节筒体之间使用沿周边布置的液压缸组连接。

掘进装置的各节筒体的横截面形状为多边形或圆形。

所述螺旋推进装置由螺旋外护筒5连接在一起并一同连接到掘进装置2的筒体上。

所述螺旋推进装置3的全部螺纹8伸出到掘进装置筒体外侧或部分螺纹伸出到掘进装置的筒体外侧。

所述螺旋推进装置3上缠绕的螺纹的方向分别有左旋和右旋。

螺纹伸出到掘进装置外侧的螺旋推进装置3按其筒体上的螺纹旋向成对布置。

掘进装置2在土中1推进时，利用在掘进装置2内侧或后侧布置的扭矩驱动源提供连轴器12的驱动力，连轴器12将驱动力传递给传动轴10，传动轴10在轴承11上旋转，带动螺旋推进装置3绕其轴旋转，使螺旋筒或螺旋杆7上的螺纹8与土体1作用产生向土体的推挤力，反作用于螺旋推进装置3上，带动与其通过连接法兰9与掘进装置2于一起的掘进装置2沿前进方向6行进，形成已开挖的隧道4。螺旋推进装置3安装在螺旋筒外护筒5内，再通过连接法兰9与掘进装置连接。

Claims

1.一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置，其特征在于：由1节以上的筒体依次连接组成，在作为驱动节的筒体的周向成对布置螺旋推进装置；螺旋推进装置由作为旋转轴的横截面为圆筒形或多边形的筒体或杆体和在其周向上缠绕的螺纹组成；所述螺旋推进装置的轴线与筒体的轴线平行；螺旋推进装置在掘进装置内部或后部与扭矩驱动源连接；

2.根据权利要求1所述的隧道掘进装置，其特征在于：在所有筒体上或部分筒体上布置螺旋推进装置。

3.根据权利要求1所述的隧道掘进装置，其特征在于：在上述各节筒体内侧之间使用沿周边布置的液压缸组连接。

4.根据权利要求1所述的隧道掘进装置，其特征在于：所述螺旋推进装置由螺旋外护筒连接在一起并一同连接到掘进装置的筒体上。

5.根据权利要求1所述的隧道掘进装置，其特征在于：所述螺旋推进装置上缠绕的螺纹的方向分别有左旋和右旋。

6.根据权利要求1所述的隧道掘进装置，其特征在于：所述螺纹伸出到掘进装置外侧的螺旋推进装置按其筒体上的螺纹旋向成对布置。

7.根据权利要求1所述的隧道掘进装置，其特征在于：螺纹的横截面形状类型为梯形、多边形或圆形。

8.权利要求1所述的隧道掘进装置掘进隧道的方法，其特征在于：

使用单节或多节布置有螺旋推进装置的隧道掘进装置，在扭矩驱动源的作用下，带动与扭矩驱动源相连接的螺旋推进装置的轴旋转，使螺纹全部或部分伸出到掘进装置体外侧的螺旋推进装置筒体的螺纹切削周围岩土体，在旋转螺纹上的土体产生的沿掘进装置轴向反力作用，给掘进装置提供各节前进的反力，推动掘进装置向前自驱动前行；

当单节带有螺旋推进装置的驱动力不足以驱动掘进装置前行时，使用多节带有螺旋推进装置的掘进装置，以增大掘进装置对前方工作面前行推力。

9.根据权利要求9所述的掘进隧道的方法，其特征在于：

当需要掘进装置转弯时：

采用控制不同侧的螺旋推进装置的转速来实现；当欲向左转弯时，加大布置在掘进装置外侧右侧螺旋推进装置的转速；当欲向右转弯时，加大布置在掘进装置外侧左侧螺旋推进装置的转速；当欲向上转弯时，加大布置在掘进装置外侧下侧螺旋推进装置的转速；当欲向下转弯时，加大布置在掘进装置外侧上侧螺旋推进装置的转速；

对于由多节组成的掘进装置，除采用上述方法外，还需采取：

当需要向左转弯时，分别控制连接两节掘进装置筒体内侧右侧的液压缸伸长；当需要向右转弯时，分别控制连接两节掘进装置筒体内侧左侧的液压缸伸长；当需要向上转弯时，分别控制连接两节节掘进装置筒体内侧下侧的液压缸伸长；当需要向下转弯时，分别控制连接两节节掘进装置筒体内侧上侧的液压缸伸长。