CN102704943A

CN102704943A - 气压模式浅埋暗挖法盾构

Info

Publication number: CN102704943A
Application number: CN2012101719535A
Authority: CN
Inventors: 蒲晓波; 张宁川; 赵华; 卓兴建; 贺飞; 刑泊; 马哲
Original assignee: China Railway Tunneling Equipment Co Ltd
Current assignee: China Railway Tunneling Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了气压模式浅埋暗挖法盾构，将隧道掘进机的土体开挖由现有的刀盘切削转变为挖掘臂开挖模式；支护模式由现有的刀盘支护转变为插刀及支撑挡板模式，插刀及支撑挡板数量根据隧道直径大小及地层而定。根据地质稳定性情况，可实现两种掘进模式：敞开掘进模式和气压平衡掘进模式。降低设备在富含大漂石的设备的故障率，进而降低设备的维修率，提高隧道掘进机的工作时间和工作效率。

Description

气压模式浅埋暗挖法盾构

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进施工专用工程机械，具体涉及一种气压模式浅埋暗挖法盾构。

背景技术

隧道掘进机是隧道掘进施工的一种专用工程机械，现代隧道掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。目前国内隧道掘进机施工应用技术大致可以分为三种地层，以上海、郑州为主要代表的软弱地层；以北京、广州为主要代表的沙层、砂卵石地层及风化岩等软硬不均地层；以重庆、青岛、大连为代表的砂岩、板岩、花岗岩等硬岩地层。目前隧道掘进机开挖土体基本上以刀盘刀具为主要载体，在上述三种地层都有大量的施工案例。但在北京地层的施工中，存在诸多难点，主要体现在：富含大漂石，刀盘切削困难，极易造成刀盘刀具的过快磨损，加大设备的换刀维修时间；提高设备的停机换刀时间及故障率，地质稳定性差，极易造成地层坍塌，不适于人工开挖；影响设备的正常掘进及施工管理，延缓了隧道的贯通时间及城市交通压力。

因此，如果能够开发出一种新型的隧道掘进机，降低在富含大漂石的设备的故障率，进而降低设备的维修率，提高隧道掘进机的工作时间和工作效率，已是一个急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术中的不足，本发明提供了一种能够很好的降低设备的故障率，提高设备的掘进效率，保障盾构的工作时间和工作效率的气压模式浅埋暗挖法盾构。

本发明的技术方案：一种气压模式浅埋暗挖法盾构，包括圆筒形前盾、圆筒形中盾和圆筒形后盾组成的支撑外壳，设置在圆筒形中盾内部的支架，以及驱动圆筒形中盾前进的推进系统；所述圆筒形前盾和圆筒形中盾对接处设置有支撑隔板，该支撑隔板分为前隔板和后隔板，前隔板位于圆筒形前盾和圆筒形中盾之间，后隔板位于圆筒形中盾内部，所述前隔板和后隔板密封固定在一起形成密封装置，该密封装置的顶板上设置有通孔并安装有可开闭的盖；所述前隔板的两侧设置有安全通道，后隔板上部设置有门和/或观察窗；在后隔板的前表面上固定有至少一台挖掘机，在圆筒形前盾内表面的上部设置有至少一个可以伸缩的插刀，同时在每个插刀上设置有可以展开和折叠的支撑挡板；所述圆筒形前盾底部设置有排渣口，在圆筒形前盾、圆筒形中盾和圆筒形后盾下部设置有贯穿的并倾斜向上的排渣输送机。

所述挖掘机包括一个外套筒和一个内套筒，两者套装并能滑动配合；内套筒内侧中部固定有顶座，外套筒后端内壁设置有铰接耳，伸缩油缸的一端铰接在顶座上、另一端铰接在铰接耳上；所述顶座的前面铰接一个顶推油缸；挖掘机的挖掘头通过四连杆机构安装在内套筒前端，该四连杆机构的前侧两个销轴位于挖掘头上、下侧，四连杆的后侧第一个销轴设置在内套筒前侧外壁设置的固定板上，四连杆的后侧第二个销轴铰接在所述顶推油缸活塞杆前端。

所述挖掘机采用上下模式安装在后隔板上，即将挖掘机的外套筒后端铰接在后隔板上或者铰接在后隔板设置的固定支架上，外套筒的前端铰接一个或两个上下拉动油缸，该上下拉动油缸另一段铰接在后隔板上或者铰接在后隔板设置的固定支架上。该方案适合多个挖掘机并列安装，每个挖掘机进行上、下挖掘。

所述挖掘机同时采用上下模式和左右模式安装在后隔板上，即将挖掘机的外套筒后端铰接在后隔板设置的活动支架上，外套筒的前端铰接一个或两个上下拉动油缸，该上下拉动油缸另一段铰接在后隔板设置的活动支架上；所述活动支架的后端利用竖向转轴安装有一个竖向底座，该竖向底座固定在后隔板上；同时在挖掘机外套筒一侧或两侧壁上安装有左右拉动油缸。该方案适合一个挖掘机进行上、下、左、右摆动挖掘。

挖掘机外套筒上端设置可以前后平移的钻机装置，该钻机装置的钻机与外套筒之间通过油缸连接，钻机与外套筒的接触面通过导轨配合滑动。

所述插刀包括插刀刀身、插刀油缸，其中插刀刀身后端的连接耳与插刀油缸前端的活塞杆铰接，插刀油缸后端通过销轴铰接在后座上，该后座固定在圆筒形前盾内壁后端；所述插刀前端设置有插刀头。

所述圆筒形前盾内表面设置有刀槽，插刀刀身和插刀油缸位于所述刀槽内，所述刀槽是在刀身两侧分别设置竖向支撑板，竖向支撑板上端固定在圆筒形前盾内壁上，竖向支撑板下端设置有向内翻折的支撑脚。

所述支撑挡板为L形结构，该L形挡板的一脚向上设置有前轴孔，L形挡板的另一脚铰接一个油缸，该油缸后端设置有后轴孔；在插刀刀身的前后分别设置有前、后销轴，所述前、后轴孔分别套装固定在前、后销轴上；L形挡板上固定有挡片。

挖掘机下端设置有临时支护装置，该临时支护装置包括临时支撑板和支护油缸，支护油缸一端通过竖向销轴安装在挖掘机外套管下端，另一端通过竖向销轴与临时支撑板连接。

在圆筒形中盾内的支架后端还设置有管片拼装机。

在前隔板下部设置有螺旋机换刮板机快速转换装置，该转换装置是在前隔板上设置有排渣通道，该排渣通道端口为法兰结构，排渣输送机外筒套装在该排渣通道中后，将排渣输送机外筒上的法兰与排渣管道法兰对接固定。

所述推进系统为液压驱动形式，该系统可实现速度控制和压力控制，根据圆筒形盾构周向布置，掘进过程中，根据测量的隧道设计轴线的指导，通过速度和压力的调节，推动油缸伸出，达到盾构前进的功能。

有益效果：本发明将隧道掘进机的土体开挖由现有的刀盘切削转变为挖掘机开挖模式；支护模式由现有的刀盘支护转变为插刀及支撑挡板模式。根据地质稳定性情况，可实现两种掘进模式：敞开掘进模式和气压平衡掘进模式。降低在富含大漂石的设备的故障率，进而降低设备的维修率，提高隧道掘进机的工作时间和工作效率。

附图说明

图1是本发明主机的剖面结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的B-B剖意图；

图4是图1中挖掘机放大结构示意图；

图5是图4挖掘机的不同挖掘状态示意图；

图6是插刀结构示意图；

图7是支撑板折叠状态示意图；

图8是支撑板展开状态示意图。

图中符号说明：1为支架，2为挖掘机，3为钻机装置，31为导轨座，32为钻机，33为油缸，34为销轴，35为钻头；4为支撑挡板，41为支撑挡板油缸，42为连接耳，43为销轴，44为挡片，45和46为前、后轴孔，5为插刀，51为插刀刀身，52为连接耳，53为销轴，54为插刀油缸，55和56分别为前、后销轴，6为前盾，61为销轴，7为中盾，8为密封装置，81为通孔，9为推进系统，10为盾尾，11为盾尾刷，12为止浆板，13为螺旋输送机，14为管片拼装机，15为临时支护装置，16为临时支护装置油缸，17为螺旋机换刮板机快速转换装置，18为铰接油缸，19为安全通道，20为拨料器，21为观察窗，22为门，23为排渣口。101为竖向转轴，102为活动支架，103为下铰接耳，104为上铰接耳，105为前隔板，106为后隔板，107为竖向底座；108为竖向支撑板，109为支撑脚；201为外套筒，202为铰接耳，203为内套筒，204为伸缩油缸，205为销轴，206为顶座，207为顶推油缸，208为销轴，209为挖掘头，210为四连杆机构，211为四连杆后侧第一个销轴（固定销轴），212为四连杆后侧第二个销轴（推拉销轴），213和214分别为（位于挖掘头上的）四连杆前侧上、下销轴，215为位于外套筒上的铰接底座，216为销轴，217为上下拉动油缸，218为销轴，219为左右拉动油缸。

具体实施方式

实施例一：参见图1、图2和图3，该气压模式浅埋暗挖法盾构包括圆筒形前盾6、圆筒形中盾7和圆筒形后盾8组成的支撑外壳，圆筒形中盾7内部的支架1，驱动圆筒形中盾前进的推进系统9等。其中，所述圆筒形前盾6和圆筒形中盾7对接处设置有支撑隔板，该支撑隔板分为前隔板105和后隔板106。前隔板105位于圆筒形前盾6和圆筒形中盾7之间，后隔板106位于圆筒形中盾内部。所述前隔板105和后隔板106密封固定在一起形成密封装置8，该密封装置8的顶板上设置有通孔81并安装有可开闭的盖。所述前隔板105的两侧设置有安全通道19，后隔板106上部设置有观察窗21和门22。

在后隔板106的前表面上固定有一台挖掘机2。参见图4，挖掘机2包括一个外套筒201和一个内套筒203，两者套装并能滑动配合。内套筒203内侧中部固定有顶座206。外套筒201后端内壁设置有铰接耳202。伸缩油缸204的一端铰接在顶座206上、另一端铰接在铰接耳202上。伸缩油缸204工作可驱动内套筒在外套筒中伸缩平移。

内套筒内的顶座206前面通过一个销轴208铰接有一个顶推油缸207。

挖掘机2的挖掘头209通过四连杆机构210安装在内套筒前端。安装关系为：四连杆机构的前侧两个销轴213和214分别位于挖掘头209的上、下侧。四连杆的后侧第一个销轴211设置在内套筒203前侧外壁设置的固定板上。四连杆的后侧第二个销轴212铰接在所述顶推油缸活塞杆前端。

图4和图5中，挖掘机2同时采用上下模式和左右模式安装在后隔板上。具体结构是：在后隔板的前表面上设置一个活动支架，该活动支架的后端通过竖向转轴安装在竖向底座上，该竖向底座固定在后隔板上。该活动支架的前侧分别设置有上铰接耳104和下铰接耳103。挖掘机2的外套筒201后端外侧壁上设置有交接底座215，该交接底座215与所述下铰接耳103通过销轴216安装在一起。外套筒201的前端与所述上铰接耳104之间连接有上下拉动油缸。同时在挖掘机外套筒一侧或两侧壁上安装有左右拉动油缸。该方案适合一个挖掘机进行上、下、左、右摆动挖掘。

挖掘机2外套筒上端设置可以前后平移的钻机装置，该钻机装置的钻机32与外套筒201之间通过油缸33连接。钻机32与外套筒21的接触面通过导轨配合滑动，标号31为导轨座。

参见图2和图6，在圆筒形前盾6的内表面上部，沿内表面圆周设置有多个可以伸缩的插刀5。所述插刀5包括插刀刀身51、插刀油缸54。

所述圆筒形前盾6的内表面设置有刀槽，插刀刀身51和插刀油缸54位于所述刀槽内。所述刀槽是在刀身两侧分别设置竖向支撑板108，竖向支撑板108上端固定在圆筒形前盾6内壁上，竖向支撑板108下端设置有向内翻折的支撑脚109。

插刀刀身51后端的连接耳52与插刀油缸54前端的活塞杆通过销轴53铰接在一起，插刀油缸54后端通过销轴61铰接在后座上，该后座固定在圆筒形前盾6的内壁后端。所述插刀前端设置有插刀头。

参见图6、图7和图8，在每个插刀5上设置有可以展开和折叠的支撑挡板4。具体结构是：所述支撑挡板为L形结构，该L形挡板的一脚向上设置有前轴孔45，L形挡板的另一脚设置连接耳42，油缸41的前端通过销轴43铰接在该连接耳42上，该油缸41后端设置有后轴孔46。在插刀刀身51的前后分别设置有前销轴55和后销轴56后销轴，所述前轴孔45和后轴孔46分别套装固定在前销轴55和后销轴56上。L形挡板上固定有挡片44。

所述圆筒形前盾6的底部设置有排渣口23，排渣口23两侧设置有拨料器20。在圆筒形前盾6、圆筒形中盾7和圆筒形后盾8的下部设置有贯穿的并倾斜向上的排渣输送机，图1中的排渣输送机为螺旋输送机13。

另外，在前隔板105下部设置有螺旋机换刮板机快速转换装置17，该转换装置17是在前隔板上设置有排渣通道，该排渣通道端口为法兰结构，排渣输送机外筒套装在该排渣通道中后，将排渣输送机外筒上的法兰与排渣管道法兰对接固定。

挖掘机2下端设置有临时支护装置15，该临时支护装置包括临时支撑板和支护油缸16，支护油缸一端通过竖向销轴安装在挖掘机外套管下端，另一端通过竖向销轴与临时支撑板连接。

在圆筒形中盾内的支架后端还设置有管片拼装机14。

实施例二：附图未画，可参考图4，内容与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是：所述挖掘机仅采用上下模式安装在后隔板上，即将挖掘机的外套筒后端铰接在后隔板上或者铰接在后隔板设置的固定支架上，外套筒的前端铰接一个或两个上下拉动油缸，该上下拉动油缸另一段铰接在后隔板上或者铰接在后隔板设置的固定支架上。该方案适合多个挖掘机并列安装，每个挖掘机进行上、下挖掘。

Claims

1.一种气压模式浅埋暗挖法盾构，包括圆筒形前盾、圆筒形中盾和圆筒形后盾组成的支撑外壳，设置在圆筒形中盾内部的支架，以及驱动圆筒形中盾前进的推进系统；其特征是：所述圆筒形前盾和圆筒形中盾对接处设置有支撑隔板，该支撑隔板分为前隔板和后隔板，前隔板位于圆筒形前盾和圆筒形中盾之间，后隔板位于圆筒形中盾内部，所述前隔板和后隔板密封固定在一起形成密封装置，该密封装置的顶板上设置有通孔并在安装有可开闭的盖；所述前隔板的两侧设置有安全通道，后隔板上部设置有门和/或观察窗；在后隔板的前表面上固定有至少一台挖掘机，在圆筒形前盾内表面的上部设置有至少一个可以伸缩的插刀，同时在每个插刀上设置有可以展开和折叠的支撑挡板；在圆筒形前盾底部设置有排渣口，所述圆筒形前盾、圆筒形中盾和圆筒形后盾下部设置有贯穿的并倾斜向上的排渣输送机。

2.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：所述挖掘机包括一个外套筒和一个内套筒，两者套装并能滑动配合；内套筒内侧中部固定有顶座，外套筒后端内壁设置有铰接耳，伸缩油缸的一端铰接在顶座上、另一端铰接在铰接耳上；所述顶座的前侧面铰接一个顶推油缸；挖掘机的挖掘头通过四连杆机构安装在内套筒前端，该四连杆机构的前侧两个销轴位于挖掘头上、下侧，四连杆的后侧第一个销轴设置在内套筒前侧外壁设置的固定板上，四连杆的后侧第二个销轴铰接在所述顶推油缸活塞杆前端。

3.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：所述挖掘机采用上下模式安装在后隔板上，即将挖掘机的外套筒后端铰接在后隔板上或者铰接在后隔板设置的固定支架上，外套筒的前端铰接一个或两个上下拉动油缸，该上下拉动油缸另一段铰接在后隔板上或者铰接在后隔板设置的固定支架上。

4.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：所述挖掘机同时采用上下模式和左右模式安装在后隔板上，即将挖掘机的外套筒后端铰接在后隔板设置的活动支架上，外套筒的前端铰接一个或两个上下拉动油缸，该上下拉动油缸另一段铰接在后隔板设置的活动支架上；所述活动支架的后端利用竖向转轴安装有一个竖向底座，该竖向底座固定在后隔板上；同时在挖掘机外套筒一侧或两侧壁上安装有左右拉动油缸。

5.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：挖掘机外套筒上端设置可以前后平移的钻机装置，该钻机装置的钻机与外套筒之间通过油缸连接，钻机与外套筒的接触面通过导轨配合滑动。

6.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：所述插刀包括插刀刀身、插刀油缸，其中插刀刀身后端的连接耳与插刀油缸前端的活塞杆铰接，插刀油缸后端通过销轴铰接在后座上，该后座固定在圆筒形前盾内壁后端；所述插刀前端设置有插刀头；所述圆筒形前盾内表面设置有刀槽，插刀刀身和插刀油缸位于所述刀槽内，所述刀槽是在刀身两侧分别设置竖向支撑板，竖向支撑板上端固定在圆筒形前盾内壁上，竖向支撑板下端设置有向内翻折的支撑脚。

7.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：所述支撑挡板为L形结构，该L形挡板的一脚向上设置有前轴孔，L形挡板的另一脚铰接一个油缸，该油缸后端设置有后轴孔；在插刀刀身的前后分别设置有前、后销轴，所述前、后轴孔分别套装固定在前、后销轴上；L形挡板上固定有挡片。

8.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：挖掘机下端设置有临时支护装置，该临时支护装置包括临时支撑板和支护油缸，支护油缸一端通过竖向销轴安装在挖掘机外套管下端，另一端通过竖向销轴与临时支撑板连接。

9.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：在圆筒形中盾内的支架后端还设置有管片拼装机。

10.根据权利要求1所述的气压模式浅埋暗挖法盾构，其特征是：在前隔板下部设置有螺旋机换刮板机快速转换装置，该转换装置是在前隔板上设置有排渣通道，该排渣通道端口为法兰结构，排渣输送机外筒套装在该排渣通道中后，将排渣输送机外筒上的法兰与排渣管道法兰对接固定。