CN103953354B - 敞口式盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种敞口式盾构机。该敞口式盾构机包括盾体，盾体的前端设置有与盾体的上壁面连接的支护网格，支护网格包括由若干隔板相连形成的至少一层沿盾体轴向延伸的网格。该敞口式盾构机通过前端设置的支护网格能够对开挖面的上部土体起到支护作用，在敞口式盾构机前移时，支护网格内的渣土能够被前方的土体推出而自动从支护网格后方落下，无需专门针对支护网格内的渣土进行清土工作。因而，本发明的敞口式盾构机通过设置支护网格能够有效保持开挖面的稳定，防止开挖面土体大量涌入盾构机内给挖掘出土带来麻烦，保证挖掘施工效率不受影响，并能有效降低土体塌方的风险，提升敞口式盾构机施工的安全性。

Description

敞口式盾构机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种敞口式盾构机。

背景技术

盾构机是一种隧道掘进的工程机械，被广泛用于地铁、铁路和公路等的修建。盾构机主要包括土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机和敞口式盾构机。在盾构法施工中，需要根据地质条件、造价等因素选择合适的盾构机。

土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机进行隧道挖掘时，能够利用其密闭式结构的优势，抵抗开挖面处的土压和水压，保持开挖面压力平衡，并在压力平衡的状态下，进行土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等作业，使隧道一次成形，施工安全高效；但是这两种盾构机在砂卵石地层施工中，刀具磨损严重，需要频繁开仓换刀，而且这种密闭式盾构机在面对巨大卵砾石或孤石时无法顺利将其排出，需要采取人工开挖小导洞绕至掌子面将障碍石块取出等措施进行处理，大大影响掘进效率；此外，土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机的造价较高，施工成本大。

敞口式盾构机在其盾体前部设置有挡板，支撑上方部分的开挖面，然后对下部的开挖面进行挖掘，这种盾构机的开挖面呈敞开状态，能高效处理任意尺寸的卵砾石、勘探未明的地下桩基等障碍，有效解决土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机等密闭式盾构机在面对巨大卵砾石时难以掘进的困境，并且敞口式盾构机不受圆形刀盘的限制，其端面可以设计为任意合适的形状，如圆形、矩形、马蹄形等。此外，相比土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机，敞口式盾构机的制造成本也大大降低。

但是，由于敞口式盾构机的开挖面是敞开的，无法像土压平衡或泥水平衡盾构机那样保持开挖面处压力平衡，适用于开挖面有一定自稳能力、含水率低或无水的各种围岩，或者以洪积层的砂、砂砾、固结粉砂、黏土和卵砾为主的地层。如果在有水地层进行挖掘，则需要采用降低地下水位的措施。尽管如此，敞口式盾构机在进行挖掘施工时仍难免遇到自稳性较差的地质条件，如经过降水处理的中粗砂地层，严重时会引起掌子面塌方，同时会有大量渣土进入盾体内，轻则导致推进阻力大大增加，出土量过大，影响施工效率，重则引起地面沉降或隧道坍塌，造成施工安全事故。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种敞口式盾构机，其能够有效保持开挖面的稳定，降低土体塌方风险，提升挖掘施工效率和安全性。

具体地，该敞口式盾构机包括盾体，所述盾体的前端设置有与所述盾体的上壁面连接的支护网格，所述支护网格包括由若干隔板相连形成的至少一层沿所述盾体轴向延伸的网格。

进一步地，所述若干隔板包括用于横向分隔所述盾体内部空间的横向隔板和用于纵向分隔所述盾体内部空间的纵向隔板。

进一步地，所述若干隔板之间相互可拆卸连接。

进一步地，所述若干隔板包括两层横向隔板。

进一步地，所述支护网格下方设置有挡土板，所述挡土板后部设置有第一螺旋输送机。

进一步地，所述挡土板包括左侧板和右侧板，所述左侧板和所述右侧板两者前端之间的距离大于两者后端之间的距离。

进一步地，所述支护网格后方设置有挖掘装置，所述挖掘装置包括回转台、连接座和挖掘臂，其中，所述回转台设置在所述盾体上，所述连接座设置在所述回转台上，所述挖掘臂铰接在所述连接座上。

进一步地，所述连接座可前后移动地设置在所述回转台上。

进一步地，所述挖掘臂为折叠臂结构或伸缩臂结构。

进一步地，所述支护网格的每一个网格底部设置有可打开的阀板；

和/或，所述支护网格还包括用于将支护网格后部封闭的后侧隔板，并且所述支护网格的每一个网格对应设置一个第二螺旋输送机。

本发明的敞口式盾构机通过在盾体的前端设置支护网格，支护网格可以将开挖面分区处理，支护网格下方开挖面的土体仍可自由滑落，支护网格面对的开挖面部分的土体向支护网格内滑落，支护网格对这一部分土体进行支撑，进而能够对开挖面的上部起到支护作用。在敞口式盾构机前移时，支护网格内的渣土能够被前方的土体推出而自动从支护网格后方落下，无需专门针对支护网格内的渣土进行清土工作。因而，本发明的敞口式盾构机通过设置支护网格能够有效保持开挖面的稳定，防止开挖面土体大量涌入盾构机内给挖掘出土带来麻烦，保证挖掘施工效率不受影响，并能有效降低土体塌方的风险，提升敞口式盾构机施工的安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的敞口式盾构机的结构示意图；

图2为图1所示的敞口式盾构机的侧面结构示意图，为便于描绘，该视图中主要示出了支护网格，省略了挖掘臂等结构；

图3为图1所示的敞口式盾构机的俯视结构示意图，为便于描绘，该视图主要示出了挡土板和第一螺旋运输机，省略了挖掘臂和支护网格等结构；

图4为本发明实施例提供的另一种敞口式盾构机的结构示意图。

附图标记说明

100-盾体；110-前盾；120-中盾；130-尾盾；200-支护网格；210-横向隔板；220-纵向隔板；300挡土板；400-第一螺旋输送机；510-挖掘臂；520-连接座；530-回转台。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的图1为本发明实施例提供的敞口式盾构机的结构示意图；图2为图1所示的敞口式盾构机的侧面结构示意图；图3为图1所示的敞口式盾构机的俯视结构示意图；图4为本发明实施例提供的另一种敞口式盾构机的结构示意图。

如图1所示，本发明的敞口式盾构机包括盾体100，盾体100的前端设置有与盾体100的上壁面连接的支护网格200，支护网格200包括由若干隔板相连形成的至少一层沿盾体100轴向延伸的网格，即支护网格200包括多个独立的网格。根据前后结构布局，盾体100包括前盾110、中盾120和尾盾130，支护网格200设置在前盾110的前端。

结合图2所示，该支护网格200的隔板包括用于横向分隔盾体100内部空间的横向隔板210，以及用于纵向分隔盾体100内部空间的纵向隔板220，作为本发明的优选实施例，若干隔板中包括两层横向隔板210，即两层横向隔板210分隔盾体100的内部空间使支护网格200具有两层网格，其中上层包括由纵向隔板220分隔成的五个独立的网格空间，下层包括由纵向隔板220分隔成的四个独立的网格空间。图中所示的横向隔板210和纵向隔板220之间采用可拆卸连接，便于横向隔板210和纵向隔板220之间相互组装拆卸，并且能够根据需要形成由不同数量和层数的网格组成的支护网格200，提高支护网格200的布置灵活性。

如图2所示，每一层的横向隔板210的横截面是折线形的，其可以由多块隔板可拆卸连接组成。横向隔板210与盾体100之间优选采用可拆卸连接，便于支护网格200的组装和拆卸，并提升支护网格的布置灵活性。在其他实施例中，横向隔板210还可以是水平布置，本发明对此不做限定。

此外，需要说明的是，尽管该实施例中横向隔板210和纵向隔板220之间，以及多个横向隔板210之间采用可拆卸连接，能够提升支护网格的布置灵活性，但是，本领域技术人员能够理解，为了是支护网格更牢固，横向隔板210和纵向隔板220之间，以及多个横向隔板210之间可以采用焊接固定连接，或一体成型制成，甚至横向隔板210、纵向隔板220与盾体100之间也可以采用焊接固定连接。

在传统的敞口式盾构机进行隧道挖掘工作时，盾构机前端的开挖面的土体会向盾构机内滑落一部分，并在盾构机前部形成自稳面，盾构机前端顶部设置的支护前檐由于设置位置过于靠上，只能对开挖面最上的部分进行支撑，如果土体自稳性较差，大量土体滑落，并会形成较长的自稳面，导致大量渣土涌入至盾体内，给挖掘和向外运土工作带来麻烦，加大了工作量，严重时还会引起开挖面的土体塌方。本发明的敞口式盾构机通过在盾体100的前端设置支护网格200，支护网格200可以将开挖面分区处理，支护网格200下方开挖面的土体仍可自由滑落，支护网格200面对的开挖面部分的土体向支护网格200内滑落，支护网格200对这一部分土体进行支撑，进而能够对开挖面的上部起到支护作用。在敞口式盾构机前移时，支护网格200内的渣土能够被前方的土体推出而自动从支护网格200后方落下，无需专门针对支护网格200内的渣土进行清土工作。因而，本发明的敞口式盾构机通过设置支护网格能够有效保持开挖面的稳定，防止开挖面土体大量涌入盾构机内给挖掘出土带来麻烦，保证挖掘施工效率不受影响，并能有效降低土体塌方的风险，提升敞口式盾构机施工的安全性。

虽然该优选实施例中敞口式盾构机的支护网格200分隔为上层五个网格空间，下层四个网格空间，但是本领域技术人员应当理解的是，根据挖掘区域的土体的自稳性，在其他实施例中，支护网格200可以设置为一层或更多层，且支护网格200的每一层的独立网格空间也可以设置为其他数目。

在具体实施时，如图2和3所示，支护网格200的下方可以设置有挡土板300，挡土板300的后部可以设置有第一螺旋输送机400。挡土板300包括左侧板和右侧板，左侧板和右侧板两者前端之间的距离大于两者后端之间的距离，即左侧板和右侧板的前端均向外倾斜设置，左侧板和右侧板的后端均向内收敛，并指向第一螺旋输送机400，使挡土板300整体呈八字形，且使第一螺旋输送机400位于八字形的后部，便于将渣土引导至挡土板300后部的第一螺旋输送机400处。

再次参照图1，支护网格200的后方可以设置有挖掘装置，该挖掘装置包括回转台530、连接座520和挖掘臂510，其中回转台530设置在盾体100上，如图所示，回转台530的顶部设置在中盾120上，连接座520设置在回转台530底部，连接座520可以随回转台530回转，挖掘臂510的尾部铰接在连接座520上。该实施例中的挖掘臂为折叠臂结构，包括动臂、斗杆和铲斗，如图1所示，其具体结构与挖掘机中的挖掘臂类似。此外，作为该实施例的优选方案，该连接座520还可以以可前后移动的方式设置在回转台530上，例如，这种前后移动的方式可以采用滑轨滑块相配合的方案。从而使得挖掘臂510既可以绕铰接处相对连接座520上下摆动，也可以与连接座520一起随回转台530的转动而左右摆动，还可以与连接座520一起在回转台530上前后移动，这样能够增大挖掘臂510的活动范围，减少挖掘臂的工作死角。

本发明上述优选实施例提供的敞口式盾构机在挖掘工作时，其支护网格200能够在盾体100的内部空间上部支撑土体，有效防止自稳性较差的土体向盾体内部滑落堆积，减少土体或隧道塌方的几率；其八字形的挡土板能够将渣土引导至第一螺旋输送机，便于将渣土运出，防止渣土滑落至盾体底部的两侧死角而无法由螺旋输送机运出，减少人工开挖工作量，同时还能够在一定程度上减小盾构机向前推进时的阻力；挖掘装置中挖掘臂的连接方式使其可以上下、左右摆动，也可以前后移动，增加挖掘臂的挖掘范围，消除挖掘死角。

上述优选实施例中的挖掘臂510为折叠臂结构，在其他实施例中，挖掘臂510也可以采用伸缩臂结构，具体如图4所示，挖掘臂510与盾体100的连接方式仍与上述优选实施例相同，保证挖掘臂510可以上下、左右摆动以及前后移动，伸缩臂的自身具体结构可以参见现有技术中的伸缩臂技术实施，不再赘述。

上述实施例中的支护网格200为前后通透式结构，其中的渣土主要靠敞口式盾构机整体前移时，由前方土体的压力将渣土推出支护网格200而落下，这种落土方式会导致一些渣土堆积在支护网格200内，因此，作为一种优选的方案，还可以在支护网格200底部，即在横向隔板210上设置可打开的阀板(图中未示出)，阀板在敞口式盾构机平常工作时为关闭状态，支护网格200可以支撑土体，在需要落土时，打开横向隔板210上的阀板即可，从而可以避免渣土在支护网格200内残留堆积。

作为另一种可选方案，该支护网格200还包括用于将支护网格封闭的后侧隔板(图中未示出)，并对应每个独立的网格空间分别设置一个小型的第二螺旋输送机(图中未示出)，专门用于运出网格内的渣土。对于该可选方案，在土体自稳性较差，导致土体在支护网格的长度内仍无法形成自稳面时，其后侧隔板还可以用于阻挡土体，起到支护作用。此外，本领域技术人员可以理解的是，上述两种辅助支护网格落土的方案可以单独实施，也可以组合实施。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种敞口式盾构机，包括盾体，其特征在于，所述盾体的前端设置有与所述盾体的上壁面连接的支护网格，所述支护网格包括由若干隔板相连形成的至少一层沿所述盾体轴向延伸的网格；

所述支护网格还包括用于将支护网格后部封闭的后侧隔板，并且所述支护网格的每一个网格对应设置一个第二螺旋输送机。

2.根据权利要求1所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述若干隔板包括用于横向分隔所述盾体内部空间的横向隔板和用于纵向分隔所述盾体内部空间的纵向隔板。

3.根据权利要求2所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述若干隔板之间相互可拆卸连接或焊接。

4.根据权利要求3所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述若干隔板包括两层横向隔板。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述支护网格下方设置有挡土板，所述挡土板后部设置有第一螺旋输送机。

6.根据权利要求5所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述挡土板包括左侧板和右侧板，所述左侧板和所述右侧板两者前端之间的距离大于两者后端之间的距离。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述支护网格后方设置有挖掘装置，所述挖掘装置包括回转台、连接座和挖掘臂，其中，所述回转台设置在所述盾体上，所述连接座设置在所述回转台上，所述挖掘臂铰接在所述连接座上。

8.根据权利要求7所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述连接座可前后移动地设置在所述回转台上。

9.根据权利要求7所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述挖掘臂为折叠臂结构或伸缩臂结构。

10.根据权利要求1至4中任意一项所述的敞口式盾构机，其特征在于，所述支护网格的每一个网格底部设置有可打开的阀板。