CN104775824A - 一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机 - Google Patents

一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，包括设置在最前端的复合刀盘、主驱动和盾体，复合刀盘后部与主驱动相栓接，主驱动安装在盾体上，复合刀盘背部设有锥形箱体，盾体中部设有中心料斗，盾体底部设有底部吸浆管；中心料斗后端设有中心吸浆管；底部吸浆管前端设有与锥形箱体相配合的格栅。本发明利用泥水压力平衡掌子面，复合刀盘开挖，锥形箱体同格栅板的相对转动破碎岩块，利用刮渣板、溜渣板将下部的渣土提升至中心料斗，由中心吸浆管排出，实现了上下同步出渣的功能，防止岩块的堆积。本发明有效解决上软下硬地层施工中存在的掌子面压力平衡不易控制的问题和掌子面下部硬岩的切削难题，提高了设备的施工效率及可靠性。

Description

一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机
技术领域
本发明属于隧道施工设备的技术领域，具体涉及一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机。
背景技术
现有盾构机主要分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构、敞口式盾构、双模盾构等，用于地下隧道的施工，适用于软土、硬岩、复合地层等。但是，在上软下硬的地层施工时，由于地层的特殊性造成了施工困难。地层下部较硬，盾构掘进速度较慢，上部较软地层易于掘进，但受到下部地层的限制，反复切削上部软土，造成刀盘、刀具磨损加剧，地面沉降不易控制。现有的泥水盾构存在泥水仓卵石滞留、大块岩石需要安装破碎机进行处理等问题，目前还没有一种专用于该类地层的施工设备，本发明就是在此背景下提出一种可用于上软下硬地层施工的盾构主机。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，解决了上软下硬地层施工中掘进效率低、刀具寿命短、地层沉降控制困难的问题，减少了刀具和刀盘的磨损，防止岩块的堆积，提高了设备的施工效率及可靠性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，包括设置在最前端的复合刀盘、主驱动和盾体，复合刀盘后部与主驱动固定连接，主驱动安装在盾体上，所述复合刀盘背部设有锥形箱体，盾体中部设有中心料斗，盾体底部设有底部吸浆管；所述中心料斗后端设有中心吸浆管；所述底部吸浆管前端设有与锥形箱体相配合的格栅。
所述复合刀盘通过法兰与主驱动相栓接，锥形箱体固定在法兰与复合刀盘面板之间。
所述锥形箱体外部设有耐磨块。
所述锥形箱体由高强钢板焊接而成，锥形箱体四周设有耐磨块。
所述锥形箱体的数量为2至10个，锥形箱体之间设有通道。
所述锥形箱体的圆锥面上设有碎块孔，碎块孔两侧设有耐磨块。
所述格栅两侧设有破碎板。
所述复合刀盘上设有刮渣斗，复合刀盘背部设有与刮渣斗相配合的溜渣板。
所述中心吸浆管和底部吸浆管为直接抽吸式吸浆管。
本发明采用复合刀盘进行下部硬岩掘进，提高了破岩效率，利用泥水平衡地下水压及上部软土压力，维持掌子面的稳定，控制了地面沉降；利用锥形箱体结构同盾体前部格栅板之间的相对转动，破碎进入复合刀盘的岩块，防止岩块在吸浆管口堆积，减少刀具、刀盘的磨损；中心吸浆管和底部吸浆管采用直接抽吸设计，降低岩块在盾体处堆积的可能性；复合刀盘背部的刮渣板、溜渣板可将设备下部较多的渣土提升至中心料斗，再由中心吸浆管排出，实现了上、下同步出渣的功能，减小底部吸浆管的负荷。因此，本发明有效地解决上软下硬地层施工中存在的掌子面压力平衡不易控制问题，有效解决了掌子面下部硬岩的切削难题，而且可省去常规泥水盾构机安装的破碎机，提高了设备的施工效率及可靠性，在上软下硬地质施工中具有非常重大的意义。
附图说明
图1为实施例2的结构示意图。
图2为实施例2复合刀盘的结构示意图。
图3为图2的左视图。
图4为本发明盾体的结构示意图。
图5为图4的左视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体阐述一下本发明。
实施例1
一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，包括设置在最前端的复合刀盘、主驱动和盾体，复合刀盘后部与主驱动固定连接，主驱动安装在盾体上，所述复合刀盘背部设有锥形箱体，盾体中部设有中心料斗，盾体底部设有底部吸浆管；所述中心料斗后端设有中心吸浆管；所述底部吸浆管前端设有与锥形箱体相配合的格栅。
复合刀盘切削其前端掌子面的整个土层，一部分切削的岩土经复合刀盘进入中心料斗，然后通过中心吸浆管运送到盾体的尾部；大部分切削的岩土由于重力作用堆积在盾体前端，锥形箱体在复合刀盘的转动下，与格栅发生转动进一步破碎较硬的岩块，然后通过底部吸浆管将破碎后的岩块传送至盾体尾部。
为了更好的将堆积在盾体前端的岩土，复合刀盘上设有刮渣斗，复合刀盘背部设有与刮渣斗相配合的溜渣板，刮渣斗将下部较多的渣土被提升，然后经溜渣板进入中心料斗，减少了盾体前端的岩土堆积。
实施例2
一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，如图1所示，包括复合刀盘1、主驱动6和盾体5。盾体5支撑整个设备，复合刀盘1设置在盾体5的前端。复合刀盘1设置在整个装置的最前端，直接与掌子面相接触。主驱动6安装在盾体5上，复合刀盘1后部通过法兰7与主驱动6相栓接，主驱动6通过螺栓固定在盾体5上。主驱动6的作用主要是驱动复合刀盘1的转动。主驱动6可以正反转转动，从而使复合刀盘1具备正反转的功能，从而防止岩块在复合刀盘1、盾体5的一侧堆积，减少了复合刀盘1的磨损。主驱动6可以调节复合刀盘1的转向，使整个设备进行姿态调整。
复合刀盘1上设有切削软土层的刀具和切削硬土层的刀具，从而使其可以切削上软下硬地层。利用泥水压力平衡上部的软土地层，较少渣土对刀具、复合刀盘1的磨损，提高其寿命。
复合刀盘1背部设有锥形箱体101，锥形箱体101由高强钢板焊接而成，固定在法兰7与复合刀盘1面板之间。锥形箱体101的数量一般设为2至10个，均匀分布在复合刀盘1的后部。锥形箱体101的横截面为倒着的梯形，四周设有耐磨块102，如图2所示。锥形箱体中部焊接在法兰7上，在主驱动6的带动下，锥形箱体101同复合刀盘1一起转动。耐磨块102由硬质合金制成，其与硬质岩块相接触时磨损量较小。锥形箱体101、耐磨块102的数量越多，其破碎效果越好。
复合刀盘1前端设有刮渣斗103，如图3所示，复合刀盘1背部设有与刮渣斗103相配合的溜渣板104，溜渣板104固定在锥形箱体101中。随着复合刀盘1的转动，刮渣斗103可以将岩块刮起，然后送至溜渣板104。
盾体5中部固定设有中心料斗2，如图1所示，通过溜渣板104的渣土可以进入中心料斗2。中心料斗2后端设有中心吸浆管3，中心吸浆管3安装在主驱动6中心，即从中心吸浆管3从主驱动6中部穿过，中心吸浆管3的后端固定在盾体5上。复合刀盘1背部的刮渣斗103、溜渣板104可将设备下部较多的渣土提升至中心料斗2，再由中心吸浆管3排出。
盾体5前部设有倾斜的格栅501，如图4所示。格栅501所在的平面与盾体5底部成一定的角度，该角度和锥形箱体101下部与盾体5底部的夹角相同，使其与锥形箱体101相配合。格栅501两侧设有破碎板502，如图5所示。锥形箱体101转动时，与静止的格栅501和破碎板502之间是相对转动，因此，锥形箱体101可以破碎从复合刀盘1底部进入并堆积在盾体5前部格栅501和破碎板502上的岩块。破碎后的岩块经格栅501和破碎板502，堆积在盾体5前端的底部。盾体5前端的底部设有底部吸浆管4，底部吸浆管4后端固定在盾体5上且其位于中心吸浆管3的下端，即中心吸浆管3和底部吸浆管4的出渣口接近。底部吸浆管4可以将盾体5前端底部破碎的岩块输送至盾体5的后端，从而达到高效出渣的效果，提高掘进效率。
中心料斗2和中心吸浆管3、底部吸浆管4的配合使用实现上、下同步出渣，减小了底部吸浆管4的负荷。中心吸浆管3和底部吸浆管4为直接抽吸式吸浆管，减少了它们与复合刀盘1的距离，增加了泥浆的流动速度，降低了岩块在盾体5处堆积的可能性，减少了刀具和复合刀盘的磨损。中心吸浆管3和底部吸浆管4使泥水仓内渣土含量低，对刀具、刀盘的磨损很低，解决施工过程中高转速、低推进速度造成磨损严重的问题。
工作过程：复合刀盘1上的刀具破碎掌子面前端的土层，即复合刀盘1对下部较硬岩层进行破碎，利用泥水压力平衡上部的软土地层，较少渣土对刀具、复合刀盘1的磨损，提高其寿命；锥形箱体101间有通道，复合刀盘1切削后的的较硬岩块经通道落到格栅501和破碎板502上，软土经格栅501和破碎板502落到盾体5的前端；利用复合刀盘1背后的锥形箱体101上的耐磨块102同盾体5下部的格栅501和破碎板502间的相对转动，破碎格栅501、破碎板502上的岩块，并搅动岩块，防止较大岩块的堆积；同时，复合刀盘1上的刮渣斗103可将未及时排除的岩块刮起，并通过溜渣板104输送至中心料斗2，然后通过中心吸浆管103排除。
同时，主驱动可以驱动复合刀盘1正转和反转，防止岩块在复合刀盘、盾体一侧的堆积，以达到及时清渣的目的。因此，本发明同时具备硬岩掘进机和泥水盾构的特点，利用该设备可有效地解决上软下硬地层施工中存在的掌子面压力平衡不易控制问题，有效解决了掌子面下部硬岩的切削难题，而且可省去常规泥水盾构机安装的破碎机。
实施例3
一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，包括设置在最前端的复合刀盘、主驱动和盾体，复合刀盘后部与主驱动固定连接，主驱动安装在盾体上，所述复合刀盘背部设有锥形箱体，盾体中部设有中心料斗，盾体底部设有底部吸浆管；所述中心料斗后端设有中心吸浆管；所述底部吸浆管前端设有与锥形箱体相配合的格栅。
锥形箱体是一个整体，其圆锥面上设有碎块孔，碎块孔两侧设有耐磨块。碎块孔均匀分布在锥形箱体的圆锥面上，耐磨块位于锥形箱体圆锥面的外表面上。经复合刀盘切削后的较硬岩块经碎块孔落到格栅上，软土经格栅落到盾体底部吸浆口处。锥形箱体在复合刀盘的带动下转动，锥形箱体上的耐磨块与格栅上的硬岩块相接触，从而破碎岩块。
其他结构和工作过程与实施例2相同。
以上所述，仅为本发明示意性的、较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，包括设置在最前端的复合刀盘（1）、主驱动（6）和盾体（5），复合刀盘（1）后部与主驱动（6）固定连接，主驱动（6）安装在盾体（5）上，其特征在于：所述复合刀盘（1）背部设有锥形箱体（101），盾体（5）中部设有中心料斗（2），盾体（5）底部设有底部吸浆管（4）；所述中心料斗（2）后端设有中心吸浆管（3）；所述底部吸浆管（4）前端设有与锥形箱体（101）相配合的格栅（501）。
2.根据权利要求1所述的可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，其特征在于，所述复合刀盘（1）通过法兰（7）与主驱动（6）相栓接，锥形箱体（101）固定在法兰（7）与复合刀盘（1）面板之间。
3.根据权利要求1或2所述的可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，其特征在于，所述锥形箱体（101）外部设有耐磨块（102）。
4.根据权利要求3所述的可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，其特征在于，所述锥形箱体（101）由高强钢板焊接而成，锥形箱体（101）四周设有耐磨块（102）。
5.根据权利要求4所述的可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，其特征在于，所述锥形箱体（101）的数量为2至10个，锥形箱体（101）之间设有通道。
6.根据权利要求3所述的可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，其特征在于，所述锥形箱体（101）的圆锥面上设有碎块孔，碎块孔两侧设有耐磨块（102）。
7.根据权利要求1所述的可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，其特征在于，所述格栅（501）两侧设有破碎板（502）。
8.根据权利要求7所述的可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，其特征在于，所述复合刀盘（1）上设有刮渣斗（103），复合刀盘（1）背部设有与刮渣斗（103）相配合的溜渣板（104）。
9.根据权利要求1所述的可用于上软下硬地层的泥水盾构主机，其特征在于，所述中心吸浆管（3）和底部吸浆管（4）为直接抽吸式吸浆管。
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