CN105201521A - 变尺寸变形态盾构坦克和挖掘救援方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变尺寸变形态盾构坦克和挖掘救援方法，包括盾构机主体和盾构机刀盘，盾构机主体下方设置有履带式行走机构；盾构机主体外侧通过千斤顶安装有护板，相邻护板之间的后方滑动连接有间隙支撑板，所述护板和间隙支撑板组合形成可伸缩的外侧保护罩；盾构机刀盘设置有能够沿径向展开的辅助刀具。可变尺寸：适应不同洞径；可变形态：伸缩进退自如。盾构机底部设置了履带式行走机构，行进方式灵活，提高掘进效率。盾构机主体外侧左、右两侧和上侧三个方向都设置有可以伸缩变形的组合保护罩，具有保护和伸缩功能，收缩后体积变小，很容易推出和移动。

Description

变尺寸变形态盾构坦克和挖掘救援方法

技术领域

本发明属于隧道掘进的专用工程机械领域，具体涉及一种变尺寸变形态盾构坦克和挖掘救援方法。

背景技术

目前，在铁路、公路、地铁、钻山等隧道工程施工作业中，盾构机是一种常见的隧道掘进的专用工程机械。盾构机用于隧道暗挖施工作业，其主要功能是通过土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等完成隧道的成型挖掘。现有的盾构机包括圆筒形的壳体，壳体前部设置有切削装置，切削装置包括圆形刀盘，在刀盘上固定连接有若干把切削刀，切削刀刀头通常采用超硬合金材料制成，切削刀位于同一径向平面内，在隧道挖掘过程中，切削刀随刀盘旋转掘进，隧道内被挖掘出的泥土及岩屑等杂物通过螺旋输送机排出，从而实现隧道的掘进作业。但现有的盾构机也存在有一些不足之处：

现有盾构机利用后部液压缸和两侧部液压缸交替使用推动盾构机向前移动，导致掘进速度较慢、切削效率低，通常在土层中挖掘直径1米～15米大小隧道的掘进速度为每分钟8厘米左右，而遇到硬质岩石时其掘进速度就更加缓慢，导致施工工期较长，施工作业量较大。

现有盾构机通常只能前进不能后退，一旦遇到塌方或者机体受损等无法继续进行施工的问题，需要人员进入内部机舱进行维修，机舱因环境恶劣和结构空间小等诸多原因造成维修难度大。如遇到无法现场维修的情况，盾构机很难被退出。而且，因挖掘过程造成底层局部压力变化，容易出现塌方等事故，现有盾构机机身庞大无法实现收缩功能，很难退出。由于营救难度大和耗时长问题，会对地下工作人员造成生命危急。

另外，现有盾构机的尺寸固定不变，型号单一，针对不同洞径，需购置不同盾构机才能匹配使用。

发明内容

本发明针对现有盾构机存在不能收缩变形从而无法在塌方等事故中顺利脱身的问题，提供一种变尺寸变形态盾构坦克，以及利用变尺寸变形态盾构坦克的挖掘及救援方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种变尺寸变形态盾构坦克，包括盾构机主体和盾构机刀盘，盾构机主体下方设置有履带式行走机构；盾构机主体外侧通过千斤顶安装有护板（千斤顶是具有双向顶力的大吨位千斤顶），相邻护板之间的后方滑动连接有间隙支撑板，所述护板和间隙支撑板组合形成可伸缩的外侧保护罩；盾构机刀盘设置有能够沿径向展开的辅助刀具；在外侧保护罩未扩张状态下，辅助刀具密闭于盾构机刀盘内，当外侧保护罩扩张后，辅助刀具随之展开，保证辅助刀具和外侧保护罩在扩张后随旋切前进。当外侧保护罩收缩后，盾构机刀盘的辅助刀具缩退于固定刀具内，或者盾构机刀盘收缩后再整体后退入保护罩内。可变尺寸：适应不同洞径；可变形态：伸缩进退自如。

盾构机主体内设置有应急救生舱，配备有氧气罐和食品柜及饮用水箱和空气净化装置，自备发电机和储油罐。

护板与间隙支撑板之间设置有滑槽和滑块配合结构，并在护板与间隙支撑板之间连接有密封带。

在固定刀具后侧设置刀鞘，辅助刀具位于刀鞘内并能径向伸缩，辅助刀具的内端连接有液压缸，液压缸的根部铰接在刀盘主体内。

所述辅助刀具铰接在固定刀具的末端，或者铰接在刀盘主体圆周边缘，在辅助刀具后侧铰接有液压缸，液压缸的根部铰接在刀盘主体内。

或者，在所述辅助刀具内或者在固定刀具内设置隐藏钻具。

在盾构机前后下方分别设置双向千斤顶支腿，以增加前后推力。

所述履带式行走机构，其两侧履带、驱动轮及驱动机构为角度可调式。

在挖掘机主体内侧及后侧连接有刮板输送机构或者螺旋输送机构，并连接有管片安装机。

在挖掘机主体后侧设置有支护设备。

在护板边缘设置切割粉碎清理装置。

一种利用变尺寸变形态盾构坦克的挖掘及救援方法，包括以下步骤：

（1）使用所述变尺寸变形态盾构坦克，将盾构机主体外侧的径向千斤顶都打开，从而使各护板和间隙支撑板组合形成可伸缩的外侧保护罩；并将盾构机刀盘展开，利用固定刀具和辅助刀具同时工作，挖掘直径不小于保护罩直径；同时进行注水和泥浆输送，以及管片安装；

（2）在挖掘行进过程中，在后方通过支护设备分别支护至少两根平行立柱，各立柱之间的宽度小于保护罩最大直径但大于保护罩最小直径，各立柱上方支撑在新开挖洞壁顶部；进行管片安装时，拆除各立柱，或在管片内通过立柱进行上述支护作业；

（3）当发生塌方事故时，保护罩和刀盘都收缩为最小状态，从各立柱之间退出。

盾构机主体内设置有应急救生舱，配备有氧气罐、食品柜、饮用水箱、空气净化装置和卫生间，当盾构机被卡死无法退出时，或因退出缓慢需要生命补给时，利用应急救生舱提供氧气、食物和饮用水。

本发明可变尺寸：适应不同洞径；可变形态：伸缩进退自如：

1、盾构机底部设置了履带式行走机构，具有常规履带车的行走功能，可前进和后退，行进方式灵活，提高掘进效率。可以从底部对盾构机自前到后都进行固定约束，增加盾构机工作稳定性。

2、盾构机主体外侧左、右两侧和上侧三个方向都设置有可以伸缩变形的组合保护罩，具有保护和伸缩功能，收缩后体积变小，很容易推出和移动。驱动组合保护罩的各千斤顶是具有双向顶力的大吨位千斤顶。

3、盾构机刀盘包括固定刀具和辅助刀具，辅助刀具可径向伸缩或折叠，从而能够支持展开后挖掘较大直径端面，与保护罩配合使用，效果很好。此盾构坦克可用于复杂岩体，煤矿开采，危险洞室作业区域。

4、针对现有盾构机尺寸固定和型号单一问题，本发明提供的可变尺寸盾构坦克，可适用不同直径的隧洞开挖，而且在危险情况下，可缩骨退出。

附图说明

图1是本发明展开状态的侧面结构示意图；

图2是本发明折叠状态的侧面结构示意图；

图3是图1的A-A剖面结构示意图；

图4是图2的B-B剖面结构示意图；

图5是图1的C向结构示意图；

图6是含隐藏钻具的刀盘结构示意图；

图7是图4的D部放大结构示意图；

图8是护板与间隙支撑板搭接结构示意图。

图中，标号1为盾构机主体，2为盾构机刀盘，201为固定刀具，202为辅助刀具，203为幅板，204为固定刮槽，205为辅助刮槽，3为履带式行走机构，4为护板，6为千斤顶，7为隐藏钻具，8为千斤顶支腿，9为切割粉碎清理装置，10为大吨位掛钩装置。

具体实施方式

实施例1：变尺寸变形态盾构坦克，包括盾构机主体1和盾构机刀盘2等结构。以及，在挖掘机主体内侧及后侧连接有刮板输送机构或者螺旋输送机构，并连接有管片安装机。在挖掘机主体后侧设置有支护设备。盾构机主体1内设置有应急救生舱，配备有氧气罐和食品柜及饮用水箱和空气净化装置。可以自备发电机和储油罐。

参见图1和图2，盾构机主体1下方设置有履带式行走机构3。履带式行走机构3的两侧履带、驱动轮及驱动机构为角度可调式。具有常规履带车的行走功能，可前进和后退，而且可与圆形隧道内部贴合使用。

参见图3和图4，盾构机主体1外侧通过千斤顶安装有护板4，相邻护板4之间的后方滑动连接有间隙支撑板5，所述护板4和间隙支撑板5组合形成可伸缩的外侧保护罩。参见图7护板4与间隙支撑板5之间设置有滑槽和滑块配合结构，并在护板4与间隙支撑板5之间连接有密封带。驱动组合保护罩的各千斤顶是具有双向顶力的大吨位千斤顶。当千斤顶伸出时，履带车体积变大，滑块随滑槽移动，但要严格保持密封性。当履带车收缩体积时，千斤顶反向使力，各护板随之收缩。为防止被岩块卡住护板，影响其收缩，在护板边缘设置切割粉碎清理装置。例如在护板边缘安装有电锯片或电钻及吹风管路等。

在外侧保护罩未扩张状态下，辅助刀具密闭于盾构机刀盘内，当外侧保护罩扩张后，辅助刀具随之展开，保证辅助刀具和外侧保护罩在扩张后随旋切前进。

参见图5，盾构机刀盘2设置有能够沿径向展开的辅助刀具202。在固定刀具201后侧设置刀鞘，辅助刀具202位于刀鞘内并能径向伸缩，辅助刀具202的内端连接有液压缸，液压缸的根部铰接在刀盘主体内。同时，与辅助刀具202一起可设置辅助刮槽205，以便将边缘泥浆收集回流于固定刮槽204内。当外侧保护罩收缩后，盾构机刀盘的辅助刀具缩退于固定刀具内，或者盾构机刀盘收缩后整体再后退。

另外，为增加履带盾构机的顶力，在盾构机前后下方分别设置双向千斤顶支腿，以增加前后推力。

实施例2：在实施例1基础上，对辅助刀具202进行修改：辅助刀具202铰接在固定刀具201的末端，或者铰接在刀盘主体圆周边缘，在辅助刀具202后侧铰接有液压缸，液压缸的根部铰接在刀盘主体内。

实施例3：在实施例1或2基础上，在辅助刀具上设置隐藏钻具，参见图6，隐藏钻具7能够伸出和缩进，可进行辅助作业。

实施例4：在实施例1基础上，将护板与间隙支撑板采用搭接结构，参见图8，护板4与间隙支撑板5均通过千斤顶6支护和牵引。并在各护板的边缘设置有尖齿刀9，搭接后的尖齿刀向内形成剪切力，可清楚上部的岩石。另外，图8中的伸缩护板，即使全部缩小，外层护板也不闭合，所留空间防止岩石硬物卡死。

实施例5：在实施例1基础上，在图1所示盾构机主体的尾部加一大吨位掛钩装置，在紧急情况下，可提供外力牵引。

实施例6：一种利用实施例1所述变尺寸变形态盾构坦克的挖掘及救援方法，包括以下步骤：

（1）使用所述变尺寸变形态盾构坦克，将盾构机主体1外侧的径向千斤顶6都打开，从而使各护板4和间隙支撑板5组合形成可伸缩的外侧保护罩；并将盾构机刀盘2展开，利用固定刀具201和辅助刀具202同时工作，挖掘直径不小于保护罩直径；同时进行注水和泥浆输送，以及管片安装。

（2）在挖掘行进过程中，在后方通过支护设备分别支护至少两根平行立柱，各立柱之间的宽度小于保护罩最大直径但大于保护罩最小直径，各立柱上方支撑在新开挖洞壁顶部；进行管片安装时，拆除各立柱，或在管片内通过立柱进行上述支护作业。另外，与普通盾构机工作方式不同之处还在于：普通盾构是在盾构机上方用予制顶拱板填充，而本专利是在盾构后方用钢衬混凝土组合结构衬砌。

（3）当发生塌方事故时，保护罩和刀盘都收缩为最小状态，从各立柱之间退出。

（4）盾构机主体1内设置有应急救生舱，配备有氧气罐、食品柜、饮用水箱、空气净化装置和卫生间，自备发电机和储油罐，当盾构机被卡死无法退出时，或因退出缓慢需要生命补给时，利用应急救生舱提供氧气、食物和饮用水。

Claims (10)

1.一种变尺寸变形态盾构坦克，包括盾构机主体和盾构机刀盘，其特征是：盾构机主体下方设置有履带式行走机构；盾构机主体外侧通过千斤顶安装有护板，相邻护板之间的后方滑动连接有间隙支撑板，所述护板和间隙支撑板组合形成可伸缩的外侧保护罩；盾构机刀盘设置有能够沿径向展开的辅助刀具；在外侧保护罩未扩张状态下，辅助刀具密闭于盾构机刀盘内，当外侧保护罩扩张后，辅助刀具随之展开，保证辅助刀具和外侧保护罩在扩张后随旋切前进，当外侧保护罩收缩后，盾构机刀盘的辅助刀具缩退于固定刀具内，或者盾构机刀盘收缩后再整体后退入保护罩内。

2.根据权利要求1所述的变尺寸变形态盾构坦克，其特征是：盾构机主体内设置有应急救生舱，配备有氧气罐和食品柜及饮用水箱和空气净化装置，自备发电机和储油罐。

3.根据权利要求1所述的变尺寸变形态盾构坦克，其特征是：护板与间隙支撑板之间设置有滑槽和滑块配合结构，并在护板与间隙支撑板之间连接有密封带。

4.根据权利要求1所述的变尺寸变形态盾构坦克，其特征是：在固定刀具后侧设置刀鞘，辅助刀具位于刀鞘内并能径向伸缩，辅助刀具的内端连接有液压缸，液压缸的根部铰接在刀盘主体内；或者，所述辅助刀具铰接在固定刀具的末端，或者铰接在刀盘主体圆周边缘，在辅助刀具后侧铰接有液压缸，液压缸的根部铰接在刀盘主体内；或者，在所述辅助刀具内或者在固定刀具内设置隐藏钻具。

5.根据权利要求1所述的变尺寸变形态盾构坦克，其特征是：在盾构机前后下方分别设置双向千斤顶支腿，以增加前后推力。

6.根据权利要求1所述的变尺寸变形态盾构坦克，其特征是：所述履带式行走机构，其两侧履带、驱动轮及驱动机构为角度可调式。

7.根据权利要求1所述的变尺寸变形态盾构坦克，其特征是：在挖掘机主体内侧及后侧连接有刮板输送机构或者螺旋输送机构，并连接有管片安装机；在挖掘机主体后侧设置有支护设备。

8.根据权利要求1所述的变尺寸变形态盾构坦克，其特征是：在护板边缘设置切割粉碎清理装置。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述变尺寸变形态盾构坦克的挖掘及救援方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）使用所述变尺寸变形态盾构坦克，将盾构机主体外侧的径向千斤顶都打开，从而使各护板和间隙支撑板组合形成可伸缩的外侧保护罩；并将盾构机刀盘展开，利用固定刀具和辅助刀具同时工作，挖掘直径不小于保护罩直径；同时进行注水和泥浆输送，以及管片安装；

（2）在挖掘行进过程中，在后方通过支护设备分别支护至少两根平行立柱，各立柱之间的宽度小于保护罩最大直径但大于保护罩最小直径，各立柱上方支撑在新开挖洞壁顶部；进行管片安装时，拆除各立柱，或在管片内通过立柱进行上述支护作业；

（3）当发生塌方事故时，保护罩和刀盘都收缩为最小状态，从各立柱之间退出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是：盾构机主体内设置有应急救生舱，配备有氧气罐、食品柜、饮用水箱、空气净化装置和卫生间，自备发电机和储油罐，当盾构机被卡死无法退出时，或因退出缓慢需要生命补给时，利用应急救生舱提供氧气、食物和饮用水。