CN106351666B - 一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备及其所用自冲刷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备及其所用自冲刷系统，解决现有技术中盾构顶管机设备造成地表沉降较大、压力平衡响应速度较慢、挖掘效率较低的问题。本发明包括护盾盾体、自冲刷刀盘和驱动系统，护盾盾体包括前盾和尾盾，前盾通过纠偏油缸与尾盾相连，尾盾后端与管片连接，在盾体内设有泥水循环系统，自冲刷刀盘与前隔板之间形成泥水仓，前隔板与后隔板间形成高压空气仓，高压空气仓下部与泥水仓下部相通；自冲刷刀盘中设有自冲刷系统，驱动系统中设有双通道分离流体系统。本发明在泥水平衡的基础上设计了一种可切换的新型平衡方式，提高压力平衡仓的响应速度，减小对地层的扰动，适用性更强；同时设计了一种气压辅助泥水刀盘冲刷系统，提高掘进施工效率。

Description

一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备及其所用自冲刷系统

技术领域

本发明涉及隧道施工的技术领域，特别是指一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备及其所用自冲刷系统。

背景技术

随着我国城市化进程的快速发展，科学合理的充分开发利用城市地下空间，是扩展城市容积，解决城市问题的重要手段。加之人们对环境保护的意识增强，非开挖技术在地下空间开发施工中起到越来越重要的作用和地位。泥水平衡顶管技术不用大量拆迁，不用开挖地面，地面无噪音、无尘土，而且全部采用自动化控制，工程进度较快，因此，是一种即可减少工程污染，又可大幅度节约工程投资的施工技术。

现有的顶管机大多采用土压平衡式和泥水平衡式，随着施工的进行，掌子面的压力会不断变化，为了有效降低地表沉降，土压仓或泥水仓需做到快速响应以及对仓内压力的精确控制。同时现有的刀盘系统只能进行挖掘，不能对整个断面进行冲刷，挖掘效率较低。因此一种能够减少对地表扰动、有效降低地表沉降、响应快速、挖掘效率高的盾构顶管机设备亟待被提出。

发明内容

本发明提出一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备及其所用自冲刷系统，解决了现有技术中盾构顶管机设备造成地表沉降较大、压力平衡响应速度较慢、挖掘效率较低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备，包括支撑整个设备的护盾盾体、前端的自冲刷刀盘、相邻于自冲刷刀盘后部的驱动系统，护盾盾体包括前盾和尾盾，前盾通过纠偏油缸与尾盾相连，尾盾后端与管片连接，在盾体内设有泥水循环系统，自冲刷刀盘与前隔板之间形成泥水仓，前隔板与后隔板间形成高压空气仓，高压空气仓下部与泥水仓下部相通，通过对高压空气仓内空气压力控制，实现泥水仓内泥水与掌子面压力平衡；自冲刷刀盘中设有自冲刷系统，驱动系统中设有双通道分离流体系统。

所述的自冲刷系统包括刀盘辐条冲刷口、刀盘中心冲刷口、刀盘辐条冲刷管路以及刀盘冲刷橡胶喷口，刀盘中心冲刷口位于刀盘中心并与刀盘冲刷橡胶喷口相连，刀盘辐条冲刷口位于刀盘辐条上并与刀盘辐条冲刷管路相连。

所述自冲刷系统与双通道分离流体系统连接，双通道分离流体系统包括位于驱动装置末端的流体回转块转子、流体回转块定子、空心主轴及位于主轴内的中心管，流体回转块定子通过流体回转块限位杆及限位挡杆固定，流体回转块转子通过连接法兰与空心主轴连接，流体回转块定子内孔开设两个导流环槽，流体回转块转子内设计有两个分别于两个导流环槽连接的冲刷管孔，两个冲刷管孔分别与驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道和驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道连接，驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道与刀盘中心冲刷口相连；驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道通过刀盘上的刀盘辐条冲刷管路与刀盘辐条冲刷口连接。

所述的泥水仓和高压空气仓通过下部阀门相连，闸门开启时实现空气辅助泥水平衡掘进，阀门关闭时实现泥水平衡掘进，泥水仓和高压空气仓均可独立通过出浆管与泥水循环系统相连。

所述的高压空气仓内设有排浆系统，排浆系统包括出浆口冲刷管路、液压式破碎机、滤栅、出浆管，液压式破碎机设在出浆管管口位置，出浆管管口处设有滤栅；后隔板上部设有高压空气口；泥水仓连接有全断面泥水冲刷管路。

所述的后隔板上设有物料口。

所述的护盾盾体和管片为矩形截面，所述的自冲刷刀盘包括三个前部小刀盘和三个后部小刀盘，前部小刀盘成倒品字形排列，后部小刀盘成品字形排列。

一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备用自冲刷系统，所述的自冲刷系统包括刀盘辐条冲刷口、刀盘中心冲刷口、刀盘辐条冲刷管路以及刀盘冲刷橡胶喷口，刀盘中心冲刷口位于刀盘中心并与刀盘冲刷橡胶喷口相连，刀盘辐条冲刷口位于刀盘辐条上并与刀盘辐条冲刷管路相连，所述自冲刷系统与双通道分离流体系统连接，双通道分离流体系统包括位于驱动装置末端的流体回转块转子、流体回转块定子、空心主轴及位于主轴内的中心管，流体回转块定子通过流体回转块限位杆及限位挡杆固定，流体回转块转子通过连接法兰与空心主轴连接，流体回转块定子内孔开设两个导流环槽，流体回转块转子内设计有两个分别与两个导流环槽连接的冲刷管孔，两个冲刷管孔分别与驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道和驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道连接，驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道与刀盘中心冲刷口相连；驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道通过刀盘上的刀盘辐条冲刷管路与刀盘辐条冲刷口连接。

本发明具有以下有益效果：在泥水平衡的基础上设计了一种可切换的气压辅助泥水平衡方式，可以有效提高压力平衡仓的响应速度，减小对地层的扰动，适用性更强。此外，本发明设计了一种新型刀盘冲刷系统，提高掘进施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备总图。

图2为一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备后隔板右视图。

图3为一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备高压空气仓工作视图。

图4为一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备刀盘布局图。

图5为一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备刀盘与驱动结构图。

图6为图5中A处放大图。

图7为图6中B处放大图。

图8为图6中C处放大图。

图9为一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备总体装配图。

其中：其中1-自冲刷刀盘；2-泥水仓；3-高压空气仓；4-前盾；5-尾盾；6-全断面泥水冲刷管路；7-出浆口冲刷管路；8-驱动系统；9-高压空气口；10-物料口；11-液压式破碎机；12-滤栅；13-出浆管；14-纠偏油缸；15-高压空气；16-高压泥浆；17-矩形护盾；18-管片；101-刀盘中心冲刷口；102-刀盘辐条冲刷管路；103-刀盘辐条冲刷口；104-刀盘冲刷橡胶喷口；105-空心轴；401-前隔板；402-后隔板；801-驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道；802-刀盘中心冲刷入口；803-刀盘辐条冲刷入口；804-流体回转块定子；805-流体回转块转子；806-流体回转块限位杆；807-限位档杆；808-连接法兰；809-主轴；810-油封骨架；811-主轴透盖；812-导流环槽；813-主轴周边管孔；814-中心管；815-轴端封块；816-驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1~9所示，本发明提出一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备，包括支撑整个设备的护盾盾体17、前端的自冲刷刀盘1、相邻于自冲刷刀盘1后部的驱动系统8，护盾盾体17包括前盾4和尾盾5，前盾4通过纠偏油缸14与尾盾5相连，尾盾5后端与管片18连接，在盾体内设有泥水循环系统，自冲刷刀盘1与前隔板401之间形成泥水仓2，前隔板401与后隔板402间形成高压空气仓3，高压空气仓3下部与泥水仓2下部相通，通过对高压空气仓3内空气压力控制，实现泥水仓2内泥水与掌子面压力平衡；自冲刷刀盘1中设有自冲刷系统，驱动系统8中设有双通道分离流体系统。

所述的自冲刷系统包括刀盘辐条冲刷口103、刀盘中心冲刷口101、刀盘辐条冲刷管路102以及刀盘冲刷橡胶喷口104，刀盘中心冲刷口101位于刀盘中心并与刀盘冲刷橡胶喷口104相连，刀盘辐条冲刷口103位于刀盘辐条上并与刀盘辐条冲刷管路102相连。

所述自冲刷系统与双通道分离流体系统连接，双通道分离流体系统包括位于驱动装置末端的流体回转块转子805、流体回转块定子804、空心主轴809及位于主轴内的中心管814，流体回转块定子804通过流体回转块限位杆806及限位挡杆807固定，流体回转块转子805通过连接法兰808与空心主轴809连接，流体回转块定子804内孔开设两个导流环槽812，流体回转块转子805内设计有两个分别于两个导流环槽812连接的冲刷管孔，两个冲刷管孔分别与驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道801和驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道816连接，驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道801与刀盘中心冲刷口101相连；驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道816通过刀盘上的刀盘辐条冲刷管路102与刀盘辐条冲刷口103连接。

所述的泥水仓2和高压空气仓3通过下部阀门相连，闸门开启时实现空气辅助泥水平衡掘进，阀门关闭时实现泥水平衡掘进，泥水仓2和高压空气仓3均可独立通过出浆管13与泥水循环系统相连。

所述的高压空气仓3内设有排浆系统，排浆系统包括出浆口冲刷管路7、液压式破碎机11、滤栅12、出浆管13，液压式破碎机11设在出浆管13管口位置，出浆管13管口处设有滤栅12；后隔板402上部设有高压空气口9；泥水仓2连接有全断面泥水冲刷管路6。

所述的后隔板402上设有物料口10，便于特殊情况下异物清理以及作为人员进仓功用。

所述的护盾盾体17和管片18为矩形截面，所述的自冲刷刀盘1包括三个前部小刀盘和三个后部小刀盘，前部小刀盘成倒品字形排列，后部小刀盘成品字形排列。

一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备用自冲刷系统，所述的自冲刷系统包括刀盘辐条冲刷口103、刀盘中心冲刷口101、刀盘辐条冲刷管路102以及刀盘冲刷橡胶喷口104，刀盘中心冲刷口101位于刀盘中心并与刀盘冲刷橡胶喷口104相连，刀盘辐条冲刷口103位于刀盘辐条上并与刀盘辐条冲刷管路102相连，所述自冲刷系统与双通道分离流体系统连接，双通道分离流体系统包括位于驱动装置末端的流体回转块转子805、流体回转块定子804、空心主轴809及位于主轴内的中心管814，流体回转块定子804通过流体回转块限位杆806及限位挡杆807固定，流体回转块转子805通过连接法兰808与空心主轴809连接，流体回转块定子804内孔开设两个导流环槽812，流体回转块转子805内设计有两个分别与两个导流环槽812连接的冲刷管孔，两个冲刷管孔分别与驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道801和驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道816连接，驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道801与刀盘中心冲刷口101相连；驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道816通过刀盘上的刀盘辐条冲刷管路102与刀盘辐条冲刷口103连接。

本实施例的工作原理：自冲刷刀盘1在驱动系统8的电机带动下进行挖掘，当泥水仓2和高压空气仓3之间的阀门打开时，部分高压泥浆16进入高压空气仓3，通过高压空气仓3中的高压空气15提供的压力平衡掌子面的压力，可以实现高压空气辅助泥水平衡的模式进行掘进，起到压力快速响应、精确控制的目的；在滤栅12发生堵塞时，通过液压式破碎机11进行挤压并通过浆口冲刷管路7进行冲刷，当石块过大无法破碎，打开物料口10将石块取出，并可通过物料口10对挖掘工作进行观察。

刀盘自冲刷系统的冲刷流体通过刀盘中心冲刷入口802，经过流体回转块定子804内孔的其中一个导流环槽812，进入到流体回转块转子805中的其中一个冲刷管孔，与驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道801连接，经过空心轴105的中间孔、刀盘中心冲刷口101，对刀盘中心进行冲刷，组成刀盘中心冲刷系统。此外，冲刷流体通过刀盘辐条冲刷入口803，经过流体回转块定子804内孔的另一个导流环槽812，进入到流体回转块转子805中的另一个冲刷管孔，进入到驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道816，通过主轴周边管孔813、刀盘辐条冲刷管路102输送到刀盘辐条冲刷口103，对刀盘辐条进行冲刷，组成刀盘辐条冲刷系统。双通道分离流体系统之间互不干涉，提高了施工效率。限位档杆807与主轴透盖811固定连接，主轴透盖811内设有油封骨架810进行密封，中心管814与空心轴105的连接处设有轴端封块815进行密封。

实施例2

与实施例1基本相同，不同点在于：

关闭泥水仓2和高压空气仓3之间的阀门及高压空气仓3的出浆管13的阀门，关闭高压出气口9，打开泥水仓2的出浆管13的阀门，高压空气仓3停止作业，泥浆直接由泥水仓出浆管排入泥水循环系统，此时该发明使用泥水平衡模式掘进。

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 (6)

1.一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备，包括支撑整个设备的护盾盾体（17）、前端的自冲刷刀盘（1）、相邻于自冲刷刀盘（1）后部的驱动系统（8），护盾盾体（17）包括前盾（4）和尾盾（5），前盾（4）通过纠偏油缸（14）与尾盾（5）相连，尾盾（5）后端与管片（18）连接，在盾体内设有泥水循环系统，其特征在于：自冲刷刀盘（1）与前隔板（401）之间形成泥水仓（2），前隔板（401）与后隔板（402）间形成高压空气仓（3），高压空气仓（3）下部与泥水仓（2）下部相通，通过对高压空气仓（3）内空气压力控制，实现泥水仓（2）内泥水与掌子面压力平衡；自冲刷刀盘（1）中设有自冲刷系统，驱动系统（8）中设有双通道分离流体系统；

所述的自冲刷系统包括刀盘辐条冲刷口（103）、刀盘中心冲刷口（101）、刀盘辐条冲刷管路（102）以及刀盘冲刷橡胶喷口（104），刀盘中心冲刷口（101）位于刀盘中心并与刀盘冲刷橡胶喷口（104）相连，刀盘辐条冲刷口（103）位于刀盘辐条上并与刀盘辐条冲刷管路（102）相连；

所述自冲刷系统与双通道分离流体系统连接，双通道分离流体系统包括位于驱动装置末端的流体回转块转子（805）、流体回转块定子（804）、空心主轴（809）及位于主轴内的中心管（814），流体回转块定子（804）通过流体回转块限位杆（806）及限位挡杆（807）固定，流体回转块转子（805）通过连接法兰（808）与空心主轴（809）连接，流体回转块定子（804）内孔开设两个导流环槽（812），流体回转块转子（805）内设计有两个分别与两个导流环槽（812）连接的冲刷管孔，两个冲刷管孔分别与驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道（801）和驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道（816）连接，驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道（801）与刀盘中心冲刷口（101）相连；驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道（816）通过刀盘上的刀盘辐条冲刷管路（102）与刀盘辐条冲刷口（103）连接。

2.根据权利要求1所述的一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备，其特征在于：所述的泥水仓（2）和高压空气仓（3）通过下部阀门相连，阀门开启时实现空气辅助泥水平衡掘进，阀门关闭时实现泥水平衡掘进；泥水仓（2）和高压空气仓（3）均可独立通过出浆管（13）与泥水循环系统相连。

3.根据权利要求1所述的一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备，其特征在于：所述的高压空气仓（3）内设有排浆系统，排浆系统包括出浆口冲刷管路（7）、液压式破碎机（11）、滤栅（12）、出浆管（13），液压式破碎机（11）设在出浆管（13）管口位置，出浆管（13）管口处设有滤栅（12）；后隔板（402）上部设有高压空气口（9）；泥水仓（2）连接有全断面泥水冲刷管路（6）。

4.根据权利要求1或3所述的一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备，其特征在于：所述的后隔板（402）上设有物料口（10）。

5.根据权利要求1所述的一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备，其特征在于：所述的护盾盾体（17）和管片（18）为矩形截面，所述的自冲刷刀盘（1）包括三个前部小刀盘和三个后部小刀盘，前部小刀盘成倒品字形排列，后部小刀盘成品字形排列。

6.一种泥水平衡矩形盾构顶管机设备用自冲刷系统，其特征在于：所述的自冲刷系统包括刀盘辐条冲刷口（103）、刀盘中心冲刷口（101）、刀盘辐条冲刷管路（102）以及刀盘冲刷橡胶喷口（104），刀盘中心冲刷口（101）位于刀盘中心并与刀盘冲刷橡胶喷口（104）相连，刀盘辐条冲刷口（103）位于刀盘辐条上并与刀盘辐条冲刷管路（102）相连，所述自冲刷系统与双通道分离流体系统连接，双通道分离流体系统包括位于驱动装置末端的流体回转块转子（805）、流体回转块定子（804）、空心主轴（809）及位于主轴内的中心管（814），流体回转块定子（804）通过流体回转块限位杆（806）及限位挡杆（807）固定，流体回转块转子（805）通过连接法兰（808）与空心主轴（809）连接，流体回转块定子（804）内孔开设两个导流环槽（812），流体回转块转子（805）内设计有两个分别与两个导流环槽（812）连接的冲刷管孔，两个冲刷管孔分别与驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道（801）和驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道（816）连接，驱动主轴刀盘中心冲刷流体通道（801）与刀盘中心冲刷口（101）相连；驱动主轴刀盘辐条冲刷流体通道（816）通过刀盘上的刀盘辐条冲刷管路（102）与刀盘辐条冲刷口（103）连接。