CN108386203A - 盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机，包括：盾体、刀盘组件、第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构。刀盘组件包括主切削刀盘和多个辅助切削刀盘，主切削刀盘可转动地设在盾体的前侧且与盾体之间限定出土仓，主切削刀盘沿上下方向可移动，多个辅助切削刀盘可转动地设在土仓内，多个辅助切削刀盘邻近盾体的底部且位于主切削刀盘的竖直中心线的左右两侧，主切削刀盘的回转直径大于辅助切削刀盘的回转直径，且主切削刀盘的回转直径与盾体的最大宽度相同。根据本发明的盾构机，开挖形成的断面为上部为半圆形且下部为矩形，该断面的隧道内部空间利用率高、管片受压小、稳定性高，且该盾构机结构简单、成本低。

Description

盾构机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其是涉及一种盾构机。

背景技术

近年来，随着城市交通拥堵问题的日益严重，越来越多的城市开始进行地铁项目的建设。盾构机因其对环境影响小，适用于大埋深、高土压、高水压施工，且具有成本低、适用范围广等优点，在城市地铁项目建设中占据了统治地位，且已成为一种不可缺少的隧道通用施工技术。

近三十年来，盾构技术飞速发展，盾构型式多样化，目前盾构机的断面形状涉及圆形、矩形、多圆搭接形、类马蹄形等。其中，由于圆形断面具有较多的优点使其成为使用最多的断面形状，但圆形断面隧道也存在内部空间利用率低的缺点。矩形断面在施工中也有应用，该断面隧道的优点是内部空间利用率较高，但该断面形状隧道也存在明显的不足之处(例如管片受压大、设计拼装复杂，成本高等)。多圆搭接形隧道虽然空间利用率较高，但盾构机的掘削机构及驱动装置设计、管片设计及施工难度较大，整机制造成本较高。类马蹄形盾构机开挖断面为非标准马蹄形，由多个刀盘及驱动机构组成，该类盾构机结构复杂，设计及维护成本较高，且管片的拼装及后期施工成本较大，不适于大规模推广使用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种盾构机，利用所述盾构机形成的隧道具有内部空间利用率高、管片受压小、稳定性高的优点，且所述盾构机结构简单、成本低。

根据本发明实施例的盾构机，包括：盾体；刀盘组件，所述刀盘组件包括主切削刀盘和多个辅助切削刀盘，所述主切削刀盘可转动地设在所述盾体的前侧且与所述盾体之间限定出土仓，所述主切削刀盘沿上下方向可移动，多个所述辅助切削刀盘可转动地设在所述土仓内，多个所述辅助切削刀盘邻近所述盾体的底部且位于所述主切削刀盘的竖直中心线的左右两侧，所述主切削刀盘的回转直径大于所述辅助切削刀盘的回转直径，且所述主切削刀盘的回转直径与所述盾体的最大宽度相同；用于驱动所述主切削刀盘转动的第一驱动机构；用于驱动所述辅助切削刀盘转动的第二驱动机构；用于驱动所述主切削刀盘上下移动的第三驱动机构。

根据本发明实施例的盾构机，通过将刀盘组件设置成包括直径较大的主切削刀盘和多个直径较小的辅助切削刀盘的结构，多个辅助切削刀盘位于土仓内且邻近盾体的底部设置，且主切削刀盘沿上下方向可移动，在利用该盾构机进行隧道施工时，主切削刀盘和多个辅助切削刀盘均转动且同时主切削刀盘上下往复运动，由此开挖形成的断面为上部为半圆形且下部为矩形，该断面的隧道内部空间利用率高、管片受压小、稳定性高，且该盾构机结构简单、成本低。

根据本发明的一些实施例，所述辅助切削刀盘为两个且分别位于所述主切削刀盘的竖直中心线的左右两侧，其中一个所述辅助切削刀盘邻近所述盾体的左侧壁设置且另一个所述辅助切削刀盘邻近所述盾体的右侧壁设置。

根据本发明的一些实施例，所述盾体内设有隔板，所述盾体、所述隔板和所述主切削刀盘之间限定出所述土仓，所述第一驱动机构设在所述盾体内且位于所述隔板的后侧，所述第一驱动机构穿过所述隔板与所述主切削刀盘相连，所述第三驱动机构与所述第一驱动机构相连。

根据本发明的一些可选实施例，所述第一驱动机构上设有平移密封板且所述平移密封板环绕所述第一驱动机构的外周设置，所述平移密封板位于所述土仓内且邻近所述隔板设置。

可选地，所述平移密封板的内周壁与所述第一驱动机构的外周壁之间设有密封圈。

可选地，所述平移密封板朝向所述隔板的表面上设有用于密封所述隔板与所述平移密封板之间间隙的平移密封件。

进一步地，所述平移密封件为唇形密封件，所述唇形密封件具有多个间隔开设置的唇部，相邻两个所述唇部之间限定出润滑通道。

可选地，所述平移密封板朝向所述隔板的表面上设有刮泥件，所述刮泥件的自由端适于与所述隔板朝向所述土仓的表面抵接，所述刮泥件位于所述平移密封件的径向外侧。

进一步地，所述刮泥件包括固定部和刮泥部，所述固定部与所述平移密封板相连，所述刮泥部的一端与所述固定部相连，所述刮泥部的另一端适于与所述隔板朝向所述土仓的表面抵接，且所述刮泥部的另一端在由所述平移密封板至所述隔板的方向上朝向远离所述平移密封板的中心的方向倾斜延伸。

更进一步地，所述刮泥部为弹性件且处在压缩状态。

可选地，所述盾构机包括：法兰盘和多个支撑腿，每个所述支撑腿的一端与所述主切削刀盘相连，且每个所述支撑腿的另一端与所述法兰盘相连，所述法兰盘与所述第一驱动机构可转动地相连且所述法兰盘位于所述平移密封板朝向所述土仓的一侧，所述平移密封板朝向所述法兰盘的表面上设有用于密封所述法兰盘与所述平移密封板之间间隙的旋转密封件。

进一步地，所述旋转密封件为唇形密封件，所述唇形密封件具有多个间隔开设置的唇部，相邻两个所述唇部之间限定出润滑通道。

根据本发明的一些实施例，所述第三驱动机构上设有用于检测所述第一驱动机构位移的位移传感器。

根据本发明的一些实施例，所述盾构机包括：排浆管和进浆管，所述排浆管的进口端和所述进浆管的出口端均与所述土仓连通，至少一个所述辅助切削刀盘邻近所述排浆管的进口端设置。

根据本发明的一些实施例，所述隔板上设有沿上下方向延伸的滑轨，所述第一驱动机构上设有适于沿所述滑轨滑动的滑块。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的盾构机的剖视图一，其中主切削刀盘位于上部；

图2是图1中A处的放大图；

图3是图1中B处的放大图；

图4是根据本发明实施例的盾构机的剖视图二，其中主切削刀盘位于上部；

图5是根据本发明实施例的盾构机的刀盘组件的正面示意图，其中主切削刀盘位于上部；

图6是根据本发明实施例的盾构机的刀盘组件的背面示意图，其中主切削刀盘位于上部；

图7是根据本发明实施例的盾构机的剖视图三，其中主切削刀盘位于下部；

图8是根据本发明实施例的盾构机的剖视图四，其中主切削刀盘位于下部；

图9是根据本发明实施例的盾构机的刀盘组件的正面示意图，其中主切削刀盘位于下部；

图10是根据本发明实施例的盾构机的刀盘组件的背面示意图，其中主切削刀盘位于下部。

附图标记：

盾构机100；

盾体1；前盾11；隔板111；滑轨112；土仓113；中盾12；尾盾13；盾尾刷131；密封腔体132；

主切削刀盘2；法兰盘21；支撑腿22；第一驱动机构23；第三驱动机构24；平移密封板25；平移密封件251；唇部2511；润滑通道2512；旋转密封件252；唇部2521；润滑通道2522；刮泥件253；固定部2531；刮泥部2532；

辅助切削刀盘3；第二驱动机构31；

推进油缸4；管片拼装机5；排浆管6；进浆管7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图10描述根据本发明实施例的盾构机100。

如图1-图10所示，根据本发明实施例的盾构机100，包括：盾体1、刀盘组件、第一驱动机构23、第二驱动机构31和第三驱动机构24。

具体而言，第一驱动机构23、第二驱动机构31和第三驱动机构24均可以设在盾体1内，刀盘组件包括主切削刀盘2和多个辅助切削刀盘3，盾体1的前侧敞开，主切削刀盘2为一个且可转动地设在盾体1的前侧，主切削刀盘2的旋转轴线沿前后方向延伸，主切削刀盘2与盾体1之间限定出土仓113，且主切削刀盘2沿上下方向可移动。第一驱动机构23用于驱动主切削刀盘2转动，第三驱动机构24用于驱动主切削刀盘2上下移动。

多个辅助切削刀盘3均可转动地设在土仓113内，每个辅助切削刀盘3的旋转轴线沿前后方向延伸，多个辅助切削刀盘3均位于主切削刀盘2的后侧，多个辅助切削刀盘3的旋转平面可以位于同一平面内。多个辅助切削刀盘3邻近盾体1的底部且位于主切削刀盘2的竖直中心线(主切削刀盘2的竖直中心线是指主切削刀盘2在竖直平面内的沿上下方向延伸的中心线)的左右两侧，多个辅助切削刀盘3中的一部分位于主切削刀盘2的竖直中心线的左侧，多个辅助切削刀盘3中的另一部分位于主切削刀盘2的竖直中心线的右侧。第二驱动机构31用于驱动辅助切削刀盘3转动，多个辅助切削刀盘3可以共用一个第二驱动机构31，即可以通过一个第二驱动机构31同时驱动多个辅助切削刀盘3转动；也可以设置多个第二驱动机构31，每个辅助切削刀盘3单独配置一个第二驱动机构31，每个辅助切削刀盘3通过对应的第二驱动机构31驱动转动。其中，位于最左侧的辅助切削刀盘3可以邻近盾体1的左侧壁设置，位于最右侧的辅助切削刀盘3可以邻近盾体1的右侧壁设置。

其中，主切削刀盘2的回转直径与盾体1的最大宽度相同，主切削刀盘2的回转直径大于辅助切削刀盘3的回转直径。需要说明的是，主切削刀盘2的回转直径与盾体1的最大宽度(盾体1的最大宽度是指盾体1在左右方向上的最大尺寸)相同，是指主切削刀盘2的回转直径与盾体1的最大宽度大致相同，主切削刀盘2的回转直径可以略大于盾体1的最大宽度。

主切削刀盘2的开挖面的形状为圆形，主切削刀盘2形状可以为圆形，主切削刀盘2的直径与盾构机100的盾体1尺寸匹配，根据需要主切削刀盘2上可设置刮刀、滚刀、撕裂刀、超挖刀等刀具以及对刀具、主切削刀盘2进行自动磨损检测的检测装置等，主切削刀盘2的开挖面积可以为掘削面面积的85％左右。

每个辅助切削刀盘3的开挖面的形状为圆形，每个辅助切削刀盘3的开挖直径较小，多个辅助切削刀盘3可以对主切削刀盘2未开挖的部分进行切削开挖，同时多个辅助切削刀盘3可以对进入土仓113内的大粒径渣土、石块进行搅拌、破碎，以防在掘进过程中堵塞盾构机100的排浆管612。

由此，在盾构机100工作时，主切削刀盘2在回转运动及上下往复运动的复合作用下，开挖面形成为的上下两端为半圆形、中间为矩形的开挖截面。邻近盾体1的底部的多个辅助切削刀盘3均做回转运动，从而使得未被主切削刀盘2切削的掌子面进行切削开挖，保证了盾构机100的整个开挖面能够被全部切削。通过刀盘组件的主切削刀盘2和多个辅助切削刀盘3的共同作用，可以开挖形成上部为半圆形且下部为矩形的断面，可以形成标准的马蹄形断面。

该断面的隧道内部空间利用率高，隧道的上部为半圆形，受力情况与圆形断面的拱类似，管片上受到的外压小，可以保证管片顶部具有良好的力学性能，管片受损小、寿命长，减少了后期施工成本，增强了隧道的稳定性，可以保证整个隧道的长期安全性。在不对隧道进行大量后期施工的前提下，可方便应用于城市地铁隧道、公路隧道及共同沟隧道。

并且，该盾构机100的结构简单、制造成本相对较低，利用该盾构机100掘进形成的隧道，可以满足多数项目建设的需求。

需要说明的是，本发明中所述的前后方向是相对于盾构机100工作时行走的方向而言，即盾构机100在工作时前进的方向为前，与该方向相反的方向为后。

可选地，第一驱动机构23可以由若干个液压马达或电机、减速机、回转支承及相关附件组成，第一驱动机构23可以通过将液压能或电能转换为机械能而驱动主切削刀盘2做回转运动，第一驱动机构23可以驱动主切削刀盘2正转，也可以驱动主切削刀盘2反转。在盾构机100掘进时，第三驱动机构24推动主切削刀盘2在竖直方向上做往复运动，第三驱动机构24可以为油缸，例如第三驱动机构24可以为双作用液压缸。第三驱动机构24可以与第一驱动机构23相连，通过第三驱动机构24驱动第一驱动机构23在竖直方向上做上下往复运动，从而带动主切削刀盘2在竖直方向做上下往复运动，进而使主切削刀盘2的切削面形成为非圆切削面。

可选地，第二驱动机构31可以由一个大功率液压马达或电机、减速机及相关附件组成，第二驱动机构31通过将液压能或电能转换为机械能而驱动辅助切削刀盘3做回转运动。第二驱动机构31可以驱动辅助切削刀盘3正转，也可以驱动辅助切削刀盘3反转，在掘进过程中如果辅助切削刀盘3被岩石卡死，可以通过驱动辅助切削刀盘3反转来破碎岩石，从而达到减小岩石粒径的目的。

可选地，盾体1的横截面的形状可以与盾构机100的刀盘组件开挖的断面的形状相同，即盾体1的横截面的形状为标准的马蹄形。在盾体1的横截面均匀一致时，盾体1的横截面尺寸与刀盘组件开挖面尺寸基本一致；在盾体1的横截面在由前至后的方向上逐渐减小时，此时盾体1可以呈锥形布置，盾体1的最大横截面尺寸与刀盘组件的开挖面尺寸基本一致，由此可以有效降低盾体1与土体的摩擦阻力。

根据本发明实施例的盾构机100，通过将刀盘组件设置成包括直径较大的主切削刀盘2和多个直径较小的辅助切削刀盘3的结构，多个辅助切削刀盘3位于土仓113内且邻近盾体1的底部设置，且主切削刀盘2沿上下方向可移动，在利用该盾构机100进行隧道施工时，主切削刀盘2和多个辅助切削刀盘3均转动且同时主切削刀盘2上下往复运动，由此开挖形成的断面为上部为半圆形且下部为矩形，该断面的隧道内部空间利用率高、管片受压小、稳定性高，且该盾构机100结构简单、成本低。

根据本发明的一些实施例，参照图1、图4、图5、图7-图9，辅助切削刀盘3为两个且分别位于主切削刀盘2的竖直中心线的左右两侧，其中一个辅助切削刀盘3邻近盾体1的左侧壁设置且与盾体1的左侧壁之间具有一定的间隙，另一个辅助切削刀盘3邻近盾体1的右侧壁设置与盾体1的右侧壁之间具有一定的间隙，两个辅助切削刀盘3的外周沿均与盾体1的底壁之间具有一定的间隙，使得两个辅助切削刀盘3具有运动的空间。通过设置的上述两个辅助切削刀盘3可以对主切削刀盘2未开挖的部分进行切削开挖，形成上部为半圆形且下部为矩形的断面，且使得盾构机100的刀盘组件的结构更为简单，制造成本更低。

根据本发明的一些实施例，参照图1、图4、图7和图8，盾体1内设有隔板111，隔板111沿竖直方向设置，隔板111与盾体1的内壁相连，盾体1、隔板111和主切削刀盘2之间限定出上述土仓113，第一驱动机构23设在盾体1内且位于隔板111的后侧，第一驱动机构23穿过隔板111与主切削刀盘2相连，第三驱动机构24与第一驱动机构23相连。由此，使得盾构机100的结构设置合理、紧凑，且通过第三驱动机构24驱动第一驱动机构23在上下方向上做上下往复运动，可以方便地实现主切削刀盘2在回转运动的同时进行上下往复运动。

在本发明的一些可选实施例中，参照图1、图4、图7和图8，第一驱动机构23上设有平移密封板25且平移密封板25环绕第一驱动机构23的外周设置，平移密封板25位于土仓113内且邻近隔板111设置，平移密封板25沿竖直方向设置且与隔板111平行相对设置，平移密封板25位于隔板111的前侧且与隔板111之间具有一定的间隙(该间隙较小，只要保证平移密封板25可以上下移动即可)，在第一驱动机构23沿上下方向移动时，平移密封板25随着第一驱动机构23沿上下方向移动。由此，通过设置的平移密封板25，可以防止土仓113内的泥浆、土渣等进入盾体1内的驱动机构(包括上述的第一驱动机构23、第二驱动机构31和第三驱动机构24)。需要说明的是，在平移密封板25上下移动的过程中，平移密封板25与隔板111之间均有相对的部分，从而保证盾构机100在工作过程中，通过设置的平移密封板25始终可以防止土仓113内的泥浆、土渣等进入盾体1内的驱动机构。

其中，平移密封板25可以为用高强度钢材制成的结构件，平移密封板25与第一驱动机构23之间可以通过螺栓连接在一起，平移密封板25的高强度可保证在土仓113内的渣土、岩石的撞击下不产生变形或仅产生不影响设计功能的较小变形。

可选地，平移密封板25的内周壁与第一驱动机构23的外周壁之间设有密封圈。由此，可以保证整个土仓113的密封性能，同时可以进一步地防止土仓113内的土渣、泥浆等进入第一驱动机构23。平移密封板25上可以加工有若干个油脂孔，油脂通过相应的孔位对上述密封圈进行密封与润滑。

进一步地，参照图2并结合图1、图4、图7和图8，平移密封板25朝向隔板111的表面上设有用于密封隔板111与平移密封板25之间间隙的平移密封件251，平移密封件251与平移密封板25之间可以通过螺栓连接，平移密封件251可以为环形密封圈且沿着平移密封板25的周向设置。由此，在平移密封板25上下移动的过程中，平移密封板25与隔板111之间的间隙可以通过上述平移密封件251进行密封，从而可以更好地防止土仓113内的泥浆、土渣等进入盾体1内的驱动机构。可选地，上述平移密封件251可以为唇形密封件，唇形密封件具有多个沿平移密封板25的径向间隔开设置的环形的唇部2511，相邻两个唇部2511之间限定出润滑通道2512。在盾构机100掘进过程中，油脂会通过相应的油脂孔源源不断的被注入到该润滑通道2512内，从而可以更好地保证密封面的密封性能。

在本发明的一些可选实施例中，参照图2并结合图1、图4、图7和图8，平移密封板25朝向隔板111的表面上设有刮泥件253，刮泥件253的自由端(参照图2中刮泥件253的后端)适于与隔板111朝向土仓113的表面(参照图2中隔板111的前表面)抵接，刮泥件253可以为环形且位于平移密封件251的径向(所述径向是指平移密封板25的径向)外侧。由此，通过设置的刮泥件253且将刮泥件253设在平移密封件251的径向外侧，在主切削刀盘2和第一驱动机构23做竖直方向的上下往复运动时，先于平移密封件251对隔板111的密封面上存在的泥浆等杂物进行刮取清理，从而可以保护平移密封件251。可选地，上述刮泥件253可以邻近平移密封板25的外周沿设置。由此，可以更好地起到保护平移密封件251的作用。

进一步地，参照图2，刮泥件253包括固定部2531和刮泥部2532，固定部2531与平移密封板25相连，固定部2531可以通过螺钉固定在平移密封板25上，刮泥部2532的一端与固定部2531相连，刮泥部2532的另一端朝向隔板111延伸且适于与隔板111朝向土仓113的表面(参照图2中的隔板111的前表面)抵接，且刮泥部2532的另一端在由平移密封板25至隔板111的方向上朝向远离平移密封板25的中心的方向倾斜延伸((参照图2，刮泥部2532的另一端在由前至后的方向上朝向远离平移密封板25的中心的方向倾斜延伸)。由此，在主切削刀盘2和第一驱动机构23做竖直方向的上下往复运动时，刮泥部2532对隔板111的密封面上存在的泥浆等杂物进行刮取清理的过程中，通过刮泥部2532的导向作用，可以使得杂物更好地脱离隔板111上的密封面，从而可以起到更好的清理效果。

可选地，上述刮泥部2532可以为弹性件且处在压缩状态。由此，在刮泥件253使用的过程中出现磨损时，由于刮泥件253的刮泥部2532为弹性件且处在压缩状态，使得刮泥部2532具有自动补偿功能。在安装上述刮泥件253时，通过调整平移密封板25与隔板111之间的间隙可以使得刮泥部2532在安装时已压缩变形。可选地，刮泥件253的刮泥部2532可以由高强度弹性钢制成，例如可以采用弹簧钢制成。当然，整个刮泥件253也可以采用高强度弹性钢制成。

在其他的实施例中，刮泥部2532本身可以不具备弹性，刮泥部2532与固定部2531之间可以通过弹簧连接，该弹簧处在压缩状态，也可以实现刮泥部2532在磨损时可以自动补偿。

据本发明的一些可选实施例，参照图3并结合图1、图4、图7和图8，盾构机100包括：法兰盘21和多个支撑腿22，每个支撑腿22的一端与主切削刀盘2相连，且每个支撑腿22的另一端与法兰盘21相连，多个支撑腿22可以围绕主切削刀盘2的中心间隔设置，法兰盘21与第一驱动机构23可转动地相连且法兰盘21位于平移密封板25朝向土仓113的一侧，平移密封板25朝向法兰盘21的表面上设有用于密封法兰盘21与平移密封板25之间间隙的旋转密封件252，法兰盘21沿竖直方向设置且与平移密封板25平行相对设置，法兰盘21位于平移密封板25的前侧且与平移密封板25之间具有一定的间隙(该间隙较小，只要保证法兰盘21可以转动即可)，在第一驱动机构23驱动法兰盘21转动时，带动主切削刀盘2转动。由此，方便了主切削刀盘2与第一驱动机构23的连接，且可以增强主切削刀盘2的结构强度和支撑强度，并且通过设置的旋转密封件252，可以防止土仓113内的渣土、泥浆等进入盾体1内的驱动机构。

可选地，上述旋转密封件252可以为唇形密封件，该唇形密封件具有多个沿平移密封板25的径向间隔开设置的唇部2521，相邻两个唇部2521之间限定出润滑通道2522。在盾构机100掘进过程中，油脂会通过相应的油脂孔源源不断的被注入到该润滑通道2522内，从而可以更好地保证密封面的密封性能。

根据本发明的一些实施例，第三驱动机构24上设有用于检测第一驱动机构23位移的位移传感器。由此，可以通过该位移传感器判断第一驱动机构23的位置，在第一驱动机构23达到一端设定行程时，控制器会根据位移传感器检测的位移信息，控制第三驱动机构24驱动第一驱动机构23朝向相反的方向运动，根据此即可实现第一驱动机构23上下往复运动，也就可以实现主切削刀盘2上下往复运动。可选地，上述位移传感器可以为内置式位移传感器。

根据本发明的一些实施例，图1、图4、图6-8及图10，盾构机100包括：排浆管6和进浆管7，排浆管6的进口端和进浆管7的出口端均与土仓113连通，在盾构机100掘进的过程中，土仓113内的渣土、泥浆等通过排浆管6排送到地面，进而保证盾构机100掘进的顺利进行，进浆管7为外部循环过滤后的泥浆进入土仓113的管道，通过控制进浆管7的进浆量和排浆管6的排浆量，可以有效地控制土仓113内泥浆的压力，进而保证开挖面的稳定性。其中，至少一个辅助切削刀盘3邻近排浆管6的进口端设置，可以是一个辅助切削刀盘3邻近排浆管6的进口端设置，也可以是多个辅助切削刀盘3邻近排浆管6的进口端设置。由此，邻近排浆管6的进口端的大粒径渣土等可以通过辅助切削刀盘3进行搅拌、切碎，从而可以更好地防止堵塞排浆管6。

根据本发明的一些实施例，参照图6和图10，隔板111上设有沿上下方向延伸的滑轨112，第一驱动机构23上设有适于沿滑轨112滑动的滑块。由此，通过第一驱动机构23上的滑块沿着隔板111上的滑轨112上下滑动，可以保证在第一驱动机构23和主切削刀盘2在第三驱动机构24的作用下沿竖直方向做上下往复运动，并且在掘进过程中可以承受主切削刀盘2传递的轴向载荷。

下面参照图1-图10详细描述根据本发明一个实施例的盾构机100。

参照图1-图10，在本实施例中，盾构机100包括盾体1、主切削刀盘2、两个辅助切削刀盘3、法兰盘21、多个支撑腿22、第一驱动机构23、第二驱动机构31、第三驱动机构24、隔板111、平移密封板25、平移密封件251、旋转密封件252、排浆管6、进浆管7、推进油缸4、管片拼装机5等。

盾体1为盾构机100的支撑结构，盾体1包括由前之后依次连接的前盾11、中盾12和尾盾13，前盾11、中盾12、尾盾13的截面均为标准马蹄形截面，且该截面的尺寸与刀盘组件开挖面的尺寸基本一致。前盾11和中盾12之间通过螺栓连接，且前盾11和中盾12之间安装有O型密封圈以保证密封性能，中盾12和尾盾13之间通过焊接的方式连接在一起。

隔板111设在前盾11内且与前盾11的内壁相连，主切削刀盘2设在前盾11的前侧，前盾11、隔板111和主切削刀盘2共同限定出土仓113，第一驱动机构23穿过隔板111并通过法兰盘21及多个支撑腿22与主切削刀盘2相连。其中，法兰盘21与第一驱动机构23可转动地相连，多个支撑腿22围绕主切削刀盘2的中心间隔设置，每个支撑腿22的两端分别与法兰盘21和主切削刀盘2相连。第三驱动机构24设在前盾11内且位于隔板111的后侧，第三驱动机构24为油缸且与第一驱动机构23相连，第三驱动机构24上设有用于检测第一驱动机构23位移的位移传感器。隔板111上设有沿上下方向延伸的滑轨112，第一驱动机构23上设有适于沿滑轨112滑动的滑块。

两个辅助切削刀盘3设在土仓113内，两个辅助切削刀盘3邻近盾体1的底部设置且两个辅助切削刀盘3分别位于主切削刀盘2的竖直中心线的左右两侧，其中一个辅助切削刀盘3邻近盾体1的左侧壁设置，另一个辅助切削刀盘3邻近盾体1的右侧壁设置。第二驱动机构31为两个且设在前盾11内，每个第二驱动机构31穿过隔板111与对应的辅助切削刀盘3相连。

平移密封板25围绕第一驱动机构23的外周设置且与第一驱动机构23相连，平移密封板25的内周壁与第一驱动机构23的外周壁之间设有密封圈。平移密封板25位于土仓113内，且平移密封板25位于隔板111和法兰盘21之间，即在由前至后的方向上，法兰盘21、平移密封板25和隔板111依次排布。平移密封板25与隔板111之间具有较小的间隙，该间隙既要保证平移密封板25可以上下往复运动，同时要保证平移密封板25与隔板111之间的密封性能；平移密封板25与法兰盘21之间具有较小的间隙，该间隙既要保证法兰盘21可以进行回转运动，同时要保证平移密封板25与法兰盘21之间的密封性能。

平移密封板25朝向隔板111的表面上设有环形的平移密封件251，平移密封件251邻近平移密封板25的外周沿设置。该平移密封件251为唇形密封件，该唇形密封件具有多个沿平移密封板25的径向间隔开设置的环形的唇部2511，相邻两个唇部2511之间限定出润滑通道2512。平移密封板25朝向隔板111的表面上设有环形的刮泥件253，刮泥件253位于平移密封件251的径向外侧。其中，刮泥件253包括固定部2531和刮泥部2532，固定部2531与平移密封板25相连，刮泥部2532的一端与固定部2531相连，且刮泥部2532的另一端在由平移密封板25至隔板111的方向上朝向远离平移密封板25的中心的方向倾斜延伸且与隔板111抵接，刮泥部2532可以为弹性件且处在压缩状态。平移密封板25朝向法兰盘21的表面上设有旋转密封件252，该旋转密封件252为唇形密封件，该唇形密封件具有多个沿平移密封板25的径向间隔开设置的唇部2521，相邻两个唇部2521之间限定出润滑通道2522。

中盾12的内部安装有支架，对盾体1起支撑作用，在支架上加工有螺纹孔，以方便管片拼装机5的安装定位，管片拼装机5通过螺栓与中盾12内的支架连接，管片拼装机5可以为中心回转式拼装机，管片拼装机5包括行走梁、行走机构、提升油缸、平移油缸、抓取机构及抓取油缸、微调油缸等，其主要作用是将符合盾构机100开挖截面形状的管片拼装成环形。

推进油缸4为多个且安装于中盾12内，多个推进油缸4的中心连线与管片厚度中心线一致，多个推进油缸4可以成组安装，分区布置，多个推进油缸4可以根据需要分区伸缩或单独伸缩。例如，多个推进油缸4可以分为上下左右四个区，其中上部圆弧面内的推进油缸4为A区，邻近盾体1底面部分的推进油缸4为C区，盾体1的左端及右端分别为D区及B区，每个分区油缸可单独控制，以便于调整盾构机100的掘进姿态和盾构机100转弯。

尾盾13的尾部焊接有三道盾尾刷131，通过在三道盾尾刷131形成的两道密封腔体132中注入密封油脂，可起到一定的密封作用，如果需要的密封压力较大，可对盾尾刷131的道数进行增加。

排浆管6和进浆管7均设在盾体1内，排浆管6的进口端和进浆管7的出口端均与土仓113连通，排浆管6为两个且两个排浆管6的进口端均邻近土仓113的底部设置，两个辅助切削刀盘3分别邻近两个排浆管6的进口端设置。

在盾构机100掘进过程中，盾构机100的主体部分主要依靠推进油缸4向前推进，盾构机100向前推进的同时，第一驱动机构23驱动主切削刀盘2做回转运动，此时主切削刀盘2的开挖面为圆形，同时第一驱动机构23在第三驱动机构24的驱动下及滑块与滑轨112的配合导向作用下做上下往复运动，从而带动主切削刀盘2也做上下往复运动，主切削刀盘2在回转运动及上下往复运动的复合作用下，其开挖面形成为两端为半圆形，中间为矩形的开挖截面。

在主切削刀盘2旋转及上下往复移动的过程中，旋转密封件252的润滑通道2522及平移密封件251的润滑通道2512内被注满密封油脂，由于此类密封唇口的单向性，油脂不断的被压入土仓113，从而保证了土仓113的密封性能。在主切削刀盘2上下往复移动的过程中，安装于平移密封板25上的刮泥件253随第一驱动机构23的运动而运动，并预先与附着于隔板111的密封面上的泥浆、渣土等接触，从而可以将密封面上的泥浆、渣土刮取干净，避免了平移密封件251与渣土的接触，提高了平移密封件251的使用寿命。同时，由于刮泥件253采用具有弹性的材料且安装时已预留相应的压缩变形量，当刮泥件253磨损时会自动补偿，从而保证了刮泥件253始终贴紧密封面并将密封面刮擦干净。

两个第二驱动机构31分别驱动两个辅助切削刀盘3转动，从而使未被主切削刀盘2切削的掌子面被辅助切削刀盘3切削，保证了盾构机100整个开挖面能够被全部切削并形成标准的马蹄形断面。并且，当大粒径渣土进入土仓113后，辅助切削刀盘3也起到了破碎机的作用，可将大粒径渣土进行破碎，从而保证了渣土能够顺利的进入排浆管6。当辅助切削刀盘3被岩石卡住时，可通过第二驱动机构31的电机反转驱动辅助切削刀盘3反转进行脱困。

在盾构机100掘进的同时，进浆管7将在地面过滤后的浆液不断地输送到土仓113内，保证了土仓113内的泥浆始终具有一个相对稳定的密度，以便泥浆的输出，排浆管6将土仓113中的泥浆源源不断的输送到地面进行过滤，以保证盾构机100的正常掘进，为保证土仓113内的泥浆压力及开挖面稳定，进浆管7及排浆管6之间保证一定的流量关系。盾尾的密封油脂通过预埋入尾盾13壳体内的管路通入三道盾尾刷131形成的两道密封腔体132中，在盾构机100掘进时，该两道密封腔体132内充满密封油脂，从而保证了管片背部的浆液及土仓113内的泥浆不进入盾体1内部，进而保证了整个盾构机100系统的压力稳定。

在盾构机100推进距离大于管片的宽度时，即可进行管片的拼装，在拼装管片时，盾构机100处于不掘进状态，管片拼装机5通过对相应管片的抓取、锁紧、提升、平移、旋转、微调等工艺步骤，保证了管片的精确定位及安装。在拼装管片的过程中，处于拼装区域的推进油缸4缩回以方便管片拼装机5的操作，处于未拼装区域的推进油缸4紧紧的顶在已经拼好的管片端面上，防止盾构机100的后退，直至一环管片全部拼装完成，进入到盾构机100的下一个掘进、拼装周期中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种盾构机，其特征在于，包括：

盾体；

刀盘组件，所述刀盘组件包括主切削刀盘和多个辅助切削刀盘，所述主切削刀盘可转动地设在所述盾体的前侧且与所述盾体之间限定出土仓，所述主切削刀盘沿上下方向可移动，多个所述辅助切削刀盘可转动地设在所述土仓内，多个所述辅助切削刀盘邻近所述盾体的底部且位于所述主切削刀盘的竖直中心线的左右两侧，所述主切削刀盘的回转直径大于所述辅助切削刀盘的回转直径，且所述主切削刀盘的回转直径与所述盾体的最大宽度相同；

用于驱动所述主切削刀盘转动的第一驱动机构；

用于驱动所述辅助切削刀盘转动的第二驱动机构；

用于驱动所述主切削刀盘上下移动的第三驱动机构。

2.根据权利要求1所述的盾构机，其特征在于，所述辅助切削刀盘为两个且分别位于所述主切削刀盘的竖直中心线的左右两侧，其中一个所述辅助切削刀盘邻近所述盾体的左侧壁设置且另一个所述辅助切削刀盘邻近所述盾体的右侧壁设置。

3.根据权利要求1所述的盾构机，其特征在于，所述盾体内设有隔板，所述盾体、所述隔板和所述主切削刀盘之间限定出所述土仓，所述第一驱动机构设在所述盾体内且位于所述隔板的后侧，所述第一驱动机构穿过所述隔板与所述主切削刀盘相连，所述第三驱动机构与所述第一驱动机构相连。

4.根据权利要求3所述的盾构机，其特征在于，所述第一驱动机构上设有平移密封板且所述平移密封板环绕所述第一驱动机构的外周设置，所述平移密封板位于所述土仓内且邻近所述隔板设置。

5.根据权利要求4所述的盾构机，其特征在于，所述平移密封板的内周壁与所述第一驱动机构的外周壁之间设有密封圈。

6.根据权利要求4所述的盾构机，其特征在于，所述平移密封板朝向所述隔板的表面上设有用于密封所述隔板与所述平移密封板之间间隙的平移密封件。

7.根据权利要求6所述的盾构机，其特征在于，所述平移密封件为唇形密封件，所述唇形密封件具有多个间隔开设置的唇部，相邻两个所述唇部之间限定出润滑通道。

8.根据权利要求6所述的盾构机，其特征在于，所述平移密封板朝向所述隔板的表面上设有刮泥件，所述刮泥件的自由端适于与所述隔板朝向所述土仓的表面抵接，所述刮泥件位于所述平移密封件的径向外侧。

9.根据权利要求8所述的盾构机，其特征在于，所述刮泥件包括固定部和刮泥部，所述固定部与所述平移密封板相连，所述刮泥部的一端与所述固定部相连，所述刮泥部的另一端适于与所述隔板朝向所述土仓的表面抵接，且所述刮泥部的另一端在由所述平移密封板至所述隔板的方向上朝向远离所述平移密封板的中心的方向倾斜延伸。

10.根据权利要求9所述的盾构机，其特征在于，所述刮泥部为弹性件且处在压缩状态。

11.根据权利要求4所述的盾构机，其特征在于，包括：法兰盘和多个支撑腿，每个所述支撑腿的一端与所述主切削刀盘相连，且每个所述支撑腿的另一端与所述法兰盘相连，所述法兰盘与所述第一驱动机构可转动地相连且所述法兰盘位于所述平移密封板朝向所述土仓的一侧，所述平移密封板朝向所述法兰盘的表面上设有用于密封所述法兰盘与所述平移密封板之间间隙的旋转密封件。

12.根据权利要求11所述的盾构机，其特征在于，所述旋转密封件为唇形密封件，所述唇形密封件具有多个间隔开设置的唇部，相邻两个所述唇部之间限定出润滑通道。

13.根据权利要求1所述的盾构机，其特征在于，所述第三驱动机构上设有用于检测所述第一驱动机构位移的位移传感器。

14.根据权利要求1所述的盾构机，其特征在于，包括：排浆管和进浆管，所述排浆管的进口端和所述进浆管的出口端均与所述土仓连通，至少一个所述辅助切削刀盘邻近所述排浆管的进口端设置。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的盾构机，其特征在于，所述隔板上设有沿上下方向延伸的滑轨，所述第一驱动机构上设有适于沿所述滑轨滑动的滑块。