CN109209411A - 一种用于土压平衡盾构的可控推进系统 - Google Patents

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邓孔书
曾露
丁成
丁一成
尹祝融
向聪
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Abstract

本发明公开了属于隧道工程技术领域的一种用于土压平衡盾构的可控推进系统。系统上圆形隔板与盾体固接，刀盘切割岩石和土壤通过螺旋输送机输送出来，液压千斤顶的右端通过撑靴顶在管片上，并通过管片上反作用力推动整个盾构向前掘进，推进系统内所有液压缸布局均匀。本发明这种新型盾构推进系统，是根据盾构掘进时的不同地质力学参数计算出不同液压缸布局参数，系统内由对应电液换向阀控制液压缸的伸出、停止与缩回，可通过电液换向阀控制对应的液压缸是否参与到推进施工过程中，改变液压缸间距，使管片受力均匀，从而减少盾构掘进偏载避免管片破损。

Description

一种用于土压平衡盾构的可控推进系统
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体是一种用于土压平衡盾构的可控推进系统。
背景技术
盾构是一种用于隧道开挖的大型工程机械，具有施工速度快、不受气候及地面交通影响及一次快速成型等优点。近年来国内一、二线城市地铁建设基本采用盾构进行隧道施工，盾构已广泛应用于我国各类城市及工程隧道建设中。
在盾构的各个子系统中盾构推进系统是盾构的关键子系统，其主要承担着整个盾构的推进任务，盾构施工时推进液压缸一端作用在盾体上以克服盾构掘进负载，另一端顶推在后方已安装好的管片上，通过管片的反作用力实现整个盾构向前掘进。现有盾构推进系统，由十几或几十根液压缸等间距均匀布置而成，为防止盾构掘进过程中底部液压缸产生较大偏载，目前所采用的四分区控制盾构推进系统，在液压缸数量分配上，多采用下分区的液压缸数量比上分区的数量多的原则，从而使得下区液压缸能够承受更大的压力，实现下区各液压缸受力均匀。
盾构在实际施工过程中，要获取施工岩土对象足够准确的力学数据信息通常较为困难，掘进时盾构与地层之间的作用具有随机性，而现有的四分区盾构推进系统，由于各区液压缸数量固定，因此不能较好的解决盾构面对实时地质条件、刀盘自重、纠偏及变向引起的偏载现象。
发明内容
本发明目的是为了解决盾构由于特殊地质条件或自重，变向载荷引起的偏载现象，根据盾构具体工作条件，通过液压换向阀控制液压缸伸长，合理的选择输出推力的液压缸个数及位置可以改善分区内推进液压缸的受力分布，从而提高推进系统的力均匀分布特性，提供一种用于土压平衡盾构的可控推进系统。本发明包括刀盘(1)、盾体(2)、圆形隔板(3)、液压换向阀(4)、液压缸(5)和液压控制系统，其特征在于，所述的刀盘(1)安装在盾体(2)的最前端，是掘进系统切割岩土的主要构件，刀盘(1)在掘进时切割的岩土通过螺旋输送机(8)输出；所述的盾体(2)后端和圆形隔板(3)固定链接，所述的液压缸(5)的左端衬垫在耐压硬质橡胶块与圆形隔板3固接，液压缸(5)的伸缩由液压换向阀(4)控制；所述的液压缸(5)的右端通过撑靴(6)顶在管片(7)上，并通过管片(7)上反作用力推动整个盾构向前掘进。
进一步，所述的液压换向阀(4)在复杂地质条件下，根据工作条件差异，控制液压缸(5)是否工作，在常见上软下硬地层下，可通过液压换向阀(4)控制推进系统上区多数液压缸(5)不工作，下区少数液压缸(5)伸长，以达到推进系统下区工作液压缸多与上区，使得下区液压缸能够承受更大的压力，实现下区各液压缸受力均匀，减少偏载避免管片破裂。
进一步，盾构掘进时根据盾构工作的具体地质参数、盾构自重或者变向载荷对推进机构的影响，选择最优的推进液压缸组合，使得推进系统各分区推进为分布均匀性最佳，通过液压换向阀(4)控制液压缸(5)伸长。
更进一步，所述盾构在常见的上软下硬地质下掘进时，需控制下区液压缸多于上区液压缸；盾构向左曲线掘进时，需控制左区液压缸多于右区液压缸。
根据盾构掘进地质力学参数，得到盾构不同的外部载荷，代入已建立好的数学模型，通过计算可以得出液压缸相位角，得到不同液压缸布局，将其数据信息传送给液压控制系统控制液压缸的工作状态，从中可以实时调整盾构在掘进过程中液压缸的受力分布，从而提高盾构推进系统的受力，均匀分布特性。
利用Soildworks建立具有特定相位角θ的非均匀推进系统盾构三维模型，导入相应外部载荷到ADAMS中对盾构进行动力学仿真，验证了这种新型可控推进系统确实可以及时矫正盾构推进过程产生的偏载。
本发明的有益效果为，与现有技术相比较，第一，土压平衡盾构的可控推进系统采用液压换向阀控制液压缸，使液压缸相位角θ可调，解决了盾构由于特殊地质条件或自重，变向载荷引起的偏载现象，增大了盾构的地质适用范围；第二，本系统与传统推进系统相比，盾构系统在掘进可以灵活应对不同的地质条件，盾构系统中的推进系统液压缸推力更均匀，有效的避免管片破裂。；第三，盾构系统过程中推进系统通过控制部分液压缸非工作，可以达到最大程度的节能目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本相位角视图；
图3为本发明的掘进时结构示意图；
图4为本发明掘进过程主视图；
图中：1－刀盘，2－盾体，3－圆形隔板，4－液压换向阀，5－液压缸，6－撑靴，7－管片，8－螺旋输送机，9－未激活状态液压缸，10－激活状态液压缸。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明的技术方案作进一步描述。
如图1-2所示，本实例主要包括刀盘(1)、盾体(2)、圆形隔板(3)、液压换向阀(4)、液压缸(5)和液压控制系统其特征在于，所述的刀盘(1)安装在盾体(2)的最前端，是掘进系统切割岩土的主要构件，刀盘(1)在掘进时切割的岩土通过螺旋输送机(8)输出；所述的盾体(2)后端和圆形隔板(3)固定链接，所述的液压缸(5)的左端衬垫在耐压硬质橡胶块与圆形隔板(3)固接，液压缸(5)的伸缩由液压换向阀(4)控制；所述的液压缸(5)的右端通过撑靴(6)顶在管片(7)上。
如图3-4所示，盾构机处于上软下硬复杂地层下掘进，液压缸(9)未被激活，液压缸(10)被激活，整个推进系统，以达到推进系统下区激活的液压缸多与上区，使得下区液压缸能够承受更大的压力，实现下区各液压缸受力均匀，减少盾构偏载避免管片破裂。
本发明采用液压换向阀控制推进液压缸，使液压缸间距可控，解决了盾构由于特殊地质条件或自重，变向载荷引起的偏载现象，同时这种方法可以针对各种不同地质条件灵活的选择有效输出力液压缸，提高推进系统对地层的适应性。

Claims (4)

1.一种用于土压平衡盾构的可控推进系统，包括刀盘(1)、盾体(2)、圆形隔板(3)、液压换向阀(4)、液压缸(5)和液压控制系统其特征在于，所述的刀盘(1)安装在盾体(2)的最前端，是掘进系统切割岩土的主要构件，刀盘(1)在掘进时切割的岩土通过螺旋输送机(8)输出；所述的盾体(2)后端和圆形隔板(3)固定链接，所述的液压缸(5)的左端衬垫在耐压硬质橡胶块与圆形隔板(3)固接，液压缸(5)的伸缩由液压换向阀(4)控制；所述的液压缸(5)的右端通过撑靴(6)顶在管片(7)上，并通过管片(7)上反作用力推动整个盾构向前掘进。
2.根据权利要求1所述的一种用于土压平衡盾构的可控推进系统，其特征在于，所述的液压换向阀(4)在复杂地质条件下，根据地质条件差异，控制液压缸(5)是否工作，在常见上软下硬地层下，可通过液压换向阀(4)控制推进系统上区多数液压缸(5)不工作，下区少数液压缸(5)伸长，以达到推进系统下区工作液压缸多与上区，使得下区液压缸能够承受更大的压力，实现下区各液压缸受力均匀，减少盾构偏载避免管片破裂。
3.根据权利要求2所述的一种用于土压平衡盾构的可控推进系统，其特征在于，可通过液压换向阀(4)控制液压缸(5)，通过计算得到在不同地质条件下液压缸相位角θ，确定工作液压缸位置。实现不同地质条件下，推进系统布局自动转换。
4.根据权利要求3所述的一种用于土压平衡盾构的可控推进系统，其特征在于，盾构在常见的上软下硬地质下掘进时，需控制下区液压缸多于上区液压缸；盾构向左曲线掘进时，需控制左区液压缸多于右区液压缸。
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