CN109372526A - 可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机 - Google Patents

可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，解决的技术问题是在软土地层开挖时，孤石或混凝土桩群的存在造成土压平衡盾构机的刀盘系统受力不均，损坏刀具，加快刀具和主轴承损耗。本发明包括盾构机主机，盾构机主机上设有刀盘刀具系统，所述的刀盘刀具系统的刀盘上设有机器人‑水切割系统。本发明设计了蛇形机器人‑水切割系统，将蛇形机器人带动高压喷嘴至障碍物处，采用带有磨料的高压水对障碍物进行切割破碎，可以快速、方便、自动化的解决软土地层开挖中遇到的异物障碍问题，且不会导致刀具损坏、主轴承损耗，降低拆机检修时间，大大加快施工速度。

Description

可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种适于软土地层开挖、可处理局部坚硬障碍的新型土压平衡盾构机。
背景技术
盾构施工法可大幅提高隧道施工的推进、出土、拼装衬砌等过程的自动化程度，且具有噪声小、扰动较低，施工速度快，安全性较高等特点，因此，在大多数软土地层地质条件下的隧道开挖施工中得到大量推广与应用。在实际软土地层中隧道开挖施工中可能会存在孤石，或者在城市隧道施工时经常需要穿越高楼或桥梁桩群、废旧塑料制品、橡胶制品等异物，这些情况时有发生。在这些情况下可能会造成土压平衡盾构机的刀盘系统受力不均，损坏刀具，加快主轴承损耗，因此在穿过桩群或孤石后一般需要对盾构机的刀盘刀具系统和主轴承系统进行拆机检修，严重制约了施工速度。另外，在盾构机设计时，不仅需要满足盾构机在大多软土地质工况下的开挖能力，而且需在刀盘上加装滚刀以增加主驱动能力，而施工时甚至需开挖竖井把孤石或混凝土桩群去除，大幅增加了施工成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在软土地层开挖时，孤石或混凝土桩群的存在造成土压平衡盾构机的刀盘系统受力不均，损坏刀具，加快主轴承损耗，提供一种适于软土地层开挖的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，包括盾构机主机，盾构机主机上设有刀盘刀具系统，所述的刀盘刀具系统的刀盘上设有机器人-水切割系统。
所述的机器人-水切割系统为蛇形机器人-水切割系统。
所述的刀盘刀具系统包括刀盘和设置在刀盘后部的主驱动，所述的刀盘包括刀盘主梁，蛇形机器人-水切割系统设置在刀盘主梁上。
所述的蛇形机器人-水切割系统包括蛇形机器人和设置在蛇形机器人上的高压喷嘴。
所述的蛇形机器人设置在机器人保护仓内，所述的机器人保护仓包括仓门，仓门通过仓门滑轨与机器人保护仓滑动连接。
所述蛇形机器人上设有检测装置，检测装置和高压喷嘴均设置在蛇形机器人的执行端。蛇形机器人一端固定在机器人保护仓内，另一端为执行端，可自由伸出机器人保护仓。
所述的蛇形机器人的伸出长度大于刀盘半径的1/2。
所述的高压喷嘴通过高压管与高压发生系统相连。
所述的高压发生系统包括高压泵站，高压泵站的输送管通过回转接头与高压管连接。
所述的高压发生系统还包括磨料罐，磨料罐与高压泵站的输送管相连通。
本发明设计了蛇形机器人-水切割系统，将蛇形机器人带动高压喷嘴至障碍物处，采用带有磨料的高压水对障碍物进行切割破碎，可以快速、方便、自动化的解决软土地层开挖中遇到的异物障碍问题，且不会导致刀具损坏、主轴承损耗，降低拆机检修时间，大大加快施工速度。
附图说明
图1是本发明刀盘刀具系统结构示意图；
图2是图1中A处放大的蛇形机器人-水切割系统的结构示意图；
图3是本发明蛇形机器人-水切割系统在刀盘上的安装位置结构示意图；
图4是本发明蛇形机器人-水切割系统内部结构示意图；
图5是本发明蛇形机器人-水切割系统的工作范围结构示意图；
图6是本发明蛇形机器人-水切割系统应用于竖井钻机的结构示意图。
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。
如图1-6所示，一种可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，包括盾构机主机，盾构机主机上设有刀盘刀具系统1，所述的刀盘刀具系统1的刀盘上设有机器人-水切割系统。
所述的机器人-水切割系统为蛇形机器人-水切割系统2。蛇形机器人能在一些复杂地形行走时如履平地，运动十分灵活，并具有探测、侦探等多种功能。
所述的刀盘刀具系统1包括刀盘101和设置在刀盘101后部的主驱动4，所述的刀盘101包括刀盘主梁7，蛇形机器人-水切割系统2设置在刀盘主梁7上。盘型滚刀和刮刀均设置在刀盘主梁102上。
所述的蛇形机器人-水切割系统2包括蛇形机器人203和设置在蛇形机器人203上的高压喷嘴208。本发明所需高压水的压力范围为50-600兆帕。
如图2所示，所述的蛇形机器人203设置在机器人保护仓201内，所述的机器人保护仓201包括仓门205，仓门205通过仓门滑轨204与机器人保护仓201滑动连接。仓门205通过液压系统202控制。
所述蛇形机器人203上设有检测装置209，检测装置209和高压喷嘴208均设置在蛇形机器人203的执行端。蛇形机器人203一端固定在机器人保护仓201内，另一端为执行端，可自由伸出机器人保护仓201。
所述的蛇形机器人203的伸出长度大于刀盘101半径的1/2。蛇形机器人-水切割系统2固定安装在刀盘主梁7上，蛇形机器人203可伸出长度超过刀盘半径的1/2，其工作范围直径不小于刀盘半径，随着刀盘旋转，机器人的执行端可到达整个掌子面的任意位置，如图5所示。
所述的高压喷嘴208通过高压管206与高压发生系统相连。
所述的高压发生系统包括高压泵站14，高压泵站14的输送管通过回转接头5与高压管206连接。
所述的高压发生系统还包括磨料罐13，磨料罐13与高压泵站14的输送管相连通。本发明磨料罐内的磨料可以采用前混法或后混法混入高压水中，高压水混入磨料后，经由高压回转接头5和高压喷嘴208喷出。本发明盾构机主机上还设有出渣系统6、主梁9、管片拼装机10、后配套拖车11、主控室12、机器人控制柜15等。出渣系统6将掌子面与隔板3之间的渣土排出，主梁对盾构机主机起支撑作用，主控室12和机器人控制柜15对本发明的各个控制系统进行控制。
本发明盾构机掘进过程中，在遇到楼房、桥梁等建筑基桩、孤石等坚硬障碍物时，首先刀盘旋转使障碍物处于蛇形机器人工作范围内，刀盘停止旋转，然后液压系统202控制机器人保护仓201的仓门205打开，蛇形机器人203通过刀盘各刀盘主梁7间空隙伸出，并由检测系统209引导至障碍物前，同时高压泵站14开始工作，高压水经过磨料罐13后混入磨料，并经高压回转接头5由高压喷嘴208喷出，控制蛇形机器人位置，通过高压水的喷射对障碍物进行切割破碎，破碎完成后蛇形机器人缩回机器人保护仓201内，同时高压泵站14停止工作，主驱动4及相关后配套系统带动刀盘继续旋转，进入后续施工阶段。
如掌子面较大且刀盘内部空间允许可在多个刀盘主梁7上安装多个蛇形机器人-水切割系统，遇障碍物时可使多个机器人同时工作，以加快施工效率。
本发明还可应用于竖井钻机等设备上，解决快速、方便、自动化的解决软土地层开挖中遇到的异物障碍问题，如图6所示。

Claims (10)

1.一种可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，包括盾构机主机，盾构机主机上设有刀盘刀具系统（1），其特征在于：所述的刀盘刀具系统（1）的刀盘上设有机器人-水切割系统。
2.根据权利要求1所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述的机器人-水切割系统为蛇形机器人-水切割系统（2）。
3.根据权利要求1所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述的刀盘刀具系统（1）包括刀盘（101）和设置在刀盘（101）后部的主驱动（4），所述的刀盘（101）包括刀盘主梁（7），蛇形机器人-水切割系统（2）设置在刀盘主梁（7）上。
4.根据权利要求2或3所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述的蛇形机器人-水切割系统（2）包括蛇形机器人（203）和设置在蛇形机器人（203）上的高压喷嘴（208）。
5.根据权利要求4所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述的蛇形机器人（203）设置在机器人保护仓（201）内，所述的机器人保护仓（201）包括仓门（205），仓门（205）通过仓门滑轨（204）与机器人保护仓（201）滑动连接。
6.根据权利要求4所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述蛇形机器人（203）上设有检测装置（209），检测装置（209）和高压喷嘴（208）均设置在蛇形机器人（203）的执行端。
7.根据权利要求4所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述的蛇形机器人（203）的伸出长度大于刀盘（101）半径的1/2。
8.根据权利要求4所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述的高压喷嘴（208）通过高压管（206）与高压发生系统相连。
9.根据权利要求8所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述的高压发生系统包括高压泵站（14），高压泵站（14）的输送管通过回转接头（5）与高压管（206）连接。
10.根据权利要求9所述的可穿越异物障碍的新型土压平衡盾构机，其特征在于：所述的高压发生系统还包括磨料罐（13），磨料罐（13）与高压泵站（14）的输送管相连通。
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