CN111075465B - 一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，包括盾体，盾体的前端设有刀盘系统，刀盘系统与设置在盾体内的驱动系统相连接，所述刀盘系统包括分列设置的前刀盘和后刀盘，所述盾体为分块设置的盾体，盾体上连接有至少一个螺旋输送机，螺旋输送机与刀盘系统相对应。本发明设计巧妙，刀盘与盾体及出渣机构的合理配合可很好地适应大跨度断面施工，且保证安全、高效工作，是大跨度断面施工的一大创新，具有较高的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及顶管机技术领域，特别是指一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机。
背景技术
矩形顶管机广泛应用于城市下穿通道建设，由于存在盾体的结构受力限制，以及开挖、出渣等功能的限制等技术难题，目前其断面尺寸（宽度）最大达到10m级，只能适应于双车道矩形隧道的施工，如申请号为201721731841.5、专利名称为组合式矩形顶管机及申请号为201721740315.5、专利名称为矩形顶管机的顶管机。而近年来三车道矩形隧道施工需求量逐渐上升，要求矩形顶管机断面尺寸能够达到15m级，而现有的顶管机很难适应于大跨度断面施工，刀盘开挖轮廓受限、掘进效率低，因此突破超大跨度断面矩形顶管机相关技术瓶颈，发明出能够适应三车道矩形隧道施工的顶管机，实现三车道矩形隧道施工机械化具有重要意义。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，解决上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，包括盾体，盾体的前端设有刀盘系统，所述刀盘系统包括分列设置的前刀盘和后刀盘，所述盾体为分块设置的盾体，盾体上连接有至少一个螺旋输送机，螺旋输送机与刀盘系统相对应。
所述前刀盘包括左列前刀盘、中列前刀盘和右列前刀盘，中列前刀盘设置在盾体的竖向中心线上，左列前刀盘和右列前刀盘对称设置在中列前刀盘的两侧。
所述左列前刀盘包括两个相对应的刀盘，中列前刀盘包括两个相对应的刀盘，右列前刀盘包括两个相对应的刀盘，中列前刀盘的直径大于左列前刀盘的直径或右列前刀盘直径，左列前刀盘的直径与右列前刀盘的直径相等。
所述左列前刀盘的两个刀盘和右列前刀盘的两个刀盘分别与盾体外轮廓线的四个角内切，中列前刀盘的两个刀盘分别与盾体外轮廓线中部上下最高点内切。
所述盾体的前端还对称设有辅助小刀盘，辅助小刀盘分别位于前刀盘的外侧且与盾体外轮廓线内切。
所述后刀盘包括左列后刀盘和右列后刀盘，左列后刀盘与右列后刀盘对称设置在盾体前端，后刀盘伸出盾体的距离小于前刀盘伸出盾体的距离，且后刀盘位于前刀盘的后方。
所述左列后刀盘设置在左列前刀盘和中列前刀盘之间，右列后刀盘设置在中列前刀盘和右列前刀盘之间。
所述左列后刀盘和右列后刀盘均包括两个小刀盘和一个大刀盘，大刀盘位于两个小刀盘之间，两个小刀盘分别与盾体外轮廓线内切。
所述盾体包括依次连接的前盾、中盾和尾盾，所述前盾和中盾均为三分块盾体，尾盾为两分块盾体。
所述三分块盾体包括左分块盾体、中分块盾体和右分块盾体；左分块盾体和右分块盾体对称连接在中分块盾体的两侧；两分块盾体包括上分块盾体和下分块盾体，上分块盾体和下分块盾体固定连接。
所述左分块盾体与中分块盾体之间及中分块盾体与右分块盾体之间设有抗剪机构；所述抗剪机构包括抗剪板，抗剪板通过抗剪销轴连接在中分块盾体与左分块盾体或右分块盾体上，抗剪板与中分块盾体之间及抗剪板与左分块盾体或右分块盾体之间均设有密封条；所述抗剪销轴的一侧设有定位板，定位板通过螺钉固定在抗剪销轴上。
所盾体内设有三个螺旋输送机，三个螺旋输送机分别为左螺旋输送机、中部螺旋输送机和右螺旋输送机，中部螺旋输送机设置在盾体中部，左螺旋输送机和右螺旋输送机倾斜设置在中部螺旋输送机的两侧，左螺旋输送机和右螺旋输送机均向着中部螺旋输送机倾斜。
所述左螺旋输送机、中部螺旋输送机和右螺旋输送机的进渣端均连接在盾体的底部且与前刀盘和后刀盘相对应。
本发明刀盘系统采用前后刀盘分列布置形式，前部六个大刀盘，两个组成一列，共三列在掘进方向呈左中右分布；后部六个小刀盘，三个组成一列，共两列分布于三列大刀盘之间，采用刀盘前后分列的分部形式能够有效支撑掌子面，同时形成渣土流动通道。刀盘采用分组控制模式，在正常掘进模式下，能够保持掌子面受力平衡，保持姿态稳定；盾体采用分块形式能够提高大跨度断面矩形顶管机的结构强度同时方便设备的运输；同时盾体分块之间采用抗剪板加抗剪销的连接方式，增加盾体整体强度。多螺旋输送机的设置能够提高断面的出渣效率，稳定大跨度矩形断面土仓压力。本发明设计巧妙，刀盘与盾体及出渣机构的合理配合可很好地适应大跨度断面施工，且保证安全、高效工作，是大跨度断面施工的一大创新，具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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为本发明整机布置示意图。
图2为本发明刀盘系统布置示意图。
图3为刀盘系统第一种分组控制模式示意图。
图4为刀盘系统第二种分组控制模式示意图。
图5为本发明三分块盾体结构示意图。
图6为本发明两分块盾体结构示意图。
图7为本发明抗剪机构布置及结构示意图。
图8为本发明螺旋输送机安装示意图。
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所示，实施例1，一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，包括盾体3和后配套，后配套连接在盾体3的后部。盾体3的前端设有刀盘系统1，刀盘系统1用于对掌子面的开挖。刀盘系统1与设置在盾体3内的驱动系统2相连接，驱动系统为刀盘系统相应刀盘提供转动的动力。所述刀盘系统1包括分列设置的前刀盘5和后刀盘6，即前刀盘至少有两列、后刀盘至少有两列，前刀盘5和后刀盘6采用刀盘前后分列的分部形式能够有效支撑掌子面，同时形成渣土流动通道。盾体3的前端还对称设有辅助小刀盘7，辅助小刀盘7分别位于前刀盘5的外侧且与盾体3外轮廓线内切，前刀盘5和后刀盘6和辅助小刀盘7合理布置，使其开挖面能覆盖掌子面为准。所述盾体3为分块设置的盾体，采用该分块形式能够提高大跨度断面矩形顶管机的结构强度同时方便设备的运输。盾体3上连接有至少一个螺旋输送机4，优选地可选择3个或3个以上，螺旋输送机4与刀盘系统1相对应，螺旋输送机4的进渣端位于刀盘系统的刀盘后方，用于将刀盘开挖下的渣土有效运输出去，提高出渣效率。
进一步，如图2所示，所述前刀盘5包括左列前刀盘501、中列前刀盘502和右列前刀盘503，左列前刀盘501、中列前刀盘502和右列前刀盘503成竖直列设置在盾体前端。中列前刀盘502设置在盾体3的竖向中心线上，左列前刀盘501和右列前刀盘503对称设置在中列前刀盘502的两侧。即前部六个大刀盘，两个组成一列，共三列在掘进方向呈左中右分布。
进一步，所述左列前刀盘501包括两个直径相等的刀盘，中列前刀盘502包括两个直径相等的刀盘，右列前刀盘503包括直径相等的刀盘，中列前刀盘502的直径大于左列前刀盘501的直径或右列前刀盘503直径，左列前刀盘501的直径与右列前刀盘503的直径相等。盾体3外轮廓线为类矩形，上下轮廓线为弧形，四个角处圆弧过渡，所述左列前刀盘501的两个刀盘和右列前刀盘503的两个刀盘分别与盾体3外轮廓线的四个角内切，中列前刀盘502的两个刀盘分别与盾体3外轮廓线中部上下最高点内切。前刀盘按上述设计，保证主开挖刀盘覆盖掌子面的主要位置，提高开挖效率。
实施例2，如图2所示，一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，所述后刀盘6包括左列后刀盘601和右列后刀盘602，左列后刀盘601与右列后刀盘602对称设置在盾体3前端，后刀盘6伸出盾体3的距离小于前刀盘5伸出盾体3的距离，且后刀盘6位于前刀盘5的后方。即后刀盘6均布在前刀盘的后方，对前刀盘盲区开挖位置进行开挖，前后刀盘分列的分部形式能够有效支撑掌子面，在正常掘进模式下，能够保持掌子面受力平衡，保持姿态稳定；在主机出现滚转时采用滚转纠偏模式，能够对主机姿态进行纠正。
进一步，所述左列后刀盘601设置在左列前刀盘501和中列前刀盘502之间，右列后刀盘602设置在中列前刀盘502和右列前刀盘503之间。所述左列后刀盘601和右列后刀盘602均包括两个小刀盘和一个大刀盘，大刀盘位于两个小刀盘之间，两个小刀盘分别与盾体3外轮廓线内切。
如图3、4所示，上述刀盘可采用分组控制模式，掘进模式下前部大刀盘Ⅰ111、前部大刀盘Ⅱ112、前部大刀盘Ⅴ115、前部大刀盘Ⅵ116旋转方向两两相反；前部大刀盘Ⅲ113、前部大刀盘Ⅳ114旋转方向相反；后部小刀盘Ⅰ121、后部小刀盘Ⅲ123、后部小刀盘Ⅳ124、后部小刀盘Ⅵ126旋转方向两两相反；后部小刀盘Ⅱ122、后部小刀盘Ⅴ125旋转方向相反。在该模式下，能够保持掌子面受力平衡，保持姿态稳定；滚转纠正模式下所有刀盘旋转方向一致，在主机出现滚转时能够对主机姿态进行纠正。
其他结构与实施例1相同。
实施例3，如图5所示，一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，所述盾体3包括依次连接的前盾31、中盾32和尾盾33，所述前盾31和中盾32均为三分块盾体，尾盾33为两分块盾体。优选地，所述三分块盾体包括左分块盾体3-1、中分块盾体3-2和右分块盾体3-3，螺旋输送机连接在相应的分块盾体上；左分块盾体3-1和右分块盾体3-3对称连接在中分块盾体3-2的两侧，组成一个完成的前盾和中盾；两分块盾体包括上分块盾体33-1和下分块盾体33-2，上分块盾体33-1和下分块盾体33-2固定连接，组成一个完成的尾盾，如图6所示。采用该分块形式能够提高大跨度断面矩形顶管机的结构强度同时方便设备的运输。
进一步，如图7所示，所述左分块盾体3-1与中分块盾体3-2之间及中分块盾体3-2与右分块盾体3-3之间设有抗剪机构。提高左分块盾体3-1与中分块盾体3-2之间及中分块盾体3-2与右分块盾体3-3之间的抗剪切能力，抗剪机构够抵消顶推力对盾体分块产生的剪切力，增加盾体连接的整体强度。优选地：所述抗剪机构包括抗剪板341，抗剪板341通过抗剪销轴342连接在中分块盾体3-2与左分块盾体3-1或右分块盾体3-3上，抗剪板341与中分块盾体3-2之间及抗剪板341与左分块盾体3-1或右分块盾体3-3之间均设有密封条343，提高密封效果。所述抗剪销轴342的一侧设有定位板345，定位板345通过螺钉344固定在抗剪销轴342上，提高抗剪销轴的稳定性。采用抗剪板加抗剪销轴的连接方式，增加盾体整体强度。
进一步，如图8所示，所盾体3内设有三个螺旋输送机4，三个螺旋输送机4分别为左螺旋输送机41、中部螺旋输送机42和右螺旋输送机43，中部螺旋输送机42设置在盾体3中部，左螺旋输送机41和右螺旋输送机43倾斜设置在中部螺旋输送机42的两侧，左螺旋输送机41和右螺旋输送机43均向着中部螺旋输送机42倾斜。所述左螺旋输送机41、中部螺旋输送机42和右螺旋输送机43的进渣端均连接在盾体3的底部且与前刀盘5和后刀盘6相对应，螺旋输送机安装方式为两侧螺旋输送机向中部出渣通道偏斜，实现收渣功能。螺旋输送机数量为3个或以上，能够提高断面的出渣效率，稳定大跨度矩形断面土仓压力，同时两侧螺旋输送机向中部出渣通道偏斜，实现收渣功能。
其他结构与实施例2相同。
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 (10)
1.一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，包括盾体（3），盾体（3）的前端设有刀盘系统（1），其特征在于：所述刀盘系统（1）包括分列设置的前刀盘（5）和后刀盘（6），所述盾体（3）为分块设置的盾体，盾体（3）上连接有至少一个螺旋输送机（4），螺旋输送机（4）与刀盘系统（1）相对应；
所述盾体（3）包括依次连接的前盾（31）、中盾（32）和尾盾（33），所述前盾（31）和中盾（32）均为三分块盾体，尾盾（33）为两分块盾体；
所述三分块盾体包括左分块盾体（3-1）、中分块盾体（3-2）和右分块盾体（3-3）；左分块盾体（3-1）和右分块盾体（3-3）对称连接在中分块盾体（3-2）的两侧；两分块盾体包括上分块盾体（33-1）和下分块盾体（33-2），上分块盾体（33-1）和下分块盾体（33-2）固定连接；
所述左分块盾体（3-1）与中分块盾体（3-2）之间及中分块盾体（3-2）与右分块盾体（3-3）之间设有抗剪机构；所述抗剪机构包括抗剪板（341），抗剪板（341）通过抗剪销轴（342）连接在中分块盾体（3-2）与左分块盾体（3-1）或右分块盾体（3-3）上，抗剪板（341）与中分块盾体（3-2）之间及抗剪板（341）与左分块盾体（3-1）或右分块盾体（3-3）之间均设有密封条（343）；所述抗剪销轴（342）的一侧设有定位板（345），定位板（345）通过螺钉（344）固定在抗剪销轴（342）上。
2.根据权利要求1所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所述前刀盘（5）包括左列前刀盘（501）、中列前刀盘（502）和右列前刀盘（503），中列前刀盘（502）设置在盾体（3）的竖向中心线上，左列前刀盘（501）和右列前刀盘（503）对称设置在中列前刀盘（502）的两侧。
3.根据权利要求2所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所述左列前刀盘（501）包括两个相对应的刀盘，中列前刀盘（502）包括两个相对应的刀盘，右列前刀盘（503）包括两个相对应的刀盘，中列前刀盘（502）的直径大于左列前刀盘（501）的直径或右列前刀盘（503）直径，左列前刀盘（501）的直径与右列前刀盘（503）的直径相等。
4.根据权利要求3所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所述左列前刀盘（501）的两个刀盘和右列前刀盘（503）的两个刀盘分别与盾体（3）外轮廓线的四个角内切，中列前刀盘（502）的两个刀盘分别与盾体（3）外轮廓线中部上下最高点内切。
5.根据权利要求1或3或4所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所述盾体（3）的前端还对称设有辅助小刀盘（7），辅助小刀盘（7）分别位于前刀盘（5）的外侧且与盾体（3）外轮廓线内切。
6.根据权利要求1~4任一项所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所述后刀盘（6）包括左列后刀盘（601）和右列后刀盘（602），左列后刀盘（601）与右列后刀盘（602）对称设置在盾体（3）前端，后刀盘（6）伸出盾体（3）的距离小于前刀盘（5）伸出盾体（3）的距离，且后刀盘（6）位于前刀盘（5）的后方。
7.根据权利要求6所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所述左列后刀盘（601）设置在左列前刀盘（501）和中列前刀盘（502）之间，右列后刀盘（602）设置在中列前刀盘（502）和右列前刀盘（503）之间。
8.根据权利要求7所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所述左列后刀盘（601）和右列后刀盘（602）均包括两个小刀盘和一个大刀盘，大刀盘位于两个小刀盘之间，两个小刀盘分别与盾体（3）外轮廓线内切。
9.根据权利要求1~4、7、8任一项所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所盾体（3）内设有三个螺旋输送机（4），三个螺旋输送机（4）分别为左螺旋输送机（41）、中部螺旋输送机（42）和右螺旋输送机（43），中部螺旋输送机（42）设置在盾体（3）中部，左螺旋输送机（41）和右螺旋输送机（43）倾斜设置在中部螺旋输送机（42）的两侧，左螺旋输送机（41）和右螺旋输送机（43）均向着中部螺旋输送机（42）倾斜。
10.根据权利要求9所述的可用于三车道矩形隧道施工的顶管机，其特征在于：所述左螺旋输送机（41）、中部螺旋输送机（42）和右螺旋输送机（43）的进渣端均连接在盾体（3）的底部且与前刀盘（5）和后刀盘（6）相对应。
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