CN111456747A - 一种超短型连续推进式掘进机及连续掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超短型连续推进式掘进机及连续掘进方法，解决了现有技术中短距离开挖施工效率不高的问题。本发明包括盾体和渣土运输机，所述盾体内设有主驱动，主驱动前端连接有刀盘，主驱动的外壁上沿周向设有若干个撑靴单元，撑靴单元通过可联动的推进机构与盾体相连接。本发明提出了一种超短型连续推进式掘进机，具备开挖、推进、出渣等功能；推进系统对称布置在驱动外侧，缩短了整机长度，整机长度5m左右，结构紧凑，方便快速组装和拆卸。两组推进机构连锁动作，一组推进作业的同时，另一组同步完成复位，避免了换步停机，可以实现掘进机的连续作业，掘进效率高。

Description

一种超短型连续推进式掘进机及连续掘进方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种超短型连续推进式掘进机及连续掘进方法。

背景技术

全断面岩石隧道掘进机（TBM）由于安全、高效等优点，逐渐替代了常规钻爆法施工，越来越多的应用于山岭隧道施工中。TBM较为常见长度为200m左右，部分设计甚至长达500m，整体成本高，组装、操作均较为复杂，在大长隧道中更能体现其优势。但是如果隧道本身距离较短，或者是在主隧道之间设计的一些救援通道、联络通道等，采用TBM施工成本较高，而采用钻爆法在施工安全、施工效率、环境污染等方面存在一定不足。因此研制一种短小型、且能连续推进的盾构机开挖短距离隧道或救援通道、联络通道很有必要。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种超短型连续推进式掘进机及连续掘进方法，解决了现有技术中短距离开挖施工效率不高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种超短型连续推进式掘进机，包括盾体和渣土运输机，所述盾体内设有主驱动，主驱动前端连接有刀盘，主驱动的外壁上沿周向设有若干个撑靴单元，撑靴单元通过可联动的推进机构与盾体相连接。

所述撑靴单元包括导向架和撑靴，导向架的下部与支撑滑轨相连接，支撑滑轨与设置在主驱动外壁上的滑轨滑动配合，撑靴通过撑紧油缸与导向架相连接，导向架通过推进机构与盾体相连接。

所述推进机构采用推进油缸，推进油缸沿轴向设置，撑紧油缸沿径向设置，所述撑靴单元与推进机构一一对应。

所述推进机构分为1号伸缩油缸和2号伸缩油缸，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸交叉设置，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸连锁状态下进行交替伸缩运动；1号伸缩油缸和2号伸缩油缸解锁状态下能进行同步伸缩运动。

连锁状态下，所述1号伸缩油缸和2号伸缩油缸组成连续推进机构组，同一个连续推进机构组的1号伸缩油缸的有杆腔和2号伸缩油缸的有杆腔相连通，同一个连续推进机构组的1号伸缩油缸的无杆腔和2号伸缩油缸的无杆腔相连通。

所述渣土运输机为皮带机，皮带机的一端穿过主驱动伸进刀盘且与刀盘上的出渣口相对应。

一种超短型连续推进式掘进机的连续掘进方法，步骤如下：

S1：将沿主驱动周向分布的用于连接撑靴单元与盾体的推进机构分为1号伸缩油缸和2号伸缩油缸，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸连锁设置；

S2：掘进时，撑靴单元撑紧在洞壁上，刀盘在主驱动的作用下旋转开挖掌子面，相应的1号伸缩油缸和2号伸缩油缸进行交替伸缩，持续推进主驱动和刀盘向前掘进；

S3：刀盘破岩的岩渣通过渣土运输机输送至设备尾部，并由清渣机构运出隧洞；

S4：当岩层较硬或者需要较大推力时，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸解锁，共同推进刀盘和主驱动向前推进，增大刀盘的推进能力。

在步骤S2中1号伸缩油缸和2号伸缩油缸进行交替伸缩，持续推进主驱动和刀盘向前掘进的具体步骤如下：

S2.1：1号伸缩油缸作业时，1号伸缩油缸对应的撑靴单元的撑紧油缸伸出，撑靴撑紧洞壁，1号伸缩油缸的推进油缸向前逐渐推进；

S2.2：同时2号伸缩油缸的推进油缸回收，拉动2号伸缩油缸对应的撑靴单元向前回收；

S2.3：待1号伸缩油缸的推进油缸完成向前推进后，2号伸缩油缸的推进油缸收缩到位；

S2.4：2号伸缩油缸对应的撑靴单元的撑紧油缸伸出，撑靴撑紧在洞壁上，1号伸缩油缸的撑紧油缸收缩带动撑靴脱离洞壁；

S2.5：2号伸缩油缸的推进油缸缓慢伸出，推进主驱动和刀盘开挖掌子面，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸进行交替伸缩，实现隧道的连续开挖。

本发明提出了一种超短型连续推进式掘进机，具备开挖、推进、出渣等功能；推进系统对称布置在驱动外侧，缩短了整机长度，整机长度5m左右，结构紧凑，方便快速组装和拆卸。两组推进机构连锁动作，一组推进作业的同时，另一组同步完成复位，避免了换步停机，可以实现掘进机的连续作业，掘进效率高。两组推进机构可通过取消连锁，共同完成推进工作，转变为大推力推进模式，提升了刀盘的破岩能力；两种模式便于操作和切换，提高装置的适用性。该发明尤其适用于短距离隧道的快速开挖，开挖的渣土通过矿车等运出洞外，开挖暴露的岩壁根据围岩情况，由施工人员在其后方采取不同的支护措施，提高施工效率和施工安全系数，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为本发明整机结构示意图。

图2为图1中A-A向视图。

图3为本发明推进机构交替工作状态示意图。

图4为图3中B-B向视图。

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1，一种超短型连续推进式掘进机，包括盾体2和渣土运输机7，所述盾体2内设有主驱动6，主驱动内置电机、减速机、齿轮等驱动组，主驱动6前端连接有刀盘1，为刀盘提供旋转动力。主驱动6的外壁上沿周向设有若干个撑靴单元，起防护和支撑作用。撑靴单元通过可联动的推进机构3与盾体2相连接。即推进机构分为两组，这组两组推进机构连锁动作，一组推进作业的同时，另一组同步完成复位，避免了换步停机，提高了掘进效率。当需要较大推进力时，两组推进机构可通过取消连锁，共同完成推进工作，转变为大推力推进模式，提升了刀盘的破岩能力。

进一步，如图2所示，所述撑靴单元包括导向架5和撑靴4，导向架5的下部与支撑滑轨9固定连接，支撑滑轨9与设置在主驱动6外壁上的滑轨滑动配合，滑轨沿掘进轴向设置，导向架通过支撑滑轨能在滑轨内滑动，撑靴4通过撑紧油缸8与导向架5相连接，撑紧油缸伸缩带动撑靴沿着导向架在隧道径向直线伸缩，用于撑紧洞壁与否。导向架5通过推进机构3与盾体2相连接。在推进机构作用下的在支撑滑轨内沿着掘进轴线方向运动。优选地，所述推进机构3采用推进油缸，推进油缸沿轴向设置，多个推进油缸沿主驱动圆周布置，撑紧油缸8沿径向设置，带动撑靴沿径向伸缩运动。所述撑靴单元与推进机构3一一对应，一个撑靴单元对应一个或一组（两个）推进油缸，实现单独控制运动。

如图3、4所示，实施例2，一种超短型连续推进式掘进机，所述推进机构3分为1号伸缩油缸和2号伸缩油缸，即推进机构的推进油缸分为两组（1号伸缩油缸组包括4个1号伸缩油缸、2号伸缩油缸组包括4个2号伸缩油缸），其中一组的推进油缸进行同步伸缩；另外一组的推进油缸也进行同步伸缩；且两组的推进油缸可连锁：即一组伸出、另一组进行同步的缩回；两组也可解锁：即两组油缸进行同步伸缩。为保持撑靴的稳定性，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸交叉设置。1号伸缩油缸和2号伸缩油缸连锁状态下进行交替伸缩运动，即1号伸缩油缸和2号伸缩油缸可同时进行相反动作；1号伸缩油缸和2号伸缩油缸解锁状态下能进行同步伸缩运动，即1号伸缩油缸和2号伸缩油缸可同时进行相同动作，两种状态可相互转换。具体地，连锁状态时，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸为组成连续推进机构组，同一个连续推进机构组的1号伸缩油缸的有杆腔和2号伸缩油缸的有杆腔相连通，同一个连续推进机构组的1号伸缩油缸的无杆腔和2号伸缩油缸的无杆腔相连通，即1号伸缩油缸和2号伸缩油缸可同时进行相反动作，也可同时进行相同动作，两种状态可相互转换。

进一步，所述渣土运输机7为皮带机，皮带机的一端穿过主驱动6伸进刀盘1且与刀盘1上的出渣口相对应。皮带机的前端在刀盘和驱动内部，刀盘开挖的岩渣通过输送机运送至设备尾部。本设备整机长度约5m左右，结构紧凑，便于快速组装和拆卸，节约了大量前期和后期工作，便于多次转场应用和救援工作等。其他结构与实施例1相同。

实施例3：一种如实施例2所述的超短型连续推进式掘进机的连续掘进方法，步骤如下：

S1：将沿主驱动6周向分布的用于连接撑靴单元与盾体2的推进机构3分为1号伸缩油缸和2号伸缩油缸；1号伸缩油缸设为1#推进油缸，2号伸缩油缸设为2#推进油缸；1#推进油缸和2#推进油缸交叉间隔设置；

S2：掘进时，撑靴单元撑紧在洞壁上，刀盘在主驱动的作用下旋转开挖掌子面，相应的1号伸缩油缸（1#推进油缸）和2号伸缩油缸（2#推进油缸）进行交替伸缩，持续推进主驱动和刀盘向前掘进；

S3：刀盘1破岩的岩渣通过渣土运输机7输送至设备尾部，并由清渣机构运出隧洞；

S4：当岩层较硬或者需要较大推力时，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸取消连锁（解锁），共同推进刀盘和主驱动向前推进，增大刀盘的推进能力。

其中，在步骤S2中1号伸缩油缸和2号伸缩油缸进行交替伸缩，持续推进主驱动和刀盘向前掘进的具体步骤如下：

S2.1：1号伸缩油缸作业时，1号伸缩油缸对应的撑靴单元的撑紧油缸伸出，撑靴撑紧洞壁，1号伸缩油缸（1#推进油缸）向前逐渐推进；

S2.2：同时2号伸缩油缸（2#推进油缸）回收，拉动2号伸缩油缸对应的撑靴单元向前回收；

S2.3：待1号伸缩油缸（1#推进油缸）完成向前推进后，2号伸缩油缸（2#推进油缸）收缩到位；

S2.4：2号伸缩油缸对应的撑靴单元的撑紧油缸伸出，撑靴撑紧在洞壁上，1号伸缩油缸的撑紧油缸收缩带动撑靴脱离洞壁；

S2.5：2号伸缩油缸的2#推进油缸缓慢伸出，推进主驱动和刀盘开挖掌子面，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸进行交替伸缩，重复上述步骤实现隧道的连续开挖。

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 (8)

1.一种超短型连续推进式掘进机，包括盾体（2）和渣土运输机（7），其特征在于：所述盾体（2）内设有主驱动（6），主驱动（6）前端连接有刀盘（1），主驱动（6）的外壁上沿周向设有若干个撑靴单元，撑靴单元通过可联动的推进机构（3）与盾体（2）相连接。

2.根据权利要求1所述的超短型连续推进式掘进机，其特征在于：所述撑靴单元包括导向架（5）和撑靴（4），导向架（5）的下部与支撑滑轨（9）相连接，支撑滑轨（9）与设置在主驱动（6）外壁上的滑轨滑动配合，撑靴（4）通过撑紧油缸（8）与导向架（5）相连接，导向架（5）通过推进机构（3）与盾体（2）相连接。

3.根据权利要求2所述的超短型连续推进式掘进机，其特征在于：所述推进机构（3）采用推进油缸，推进油缸沿轴向设置，撑紧油缸（8）沿径向设置，所述撑靴单元与推进机构（3）一一对应。

4.根据权利要求1~3任一项所述的超短型连续推进式掘进机，其特征在于：所述推进机构（3）分为1号伸缩油缸和2号伸缩油缸，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸交叉设置，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸连锁状态下进行交替伸缩运动；1号伸缩油缸和2号伸缩油缸解锁状态下能进行同步伸缩运动。

5.根据权利要求4所述的超短型连续推进式掘进机，其特征在于：连锁状态下，所述1号伸缩油缸和2号伸缩油缸组成连续推进机构组，同一个连续推进机构组的1号伸缩油缸的有杆腔和2号伸缩油缸的有杆腔相连通，同一个连续推进机构组的1号伸缩油缸的无杆腔和2号伸缩油缸的无杆腔相连通。

6.根据权利要求1或5所述的超短型连续推进式掘进机，其特征在于：所述渣土运输机（7）为皮带机，皮带机的一端穿过主驱动（6）伸进刀盘（1）且与刀盘（1）上的出渣口相对应。

7.一种超短型连续推进式掘进机的连续掘进方法，其特征在于：步骤如下：

S1：将沿主驱动（6）周向分布的用于连接撑靴单元与盾体（2）的推进机构（3）分为1号伸缩油缸和2号伸缩油缸，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸连锁设置；

S2：掘进时，撑靴单元撑紧在洞壁上，刀盘在主驱动的作用下旋转开挖掌子面，相应的1号伸缩油缸和2号伸缩油缸进行交替伸缩，持续推进主驱动和刀盘向前掘进；

S3：刀盘（1）破岩的岩渣通过渣土运输机（7）输送至设备尾部，并由清渣机构运出隧洞；

S4：当岩层较硬或者需要较大推力时，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸解锁，共同推进刀盘和主驱动向前推进，增大刀盘的推进能力。

8.根据权利要求7所述超短型连续推进式掘进机的连续掘进方法，其特征在于：在步骤S2中1号伸缩油缸和2号伸缩油缸进行交替伸缩，持续推进主驱动和刀盘向前掘进的具体步骤如下：

S2.1：1号伸缩油缸作业时，1号伸缩油缸对应的撑靴单元的撑紧油缸伸出，撑靴撑紧洞壁，1号伸缩油缸的推进油缸向前逐渐推进；

S2.2：同时2号伸缩油缸的推进油缸回收，拉动2号伸缩油缸对应的撑靴单元向前回收；

S2.3：待1号伸缩油缸的推进油缸完成向前推进后，2号伸缩油缸的推进油缸收缩到位；

S2.4：2号伸缩油缸对应的撑靴单元的撑紧油缸伸出，撑靴撑紧在洞壁上，1号伸缩油缸的撑紧油缸收缩带动撑靴脱离洞壁；

S2.5：2号伸缩油缸的推进油缸缓慢伸出，推进主驱动和刀盘开挖掌子面，1号伸缩油缸和2号伸缩油缸进行交替伸缩，实现隧道的连续开挖。

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