CN111577307B - 一种盾构机及其掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机及其掘进方法，涉及地下工程施工设备技术领域，包括盾构机本体，所述盾构机本体左侧固定安装有固定盘，所述固定盘上固定安装有导块；所述固定盘外套设有头套，所述头套内壁上设置有与所述导块对应的导槽，头套外壁上固定安装有翅片；有益效果在于：通过头套上设置翅片扎入泥土，避免由于刀头与泥土阻力过大导致盾构机本体旋转的情况，同时刀头再掘进减小刀头部位受到的泥土压力，减少刀头的磨损；设置导块在导槽内活动，对盾构机本体掘进起导向，提高掘进的方向稳定性，保证直线前进。

Description

一种盾构机及其掘进方法

技术领域

本发明涉及地下工程施工设备技术领域，特别是涉及一种盾构机及其掘进方法。

背景技术

随着我国人口的增长和城镇化进程的推进，大量的土建工程在修建，地面空间越来越狭小，居住、交通、环境等问题日益突出，各种类型的地下建筑物、地铁、水下隧道等工程的兴建可以很好的解决这些问题，作为地下暗挖空间施工的方法，盾构法因其无需降水、安全、环保、经济等特点故被广泛采用，盾构区间300米以上较为经济，盾构机即是地下暗挖工程的主要设备。

盾构机包括刀头和本体，在盾构机掘进过程中，由于盾构机刀头承受径向土压过大，导致盾构机在掘进过程中刀盘面扰动，造成隧道的实际位置与设计规划不符；还可能由于泥土对刀头摩擦较大，而盾构机本体外表面光滑可能引起盾构机本体转动；对于超长隧道的盾构法施工，盾构机行进开挖过程中难免遇到各种外部干扰，导致开挖路径偏离设计方向，若误差累积到一定程度将造成隧毁人亡等重大事故；在盾构机掘进时可能经过泥土粘性较大的位置，粘土粘在刀头上，降低切削效率，长时间泥土黏在刀头上可能因为刀头散热慢而导致道具损毁。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种盾构机及其掘进方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种盾构机，包括盾构机本体和刀盘，其特征在于：所述盾构机本体左侧固定安装有固定盘，所述固定盘上固定安装有导块，所述固定盘左侧设置有刀盘，所述刀盘和所述固定盘通过转向液压缸连接；所述固定盘外套设有头套，所述头套内壁上设置有与所述导块对应的导槽，所述头套外壁上固定安装有翅片；所述头套右侧固定连接有尾套，所述尾套套在所述盾构机本体上，所述盾构机本体和所述尾套之间存在间隙，所述盾构机本体外壁上固定安装有第一液压缸，所述第一液压缸输出端与所述头套固定连接；所述第一液压缸右侧设置有第二液压缸，所述第二液压缸固定安装在所述盾构机本体外壁上，所述第二液压缸的输出端上固定安装有垫块；所述盾构机本体右侧和所述尾套之间的间隙内铺设盾构管片，所述垫块顶在所述盾构管片上。

优选的：所述刀盘包括刀头、壳体、储液箱、驱动电机、轴承、出液管、出泥管、供液泵和齿轮；所述壳体内部分为土仓和驱动仓两部分，所述土仓内设置有所述刀头，所述刀头左端延伸至所述壳体外部，所述刀头右端延伸至所述驱动仓内部，所述刀头与所述壳体通过所述轴承连接；所述土仓右侧下方设置有出泥口；所述驱动仓上方固定安装有所述储液箱，所述储液箱内部底面固定安装有所述供液泵，所述供液泵的输出端与所述出液管一端密封连接，所述出液管另一端穿出所述储液箱延伸至所述刀头内；所述驱动仓内对应所述刀头右端固定安装有所述驱动电机，所述驱动电机的输出端上固定安装有所述齿轮；所述驱动仓下部固定安装有所述出泥管，所述出泥管左端密封安装在所述出泥口位置。

优选的：所述刀头包括刀壳、伸缩结构、切刀、滚刀和齿条圈，所述切刀和所述滚刀分别固定安装在所述刀壳左表面，所述伸缩结构与所述刀壳活动连接，所述刀壳右端设置有与所述齿轮对应的所述齿条圈。

优选的：所述伸缩结构包括伸缩液压缸、连接块、出液孔、伸缩套、固定管、固定板和连接管，所述伸缩套贯穿所述刀壳左壁，所述伸缩套与所述刀壳活动连接，所述伸缩套上设置有所述出液孔，所述伸缩套右侧外壁上固定安装有所述连接块，所述伸缩套右端套设在所述固定管上，所述固定管通过所述固定板固定，所述固定板固定安装在所述刀壳上，所述连接块和所述固定板之间设置有所述伸缩液压缸，所述伸缩液压缸固定安装在所述固定板上，所述伸缩液压缸输出端与所述连接块固定连接，所述固定管右端与所述连接管密封连接，所述连接管与所述出液管套接，所述连接管与所述出液管可以转动且相对密封。

优选的：所述出液孔内密封安装有橡胶片，所述橡胶片为向外凸起的球面形，所述橡胶片中间位置设置有裂缝。

一种盾构机的掘进方法，包括以下步骤：

针对隧道不拐弯且泥土层粘性不大时：

a、启动第一液压缸推动头套向前扎入泥土内；

b、启动第二液压缸推动盾构管片，盾构机本体掘进，导块在导槽内滑动，同时驱动电机带动刀盘转动对土层进行切削；

c、切削掉的土屑进入土仓，从出泥口经过出泥管向后抽入盾构机本体内，再经过盾构机本体送出。

针对隧道不拐弯但泥土层粘性较大时：

a、启动伸缩液压缸推动伸缩套向前扎入泥土内，启动供液泵将储液箱内的泡沫剂依次经过出液管、连接管、固定管、伸缩套，从出液孔喷出，同时随着刀头转动，使泡沫剂更充分的与泥土混合，降低泥土粘性；

b、启动第一液压缸推动头套向前扎入泥土内；

c、启动第二液压缸推动盾构管片，盾构机本体掘进，导块在导槽内滑动，同时驱动电机带动刀盘转动对土层进行切削；

d、切削掉的土屑进入土仓，从出泥口经过出泥管向后抽入盾构机本体内，再经过盾构机本体送出。

针对需要拐弯的隧道掘进时：

a、启动第一液压缸拉回头套至刀盘凸出头套；

b、启动转向液压缸推动刀盘转向；

c、启动第二液压缸推动盾构管片，盾构机本体掘进，同时驱动电机带动刀盘转动对土层进行切削；

d、切削掉的土屑进入土仓，从出泥口经过出泥管向后抽入盾构机本体内，再经过盾构机本体送出。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体如下：

1、通过头套上设置翅片扎入泥土，避免由于刀头与泥土阻力过大导致盾构机本体旋转的情况，同时刀头再掘进减小刀头部位受到的泥土压力，减少刀头的磨损；

2、通过设置导块在导槽内活动，对盾构机本体掘进起导向，提高掘进的方向稳定性，保证直线前进；

3、通过设置伸缩柱扎入泥土喷入泡沫剂降低泥土粘性，减少泥土粘性大粘在刀头上使切屑效率降低的情况，同时由于伸缩柱跟随刀头转动，加快泡沫剂与泥土的混合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种盾构机的结构示意图。

图2是本发明所述一种盾构机的主视图。

图3是本发明所述一种盾构机的左视图。

图4是本发明所述一种盾构机的刀盘的结构示意图。

图5是本发明所述一种盾构机的刀头的结构示意图。

图6是本发明所述一种盾构机及其掘进方法的工作原理图。

附图标记说明如下：

1、头套；2、导槽；3、刀盘；4、转向液压缸；5、翅片；6、导块；7、固定盘；8、盾构机本体；9、尾套；10、第一液压缸；11、第二液压缸；12、垫块；13、盾构管片；14、土仓；15、驱动仓；16、出泥口；31、刀头；32、壳体；33、储液箱；34、驱动电机；35、轴承；36、出液管；37、出泥管；38、供液泵；39、齿轮；311、刀壳；312、伸缩结构；313、切刀；314、滚刀；3121、伸缩液压缸；3122、连接块；3123、出液孔；3124、伸缩套；3125、固定管；3126、固定板；3127、连接管；3128、齿条圈。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1-图6所示，一种盾构机，包括盾构机本体8和刀盘3，其特征在于：盾构机本体8左侧固定安装有固定盘7，固定盘7用来固定，固定盘7上固定安装有导块6，固定盘7左侧设置有刀盘3，刀盘3用来掘进，刀盘3和固定盘7通过转向液压缸4连接；固定盘7外套设有头套1，头套1用来减小刀头31的土方压力和增加盾构机本体8的稳定性，头套1内壁上设置有与导块6对应的导槽2，导块6和导槽2配合导向，头套1外壁上固定安装有翅片5，翅片5用来增加阻力避免转动；头套1右侧固定连接有尾套9，尾套9用来密封，尾套9套在盾构机本体8上，盾构机本体8和尾套9之间存在间隙，盾构机本体8外壁上固定安装有第一液压缸10，第一液压缸10用来推动头套1，第一液压缸10输出端与头套1固定连接；第一液压缸10右侧设置有第二液压缸11，第二液压缸11用来推动盾构机本体8掘进，第二液压缸11固定安装在盾构机本体8外壁上，第二液压缸11的输出端上固定安装有垫块12，垫块12用来垫衬；盾构机本体8右侧和尾套9之间的间隙内铺设盾构管片13，垫块12顶在盾构管片13上；刀盘3包括刀头31、壳体32、储液箱33、驱动电机34、轴承35、出液管36、出泥管37、供液泵38和齿轮39；壳体32内部分为土仓14和驱动仓15两部分，土仓14内设置有刀头31，刀头31用来切削，刀头31左端延伸至壳体32外部，刀头31右端延伸至驱动仓15内部，刀头31与壳体32通过轴承35连接；土仓14右侧下方设置有出泥口16，出泥口16用来出泥；驱动仓15上方固定安装有储液箱33，储液箱33内储存有泡沫剂，泡沫剂用来降低泥土粘性，储液箱33内部底面固定安装有供液泵38，供液泵38用来供液，供液泵38的输出端与出液管36一端密封连接，出液管36另一端穿出储液箱33延伸至刀头31内；驱动仓15内对应刀头31右端固定安装有驱动电机34，驱动电机34用来驱动，驱动电机34的输出端上固定安装有齿轮39；驱动仓15下部固定安装有出泥管37，出泥管37左端密封安装在出泥口16位置；刀头31包括刀壳311、伸缩结构312、切刀313、滚刀314和齿条圈3128，切刀313和滚刀314分别固定安装在刀壳311左表面，伸缩结构312与刀壳311活动连接，刀壳311右端设置有与齿轮39对应的齿条圈3128，齿条和齿条圈3128用来配合传动；伸缩结构312包括伸缩液压缸3121、连接块3122、出液孔3123、伸缩套3124、固定管3125、固定板3126和连接管3127，伸缩套3124贯穿刀壳311左壁，伸缩套3124与刀壳311活动连接，伸缩套3124上设置有出液孔3123，出液孔3123用来出液，伸缩套3124右侧外壁上固定安装有连接块3122，连接块3122用来连接，伸缩套3124右端套设在固定管3125上，固定管3125通过固定板3126固定，固定板3126固定安装在刀壳311上，连接块3122和固定板3126之间设置有伸缩液压缸3121，伸缩液压缸3121用来推动伸缩套3124运动，伸缩液压缸3121固定安装在固定板3126上，伸缩液压缸3121输出端与连接块3122固定连接，固定管3125右端与连接管3127密封连接，连接管3127与出液管36套接，连接管3127与出液管36可以转动且相对密封；出液孔3123内密封安装有橡胶片，橡胶片为向外凸起的球面形，橡胶片中间位置设置有裂缝，满足从球面内侧向外出液时，受向外张力裂缝张开液体喷出，从球面外侧向内有压力时，球面受挤压裂缝挤合，避免泥浆流入。

实施例2

一种盾构机的掘进方法，包括以下步骤：

针对隧道不拐弯且泥土层粘性不大时：

a、伸缩套3124左端面与刀壳311左表面在一个平面上，启动第一液压缸10推动头套1向前扎入泥土内；

b、启动第二液压缸11推动盾构管片13，盾构机本体8掘进，导块6在导槽2内滑动，同时驱动电机34带动刀盘3转动对土层进行切削；

c、切削掉的土屑进入土仓14，从出泥口16经过出泥管37向后抽入盾构机本体8内，再经过盾构机本体8送出。

针对隧道不拐弯但泥土层粘性较大时：

a、启动伸缩液压缸3121推动伸缩套3124向前扎入泥土内，启动供液泵38将储液箱33内的泡沫剂依次经过出液管36、连接管3127、固定管3125、伸缩套3124，从出液孔3123喷出，同时随着刀头31转动，使泡沫剂更充分的与泥土混合，降低泥土粘性；

b、启动第一液压缸10推动头套1向前扎入泥土内；

c、启动第二液压缸11推动盾构管片13，盾构机本体8掘进，导块6在导槽2内滑动，同时驱动电机34带动刀盘3转动对土层进行切削；

d、切削掉的土屑进入土仓14，从出泥口16经过出泥管37向后抽入盾构机本体8内，再经过盾构机本体8送出。

针对需要拐弯的隧道掘进时：

a、启动第一液压缸10拉回头套1至刀盘3凸出头套1；

b、启动转向液压缸4推动刀盘3转向；

c、启动第二液压缸11推动盾构管片13，盾构机本体8掘进，同时驱动电机34带动刀盘3转动对土层进行切削；

d、切削掉的土屑进入土仓14，从出泥口16经过出泥管37向后抽入盾构机本体8内，再经过盾构机本体8送出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种盾构机，包括盾构机本体（8）和刀盘（3），其特征在于：所述盾构机本体（8）左侧固定安装有固定盘（7），所述固定盘（7）上固定安装有导块（6），所述固定盘（7）左侧设置有刀盘（3），所述刀盘（3）和所述固定盘（7）通过转向液压缸（4）连接；所述固定盘（7）外套设有头套（1），所述头套（1）内壁上设置有与所述导块（6）对应的导槽（2），头套（1）外壁上固定安装有翅片（5）；所述头套（1）右侧固定连接有尾套（9），所述尾套（9）套在所述盾构机本体（8）上，所述盾构机本体（8）和所述尾套（9）之间存在间隙，所述盾构机本体（8）外壁上固定安装有第一液压缸（10），所述第一液压缸（10）输出端与所述头套（1）固定连接；所述第一液压缸（10）右侧设置有第二液压缸（11），所述第二液压缸（11）固定安装在所述盾构机本体（8）外壁上，所述第二液压缸（11）的输出端上固定安装有垫块（12）；所述盾构机本体（8）右侧和所述尾套（9）之间的间隙内铺设盾构管片（13），所述垫块（12）顶在所述盾构管片（13）上。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机，其特征在于：所述刀盘（3）包括刀头（31）、壳体（32）、储液箱（33）、驱动电机（34）、轴承（35）、出液管（36）、出泥管（37）、供液泵（38）和齿轮（39）；所述壳体（32）内部分为土仓（14）和驱动仓（15）两部分，所述土仓（14）内设置有所述刀头（31），所述刀头（31）左端延伸至所述壳体（32）外部，所述刀头（31）右端延伸至所述驱动仓（15）内部，所述刀头（31）与所述壳体（32）通过所述轴承（35）连接；所述土仓（14）右侧下方设置有出泥口（16）；所述驱动仓（15）上方固定安装有所述储液箱（33），所述储液箱（33）内部底面固定安装有所述供液泵（38），所述供液泵（38）的输出端与所述出液管（36）一端密封连接，所述出液管（36）另一端穿出所述储液箱（33）延伸至所述刀头（31）内；所述驱动仓（15）内对应所述刀头（31）右端固定安装有所述驱动电机（34），所述驱动电机（34）的输出端上固定安装有所述齿轮（39）；所述驱动仓（15）下部固定安装有所述出泥管（37），所述出泥管（37）左端密封安装在所述出泥口（16）位置。

3.根据权利要求2所述的一种盾构机，其特征在于：所述刀头（31）包括刀壳（311）、伸缩结构（312）、切刀（313）、滚刀（314）和齿条圈（3128），所述切刀（313）和所述滚刀（314）分别固定安装在所述刀壳（311）左表面，所述伸缩结构（312）与所述刀壳（311）活动连接，所述刀壳（311）右端设置有与所述齿轮（39）对应的所述齿条圈（3128）。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机，其特征在于：所述伸缩结构（312）包括伸缩液压缸（3121）、连接块（3122）、出液孔（3123）、伸缩套（3124）、固定管（3125）、固定板（3126）和连接管（3127），所述伸缩套（3124）贯穿所述刀壳（311）左壁，所述伸缩套（3124）与所述刀壳（311）活动连接，所述伸缩套（3124）上设置有所述出液孔（3123），所述伸缩套（3124）右侧外壁上固定安装有所述连接块（3122），所述伸缩套（3124）右端套设在所述固定管（3125）上，所述固定管（3125）通过所述固定板（3126）固定，所述固定板（3126）固定安装在所述刀壳（311）上，所述连接块（3122）和所述固定板（3126）之间设置有所述伸缩液压缸（3121），所述伸缩液压缸（3121）固定安装在所述固定板（3126）上，所述伸缩液压缸（3121）输出端与所述连接块（3122）固定连接，所述固定管（3125）右端与所述连接管（3127）密封连接，所述连接管（3127）与所述出液管（36）套接，所述连接管（3127）与所述出液管（36）可以转动且相对密封。

5.根据权利要求4所述的一种盾构机，其特征在于：所述出液孔（3123）内密封安装有橡胶片，所述橡胶片为向外凸起的球面形，所述橡胶片中间位置设置有裂缝。

6.根据权利要求4或5所述的盾构机的掘进方法，包括下列步骤：

针对隧道不拐弯且泥土层粘性不大时：

a、启动第一液压缸（10）推动头套（1）向前扎入泥土内；

b、启动第二液压缸（11）推动盾构管片（13），盾构机本体（8）掘进，导块（6）在导槽（2）内滑动，同时驱动电机（34）带动刀盘（3）转动对土层进行切削；

c、切削掉的土屑进入土仓（14），从出泥口（16）经过出泥管（37）向后抽入盾构机本体（8）内，再经过盾构机本体（8）送出；

针对隧道不拐弯但泥土层粘性较大时：

a、启动伸缩液压缸（3121）推动伸缩套（3124）向前扎入泥土内，启动供液泵（38）将储液箱（33）内的泡沫剂依次经过出液管（36）、连接管（3127）、固定管（3125）、伸缩套（3124），从出液孔（3123）喷出，同时随着刀头（31）转动，使泡沫剂更充分的与泥土混合，降低泥土粘性；

b、启动第一液压缸（10）推动头套（1）向前扎入泥土内；

c、启动第二液压缸（11）推动盾构管片（13），盾构机本体（8）掘进，导块（6）在导槽（2）内滑动，同时驱动电机（34）带动刀盘（3）转动对土层进行切削；

d、切削掉的土屑进入土仓（14），从出泥口（16）经过出泥管（37）向后抽入盾构机本体（8）内，再经过盾构机本体（8）送出；

针对需要拐弯的隧道掘进时：

a、启动第一液压缸（10）拉回头套（1）至刀盘（3）凸出头套（1）；

b、启动转向液压缸（4）推动刀盘（3）转向；

c、启动第二液压缸（11）推动盾构管片（13），盾构机本体（8）掘进，同时驱动电机（34）带动刀盘（3）转动对土层进行切削；

d、切削掉的土屑进入土仓（14），从出泥口（16）经过出泥管（37）向后抽入盾构机本体（8）内，再经过盾构机本体（8）送出。

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