CN111852494A - 一种土压平衡盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压平衡盾构机，解决了现有土压平衡盾构机的人舱因空间小而操作不便且不满足国际标准的技术问题。本发明包括铰接相连的前盾和中盾，前盾和中盾内设置有螺旋输送机，中盾内设置有管片拼装机，前盾的尾部或中盾的前部设置有中盾隔板，中盾隔板与前盾密封配合或前盾与中盾密封配合，中盾隔板连接有人舱，中盾隔板上设置有浮动机构，所述螺旋输送机的中部通过浮动机构与中盾隔板密封配合、前部滑动设置在土舱内、尾部连接在管片拼装机上。本发明提升了小直径土压平衡盾构机人舱的空间，便于施工操作，并且人舱可以独立拆装，符合人舱的国际标准且容易进行国际认证，使得我国小直径土压平衡盾构机可以满足国际规范，提升国际影响力。

Description

一种土压平衡盾构机

技术领域

本发明属于盾构机开舱检修、换刀的技术领域，特别是指一种土压平衡盾构机。

背景技术

市政管道的隧道直径一般在3-4.5m，掘进距离较长，在采用盾构法对市政管道进行施工的过程中，由于地层的特殊性、操作管理上的失误以及刀盘刀具的正常磨损等问题，将不可避免的需要对盾构机进行开舱换刀。当进行压气作业开舱换刀或者设备检修等工作时，由于土舱内的压力高于大气压，因此便需要通过在盾构机上设置的人舱及过渡舱进入到土舱。

当采用土压平衡盾构机对市政管道进行隧道施工时，由于盾体内部空间小，传统的外挂式独立人舱无法安装在前盾；如果把人舱安装在中盾，螺旋输送机及铰接环的存在，无法保证前盾及中盾区域的整体保压；国内出厂的小直径盾构机通常在前盾中设置盾体一体式人舱，由于驱动的存在，一体式人舱的空间小且环境复杂，作业人员操作极不方便；此外国际标准对人舱的尺寸及空间大小做出了相关规定，目前盾体一体式人舱尚无法满足国际标准，如何设计出满足国际标准的人舱是盾构机出口需要的重要部分。

经检索，现有申请日为2015.12.21、申请号为CN201521070925.X的实用新型专利公开了一种带有人舱的小型全断面隧道掘进机，它包括盾体外壳、位于盾体外壳前端的刀盘、驱动刀盘旋转进行挖掘的主驱动、位于盾体外壳内部并与刀盘相连接的中心回转接头、位于盾体外壳内部的螺旋机，主驱动沿盾体外壳的内壁周向设置并与盾体外壳的内壁之间密封连接，在刀盘后侧，由前向后依次设置有隔舱板和后舱板，隔舱板和后舱板以及盾体外壳共同形成一封闭空间，该封闭空间为人舱，隔舱板上具有可开关的前舱门，后舱板上具有可开关的后舱门。

上述专利的技术方案通过前盾隔板和后盾隔板构造出的一体式人舱，主要存在两个严重的弊端。第一，一体式人舱容积大，在作业人员进入后，需要很长的时间才能将人舱加压到与土舱内压强相同。同理，在作业人员需要走出人舱时，需要很长的时间才能将人舱内的压强释放至正常大气压。其次，在作业人员维修的过程中需要先进入勘察，然后再取拿相应的工具和更换零件，因此，在整个维修过程中，作业人员需要在土舱、人舱、常压区往返多次，这进一步增加了第一点所述的加压、泄压的时长，严重影响施工效率。因此，上述专利的技术方案不仅不能满足土压平衡盾构机的使用要求，而且将常规技术手段与上述专利的技术方案组合也无法满足小直径土压平衡盾构机的使用要求。

因此迫切需要设计一种土压平衡盾构机来解决使用一体式人舱作业人员操作不便并且不满足国际标准的问题，从而提高我国小直径土压平衡盾构机的国际影响力。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种土压平衡盾构机，解决了现有土压平衡盾构机的人舱因空间小而操作不便且不满足国际标准的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种土压平衡盾构机，包括铰接相连的前盾和中盾，前盾和中盾内设置有螺旋输送机，中盾内设置有管片拼装机，所述前盾的尾部或中盾的前部设置有中盾隔板，中盾隔板与前盾密封配合或前盾与中盾密封配合，使前盾和中盾隔板构成密闭的保压空间。所述中盾隔板上连接有人舱，作业人员可通过人舱进入土舱进行作业。中盾隔板上设置有浮动机构，所述螺旋输送机的中部通过浮动机构与中盾隔板密封配合、前部滑动设置在土舱内、尾部连接在管片拼装机上，不仅解决了螺旋输送机造成的前盾内无法可靠保压的问题，同时，当盾构机进行曲线施工时，可以通过浮动机构来调整螺旋输送机与中盾隔板的位置关系，从而保证盾构机的顺利掘进。即无论盾构机处于何种姿态，都能够克服螺旋输送机的影响，实现保压稳定的效果。

进一步地，所述中盾隔板设置在中盾的前部，前盾与中盾之间通过主动铰接密封环密封配合。则人舱通过中盾隔板与中盾相连，人舱随中盾移动，当前盾相对中盾转动时人舱保持静止。相对中盾隔板设置在前盾上时，避免了人舱随前盾摆动，有效节省了人舱随前盾摆动所需的空间。

进一步地，所述浮动机构包括与螺旋输送机密封配合的第二关节轴承，第二关节轴承通过旋转式机械锁可调设置在中盾隔板上。通过第二关节轴承的作用，螺旋输送机可相对中盾隔板伸缩或转动，在满足密封的同时，也满足了转向需求。

进一步地，所述第二关节轴承连接有第二关节轴承连接法兰，中盾隔板上连接有第二关节轴承过渡法兰，第二关节轴承连接法兰和第二关节轴承过渡法兰之间设置有密封结构且通过旋转式机械锁可调连接，第二关节轴承通过第二关节轴承连接法兰和第二关节轴承过渡法兰的连接与中盾隔板相连。

进一步地，所述螺旋输送机包括螺旋输送机本体，螺旋输送机本体包括普通筒节和高精度筒节，高精度筒节与第二关节轴承活动插接且密封配合。

进一步地，所述螺旋输送机的前部设置有第一关节轴承，第一关节轴承与螺机座连接，进而实现螺旋输送机前部的滑动转向。

进一步地，所述人舱包括与中盾隔板相连的舱体，舱体的前侧设置有通向中盾隔板前侧的前舱门、通向中盾隔板后侧的后舱门，前舱门和后舱门与舱体之间均设置有密封结构。

进一步地，所述前舱门包括安装在舱体内的前承压门和安装在舱体外的后承压门，前承压门向前盾方向开启，后承压门向舱体内开启。

进一步地，所述后舱门安装在舱体内且向舱体内开启。

进一步地，所述舱体包括独立的左舱体和右舱体，左舱体与右舱体之间设置有连接门，左舱体和右舱体的前后两侧均分别设置有前舱门和后舱门。

进一步地，所述前舱门通过人舱前过渡法兰与舱体密封相连，后舱门通过人舱后过渡法兰与舱体密封相连，人舱前过渡法兰和人舱后过渡法兰均为直径大于前舱门和后舱门直径的异型件。

进一步地，所述中盾内设置有盾体平台，盾体平台位于人舱的后部。

本发明公开的土压平衡盾构机为小直径盾构机，不仅构造出了独特的保压空间，而且中盾内设置了独立的人舱，在盾构机需要开舱换刀或者进入土舱维修作业时，作业人员通过人舱进入土舱作业，无论盾构机处于何种姿态，均能够实现保压作业。本发明提升了小直径土压平衡盾构机人舱的空间，便于施工操作，并且人舱可以独立拆装，符合人舱的国际标准且容易进行国际认证，使得我国小直径土压平衡盾构机可以满足国际规范，提升国际影响力。

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为本发明整体结构示意图；

图2为本发明C-C面的剖视图；

图3为本发明A处局部放大图；

图4为本发明螺旋输送机的结构示意图；

图5为本发明D-D面的剖视图；

图中：1、刀盘；2、前盾；3、主驱动；4、主动铰接油缸；5、中盾；6、螺旋输送机；7、人舱；8、管片拼装机；9、盾体平台；501、主动铰接密封环；502、中盾隔板；5021、人舱连接法兰；5022、第二关节轴承过渡法兰；601、螺旋输送机本体；602、第一关节轴承；603、第二关节轴承；604、第二关节轴承连接法兰；605、旋转式机械锁；6011、普通筒节；6012、高精度筒节；701、舱体；702、前舱门；703、后舱门；704、人舱前过渡法兰；705、人舱后过渡法兰。

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。

一种土压平衡盾构机，如图1所示，包括通过主动铰接油缸4铰接相连的前盾2和中盾5，前盾2和中盾5内设置有螺旋输送机6，前盾2通过主驱动3连接有刀盘1，中盾5内设置有管片拼装机8。所述前盾2与中盾5的铰接处通过主动铰接密封环501密封配合，主动铰接密封环501具有双向承压作用，中盾5的前部设置有中盾隔板502，中盾隔板502的外缘与中盾5的内壁密封连接，使前盾2和中盾隔板502构成密闭的保压空间。

如图5所示，所述中盾隔板502包括人舱连接法兰5021，人舱连接法兰5021通过螺栓连接有人舱7，作业人员可通过人舱7进入土舱进行作业。所述人舱7包括与人舱连接法兰5021相连的舱体701，舱体701的前侧设置有通向中盾隔板502前侧的前舱门703，舱体701的后侧设置有通向中盾隔板502后侧的后舱门702，前舱门703和后舱门702与舱体701之间均设置有密封结构。

具体地，如图1、2、5所示，所述舱体701包括独立的左舱体和右舱体，左舱体与右舱体之间设置有连接门，左舱体和右舱体的前后两侧均分别设置有前舱门703和后舱门702。所述前舱门703通过人舱前过渡法兰705与舱体701密封相连，后舱门702通过人舱后过渡法兰704与舱体701密封相连。

人舱前过渡法兰705和人舱后过渡法兰704均为直径大于前舱门703和后舱门702直径的异型件。当隧道内需要更换电机时，由于行业标准的限制，可以拆除人舱前过渡法兰705和人舱后过渡法兰704，然后对电机进行依次吊运。

所述前舱门703包括安装在舱体701内的前承压门和安装在舱体701外的后承压门，前承压门向前盾2方向开启，后承压门向舱体701内开启，实现双向承压功能。所述后舱门702安装在舱体1内且向舱体701内开启。

如图1和4所示，所述中盾隔板502上设置有浮动机构，所述螺旋输送机6的中部通过浮动机构与中盾隔板502密封配合、前部滑动设置在土舱内、尾部连接在管片拼装机8上，所述螺旋输送机6的前部设置有第一关节轴承602，第一关节轴承602与螺机座连接，进而实现螺旋输送机6前部的滑动和转向。浮动机构和第一关节轴承602不仅解决了螺旋输送机6造成的前盾2内无法可靠保压的问题，同时，当盾构机进行曲线施工时，可以通过浮动机构和第一关节轴承602来被动调整螺旋输送机6与中盾隔板502的位置关系，从而保证盾构机的顺利掘进。即无论盾构机处于何种姿态，都能够克服螺旋输送机的影响，实现保压稳定的效果。

具体地，如图3所示，所述浮动机构包括与螺旋输送机6密封配合的第二关节轴承603，所述第二关节轴承603连接有第二关节轴承连接法兰604，中盾隔板502上连接有第二关节轴承过渡法兰5022，第二关节轴承连接法兰604和第二关节轴承过渡法兰5022之间设置有密封结构且通过旋转式机械锁605可调连接，第二关节轴承603通过第二关节轴承连接法兰604和第二关节轴承过渡法兰5022的连接与中盾隔板502相连。第二关节轴承连接法兰604和第二关节轴承过渡法兰5022之间的连接孔为长孔或设置有多个圆孔，旋转式机械锁605能够根据需要对其连接位置进行调整。通过第二关节轴承603和旋转式机械锁605的作用，螺旋输送机6可相对中盾隔板502伸缩或转动，在满足密封的同时，也满足了转向需求。

进一步地，所述螺旋输送机6包括螺旋输送机本体601，螺旋输送机本体601包括普通筒节6011和高精度筒节6012，高精度筒节6012与第二关节轴承603活动插接且通过两道密封配连接。高精度筒节6012外表面需要进行机械加工，以保证连接密封的配合精度。

进一步地，进一步地，所述中盾5内设置有盾体平台9，盾体平台9位于后舱门702的位置。所述的盾体平台9由型钢构成，焊接在中盾5的内部，当需要作业人员进入人舱7时，可以通过盾体平9进入。

本发明的工作流程如下：

当土压平衡盾构机在施工中选则敞开模式掘进时，前盾2内部不需要整体保压，因此可以断开第二关节轴承603与中盾隔板502的连接；当土压平衡盾构机在施工过程中需要进行压气作业开舱换刀或者设备检修等工作时，需要连接第二关节轴承603与中盾隔板502，作业人员可以打开安装在中盾隔板502上的独立人舱的前舱门702进入人舱7，然后通过盾构机保压系统对人舱7及前盾2内部空间进行加压，直至压力达到土舱的压力，然后打开人舱7的后舱门703，进入前盾2内部空间，最后打开前盾2顶部的过渡舱门进入土舱；通过在螺旋输送机6上设置的两个关节轴承，保证了前2内部空间的整体保压需求，当盾构机进行曲线施工时，可以通过调节旋转式机械锁705来调节第二关节轴承连接法兰604与中盾隔板502的位置关系，从而保证盾构机的顺利掘进。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

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 (12)

1.一种土压平衡盾构机，包括铰接相连的前盾（2）和中盾（5），前盾（2）和中盾（5）内设置有螺旋输送机（6），中盾（5）内设置有管片拼装机（8），其特征在于：所述前盾（2）的尾部或中盾（5）的前部设置有中盾隔板（502），中盾隔板（502）与前盾（1）密封配合或前盾（2）与中盾（5）密封配合，中盾隔板（502）连接有人舱（7），中盾隔板（502）上设置有浮动机构，所述螺旋输送机（6）的中部通过浮动机构与中盾隔板（502）密封配合、前部滑动设置在土舱内、尾部连接在管片拼装机（8）上。

2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述中盾隔板（502）设置在中盾（5）的前部，前盾（2）与中盾（5）之间通过主动铰接密封环（501）密封配合。

3.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述浮动机构包括与螺旋输送机（6）密封配合的第二关节轴承（603），第二关节轴承（603）通过旋转式机械锁（605）可调设置在中盾隔板（502）上。

4.根据权利要求3所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述第二关节轴承（603）连接有第二关节轴承连接法兰（604），中盾隔板（502）上连接有第二关节轴承过渡法兰（5022），第二关节轴承连接法兰（604）和第二关节轴承过渡法兰（5022）之间设置有密封结构且通过旋转式机械锁（605）可调连接，第二关节轴承（603）通过第二关节轴承连接法兰（604）和第二关节轴承过渡法兰（5022）的连接与中盾隔板（502）相连。

5.根据权利要求3或4所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述螺旋输送机（6）包括螺旋输送机本体（601），螺旋输送机本体（601）包括普通筒节（6011）和高精度筒节（6012），高精度筒节（6012）与第二关节轴承（603）活动插接且密封配合。

6.根据权利要求5所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述螺旋输送机（6）的前部设置有第一关节轴承（602），第一关节轴承（602）与螺机座连接。

7.根据权利要求1-4、6任一项所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述人舱（7）包括与中盾隔板（502）相连的舱体（701），舱体（701）的前侧设置有通向中盾隔板（502）前侧的前舱门（703）、通向中盾隔板（502）后侧的后舱门（702），前舱门（703）和后舱门（702）与舱体（701）之间均设置有密封结构。

8.根据权利要求7所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述前舱门（703）包括安装在舱体（701）内的前承压门和安装在舱体（701）外的后承压门，前承压门向前盾（2）方向开启，后承压门向舱体（701）内开启。

9.根据权利要求8所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述后舱门（702）安装在舱体（1）内且向舱体（701）内开启。

10.根据权利要求8或9所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述舱体（701）包括独立的左舱体和右舱体，左舱体与右舱体之间设置有连接门，左舱体和右舱体的前后两侧均分别设置有前舱门（703）和后舱门（702）。

11.根据权利要求10所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述前舱门（703）通过人舱前过渡法兰（705）与舱体（701）密封相连，后舱门（702）通过人舱后过渡法兰（704）与舱体（701）密封相连，人舱前过渡法兰（705）和人舱后过渡法兰（704）均为直径大于前舱门（703）和后舱门（702）直径的异型件。

12.根据权利要求1-4、6、8-9、11任一项所述的土压平衡盾构机，其特征在于：所述中盾（5）内设置有盾体平台（9），盾体平台（9）位于人舱（7）的后部。

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