CN111894613A - 一种掘进设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种掘进设备，包括切削部、推移部及顶推部，推移部与切削部相连。当推移部与岩壁相抵时，推移部推动切削部进给；当切削部与岩壁相抵时，推移部向切削部靠拢，掘进设备由此实现TBM掘进模式。当切削部与推移部均远离岩壁时，顶推部推动推移部与切削部同步前移，掘进设备由此实现顶管掘进模式。显然，本发明所提供的掘进设备可实现TBM掘进模式及顶管掘进模式两种，功能有所拓展，可依据地质情况合理地调整掘进模式，能够适应于复杂地质，适应性较好。

Description

一种掘进设备
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种掘进设备。
背景技术
掘进设备常用于开挖地下管道、电缆隧道、输油管道及引水隧道等隧道，常见的掘进设备有TBM(全断面硬岩隧道掘进机)及顶管机。TBM掘进效率较高，适于长距离掘进，TBM适合自稳性好的硬岩地质，对于稳定性较差的地质缺少支护；而顶管机的掘进效率相对较低，适于短距离掘进，常用于掘进稳定性较差的地质，并可借助管片实现高强度支护。显然，现有各类型掘进设备各自具备独特的优势及劣势。
然而，在实际挖掘隧道时，掘进设备所面临的实际地质往往较复杂，例如围岩稳定地质与围岩不稳定地质交替变化，致使现有单一类型的掘进设备难以独立、安全且高效地挖掘隧道。因此，现有掘进设备的工作模式相对较单一，难以适应于复杂地质，适应性相对较差。
基于上述内容，如何优化现有掘进设备以提升其适应性是本领域技术人员需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种掘进设备，可实现TBM掘进模式及顶管掘进模式两种掘进模式，可适应于复杂地质，适应性较好。
本发明所提供的掘进设备，包括：
切削部；
与切削部相连的推移部；
设于推移部末端的顶推部；
在推移部与岩壁相抵时推移部推动切削部进给并在切削部与岩壁相抵时推移部向切削部靠拢以实现TBM掘进模式；
在切削部与推移部均远离岩壁时顶推部推动推移部与切削部同步前移以实现顶管掘进模式。
优选的，切削部包括前盾体和若干设于前盾体并沿径向伸缩的前撑靴，推移部包括后盾体、连接于前盾体与后盾体之间的推进缸及若干设于后盾体且沿径向伸缩的后撑靴；
当前撑靴远离岩壁且后撑靴与岩壁相抵时，推进缸伸出以相对于后盾体推动前盾体进给；
当前撑靴与岩壁相抵且后撑靴远离岩壁时，推进缸收缩以相对于前盾体拉动后盾体向前盾体靠拢；
当前撑靴与后撑靴均远离岩壁时，顶推部推动前盾体与后盾体同步前移。
优选的，前撑靴与后撑靴均可沿径向穿过管片以使置管片内的切削部与推移部实现同步回退。
优选的，前盾体设有用于容纳前撑靴并引导前撑靴伸缩的前导向槽，后盾体设有用于容纳后撑靴并引导后撑靴伸缩的后导向槽。
优选的，前撑靴的横截面及后撑靴的横截面均与岩壁的表面相吻合。
优选的，全部前撑靴与全部后撑靴沿周向均匀分布。
优选的，前盾体设有若干与前撑靴一一对应相连以驱动前撑靴伸缩的前驱动缸，后盾体设有若干与后撑靴一一对应相连以驱动后撑靴伸缩的后驱动缸。
优选的，还包括：
分别与前驱动缸及后驱动缸相连的控制器；控制器用于根据输入的TBM掘进指令控制全部前撑靴收缩以使前撑靴均远离岩壁并控制全部后撑靴伸出以使全部后撑靴与岩壁相抵；
与控制器相连并用于检测全部前撑靴及全部后撑靴伸缩状态的撑靴检测件；推进缸与控制器相连，控制器用于根据撑靴检测件发送的信号在全部前撑靴收缩且全部后撑靴伸出时控制推进缸伸出以推动前盾体进给。
优选的，还包括与控制器相连并用于检测前盾体进给距离的距离检测件，控制器根据距离检测件发送的信号在前盾体进给距离达到预设距离时控制器控制全部前撑靴伸出以使全部前撑靴与岩壁相抵并控制全部后撑靴收缩以使全部后撑靴均远离岩壁，控制器还用于根据撑靴检测件发送的信号在全部前撑靴伸出且全部后撑靴收缩时控制推进缸收缩以拉动后盾体向前盾体靠拢。
优选的，控制器用于输入的顶管掘进指令控制全部前撑靴及全部后撑靴收缩以使全部前撑靴与全部后撑靴均远离岩壁，并同时控制顶推部推动前盾体与后盾体同步前移。
相对于背景技术，本发明所提供的掘进设备包括切削部、推移部及顶推部，推移部与切削部相连。当推移部与岩壁相抵时，推移部推动切削部进给；当切削部与岩壁相抵时，推移部向切削部靠拢，掘进设备由此实现TBM掘进模式。当切削部与推移部均远离岩壁时，顶推部推动推移部与切削部同步前移，掘进设备由此实现顶管掘进模式。显然，本发明所提供的掘进设备可实现TBM掘进模式及顶管掘进模式两种，功能有所拓展，可依据地质情况合理地调整掘进模式，能够适应于复杂地质，适应性较好。
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仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施例所提供掘进设备的结构简图；
图2为图1的局部图。
附图标记如下：
管片1、切削部2、推移部3和顶推部4；
前盾体21和前撑靴22；
后盾体31、推进缸32和后撑靴33。
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做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。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，图1为本发明一种具体实施例所提供掘进设备的结构简图；图2为图1的局部图。
本发明实施例公开了一种掘进设备，包括切削部2、推移部3和顶推部4。
切削部2用于切削岩层。在该具体实施例中，切削部2包括前盾体21和若干前撑靴22，前盾体21包括主机和刀盘，主机驱动刀盘旋转切削岩层。前撑靴22设于前盾体21，且沿径向伸缩，使前撑靴22撑紧岩壁或远离岩壁。全部前撑靴22沿周向均匀分布，使前盾体21均匀受力，防止前盾体21倾斜，有利于提升切削质量。
推移部3与切削部2相连。推移部3包括后盾体31、推进缸32和后撑靴33，后盾体31与前盾体21同轴设置，后盾体31与前盾体21的末端相连，后盾体31可安装螺旋输送机或泥水环流装置等渣土输送设备。推进缸32设于前盾体21与后盾体31之间，用于在伸出时推动前盾体21前移并用于在收缩时拉动后盾体31前移，从而使推移部3与切削部2实现前移。推进缸32可以是液压缸，其活塞杆与前盾体21的尾端相固连，其缸筒与后盾体31的前端相固连。推进缸32的设置数量不至一个，全部推进缸32对称分布或沿周向均匀分布，保证前盾体21与后盾体31均匀受力。若干后撑靴33均设于后盾体31上，且全部后撑靴33沿后盾体31的周向均匀分布。后撑靴33沿径向伸缩，使后撑靴33撑紧岩壁或远离岩壁。
顶推部4用于推动管片1、切削部2及推移部3前移。顶推部4的结构具体可参照现有顶管机，在此不做具体限定。
当推移部3与岩壁相抵时，推移部3具有伸缩功能，推移部3的一端相对于岩壁固定，另一端推动切削部2进给切削岩层；当切削部2与岩壁相抵时，切削部2相对于岩壁固定，推移部3向切削部2靠拢；由此实现TBM掘进模式，适于围岩稳定地质。
当切削部2与推移部3均远离岩壁时，顶推部4推动推移部3与切削部2相对于岩壁同步前移，由此实现顶管掘进模式，适于围岩不稳定地质。
综上所述，本发明所提供的掘进设备可实现TBM掘进模式及顶管掘进模式两种，使掘进设备可依据地质的软硬程度合理地调整掘进模式，功能有所拓展，可依据地质情况合理地调整掘进模式，能够适应于复杂地质，适应性较好。
在该具体实施例中，当前撑靴22收缩且后撑靴33伸出时，前撑靴22远离岩壁且后撑靴33与岩壁相抵，后盾体31相对于岩壁固定，推进缸32伸出，推进缸32推动前盾体21前移，使前盾体21相对于后盾体31进给；当前撑靴22伸出且后撑靴33收缩时，前撑靴22与岩壁相抵且后撑靴33远离岩壁，前盾体21相对于岩壁固定，推进缸32收缩，推进缸32拉动后盾体31前移，后盾体31相对于前盾体21移动，使后盾体31向前盾体21靠拢；这样便在TBM掘进模式下完成一次切削。
当前撑靴22与后撑靴33均收缩时，前撑靴22与后撑靴33均远离岩壁，顶推部4推动前盾体21与后盾体31同步前移，从而在顶管掘进模式下实现连续切削。
需特别说明的是，当推进缸32在拉动后盾体31前移时，可同时启动顶推部4顶推管片1，使TBM掘进模式与顶管掘进模式两种模式同时进行，以适应复杂地质。
为实现回退，切削部2与推移部3均置于管片1内，相应地，前撑靴22与后撑靴33均可沿径向穿过管片1，使切削部2与推移部3沿管片1同步回退。当前撑靴22远离岩壁直至缩回管片1内且后撑靴33穿过管片1与岩壁相抵时，推进缸32推动前盾体21进给；当前撑靴22穿过管片1与岩壁相抵且后撑靴33远离岩壁直至缩回管片1内时，推进缸32收缩拉动后盾体31向前盾体21靠拢。当前撑靴22与后撑靴33均缩回管片1内时，顶推部4推动前盾体21与后盾体31同步前移。
前盾体21设有前导向槽，前导向槽既能容纳前撑靴22，还能够引导前撑靴22伸缩，防止前撑靴22伸缩过程中大幅度摆动。后盾体31设有后导向槽，后导向槽既能容纳后撑靴33，还能够引导后撑靴33伸缩，防止后撑靴33伸缩过程中大幅度摆动。
为使前撑靴22与后撑靴33均与岩壁可靠相抵，前撑靴22的横截面与岩壁的表面相吻合，增大前撑靴22与岩壁之间的接触面积，保证二者接触可靠。后撑靴33的横截面也与岩壁的表面相吻合，增大后撑靴33与岩壁之间的接触面积，同样保证二者可靠相抵。前撑靴22的横截面、后撑靴33的横截面及岩壁的表面均具体呈圆弧状。
为使前撑靴22和后撑靴33实现伸缩，前盾体21内设有若干前驱动缸，后盾体31设有若干后驱动缸，若干前驱动缸与若干前撑靴22一一对应相连，若干后驱动缸与若干前撑靴22一一对应相连。前驱动缸与后驱动缸均可以是液压缸。
本发明还包括控制器，控制器分别与地质检测件、前驱动缸及后驱动缸相连。控制器根据输入的TBM掘进指令控制全部前撑靴22收缩并控制全部后撑靴33伸出，使全部前撑靴22均远离岩壁且全部后撑靴33与岩壁相抵，从而自动控制前撑靴22与后撑靴33的伸缩状态。TBM掘进指令优选由控制器依据TBM掘进按钮发送的触发信号生成，当然也可依据检测件发送的采样信号生成。
本发明还包括与控制器相连的撑靴检测件，撑靴检测件用于检测全部前撑靴22与全部后撑靴33伸缩状态。撑靴检测件可以是位置传感器、行程开关及障碍物传感器等，在此不做具体限定。此外，推进缸32与控制器相连。
当撑靴检测件检测到全部前撑靴22收缩且全部后撑靴33伸出时，撑靴检测件发送信号至控制器，控制器控制推进缸32伸出，推进缸32推动前盾体21进给，使前盾体21实现自动进给。
进一步地，本发明还包括与控制器相连的距离检测件，距离检测件用于检测前盾体21的进给距离，距离检测件具体可以是距离检测传感器，但不限于此。当距离检测件检测到前盾体21的进给距离达到预设距离时，控制器控制全部前撑靴22伸出并全部后撑靴33收缩，以使全部前撑靴22与岩壁相抵且全部后撑靴33均远离岩壁，进一步依据前盾体21的进给距离调整前撑靴22与后撑靴33伸缩状态。其中，预设距离是指前盾体21的最大进给距离，主要依据地质软硬设定，可预先输入至控制器中。
当撑靴检测件检测到全部前撑靴22伸出且全部后撑靴33收缩时，撑靴检测件发送信号至控制器，控制器控制推进缸32收缩，推进缸32拉动后盾前移，后盾体31向前盾体21靠拢，从而自动实现TBM掘进模式。
更进一步地，控制器根据输入的顶管掘进指令控制全部前撑靴22及全部后撑靴33收缩，使全部前撑靴22与全部后撑靴33均远离岩壁；与此同时，控制器还依据地质检测件发送的信号控制顶推部4推动前盾体21与后盾体31同步前移，从而自动实现顶管掘进模式。顶管掘进指令优选由控制器依据顶管掘进按钮发送的触发信号生成，当然也可依据检测件发送的采样信号生成。
以上对本发明所提供的掘进设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种掘进设备，其特征在于，包括：
切削部(2)；
与所述切削部(2)相连的推移部(3)；
设于所述推移部(3)末端的顶推部(4)；
在所述推移部(3)与岩壁相抵时所述推移部(3)推动所述切削部(2)进给并在所述切削部(2)与所述岩壁相抵时所述推移部(3)向所述切削部(2)靠拢以实现TBM掘进模式；
在所述切削部(2)与所述推移部(3)均远离所述岩壁时所述顶推部(4)推动所述推移部(3)与所述切削部(2)同步前移以实现顶管掘进模式。
2.根据权利要求1所述的掘进设备，其特征在于，所述切削部(2)包括前盾体(21)和若干设于所述前盾体(21)并沿径向伸缩的前撑靴(22)，所述推移部(3)包括后盾体(31)、连接于所述前盾体(21)与所述后盾体(31)之间的推进缸(32)及若干设于所述后盾体(31)且沿径向伸缩的后撑靴(33)；
当所述前撑靴(22)远离所述岩壁且所述后撑靴(33)与所述岩壁相抵时，所述推进缸(32)伸出以相对于所述后盾体(31)推动所述前盾体(21)进给；
当所述前撑靴(22)与所述岩壁相抵且所述后撑靴(33)远离所述岩壁时，所述推进缸(32)收缩以相对于所述前盾体(21)拉动所述后盾体(31)向所述前盾体(21)靠拢；
当所述前撑靴(22)与所述后撑靴(33)均远离所述岩壁时，所述顶推部(4)推动所述前盾体(21)与所述后盾体(31)同步前移。
3.根据权利要求2所述的掘进设备，其特征在于，所述前撑靴(22)与所述后撑靴(33)均可沿径向穿过管片(1)以使置于所述管片(1)内的所述切削部(2)与所述推移部(3)实现同步回退。
4.根据权利要求2所述的掘进设备，其特征在于，所述前盾体(21)设有用于容纳所述前撑靴(22)并引导所述前撑靴(22)伸缩的前导向槽，所述后盾体(31)设有用于容纳所述后撑靴(33)并引导所述后撑靴(33)伸缩的后导向槽。
5.根据权利要求2所述的掘进设备，其特征在于，所述前撑靴(22)的横截面及所述后撑靴(33)的横截面均与所述岩壁的表面相吻合。
6.根据权利要求2所述的掘进设备，其特征在于，全部所述前撑靴(22)与全部所述后撑靴(33)沿周向均匀分布。
7.根据权利要求2所述的掘进设备，其特征在于，所述前盾体(21)设有若干与所述前撑靴(22)一一对应相连以驱动所述前撑靴(22)伸缩的前驱动缸，所述后盾体(31)设有若干与所述后撑靴(33)一一对应相连以驱动所述后撑靴(33)伸缩的后驱动缸。
8.根据权利要求7所述的掘进设备，其特征在于，还包括：
分别与所述前驱动缸及所述后驱动缸相连的控制器；所述控制器用于根据输入的TBM掘进指令控制全部所述前撑靴(22)收缩以使所述前撑靴(22)均远离所述岩壁并控制全部所述后撑靴(33)伸出以使全部所述后撑靴(33)与所述岩壁相抵；
与所述控制器相连并用于检测全部所述前撑靴(22)及全部所述后撑靴(33)伸缩状态的撑靴检测件；所述推进缸(32)与所述控制器相连，所述控制器用于根据所述撑靴检测件发送的信号在全部所述前撑靴(22)收缩且全部所述后撑靴(33)伸出时控制所述推进缸(32)伸出以推动所述前盾体(21)进给。
9.根据权利要求8所述的掘进设备，其特征在于，还包括与所述控制器相连并用于检测前盾体(21)进给距离的距离检测件，所述控制器根据所述距离检测件发送的信号在所述前盾体(21)进给距离达到预设距离时控制器控制全部所述前撑靴(22)伸出以使全部所述前撑靴(22)与所述岩壁相抵并控制全部所述后撑靴(33)收缩以使全部所述后撑靴(33)均远离所述岩壁，所述控制器还用于根据所述撑靴检测件发送的信号在全部所述前撑靴(22)伸出且全部所述后撑靴(33)收缩时控制所述推进缸(32)收缩以拉动所述后盾体(31)向所述前盾体(21)靠拢。
10.根据权利要求9所述的掘进设备，其特征在于，所述控制器输入的顶管掘进指令控制全部所述前撑靴(22)及全部所述后撑靴(33)收缩以使全部所述前撑靴(22)与全部所述后撑靴(33)均远离所述岩壁，并同时控制所述顶推部(4)推动所述前盾体(21)与所述后盾体(31)同步前移。
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