CN111946359B - 一种新型泥水式盾构掘进一体机 - Google Patents

Abstract

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，包括刀盘驱动系统、盾壳、液压推进系统、管片拼装机构、U型钢架、底管片、管片运输小车、管片运输板车、管片吊装机构、泥水循环系统和泥浆地上处理机构，刀盘驱动系统与液压推进系统相连接，液压推进系统与管片拼装机构相连接，液压推进系统与管片拼装机构设置于盾壳内；管片拼装机构与U型钢架相连接，泥水循环系统的一端与刀盘驱动系统相连接，另一端与泥浆地上处理机构相连接；管片拼装机构与U型钢架设置于多个管片相连接组成的圆形空腔内。隧道掘进机是一种专门用于开挖地下通道工程的大型高科技施工装备，具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点。

Description

一种新型泥水式盾构掘进一体机

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进机，更具体的说，尤其涉及一种新型泥水式盾构掘进一体机。

背景技术

现代化城市建设工程中开通水底公路隧道、地铁区间隧道、市政管线隧道，高速公路隧道，水电站建设，煤矿开采等任务，21世纪是开发利用地下空间的世纪，世界主要发达城市人均城轨长度为 0.39 千米/万人，我国主要城市人均城轨长度为 0.12 千米/万人，其中北上广深人均城轨长度为 0.22 千米/万人，与平均水平仍有较大差距。总的来看，我国城市轨道交通建设存在巨大的成长空间，国内的各种地下建设工程将离不开隧道掘进机，由于隧道掘进机的制造工艺复杂，技术附加值高，我国起步较晚，在国际上，当前只有少数国家的企业具有自主生产能力，且造价高昂。我国在地下工程建设中，面临高额成本和技术上受制于外企的尴尬境地。使用人工则需耗费大量的人力物力，且耗时久，成本大。若不改变这一现状，研发出属于我们自己的产品，我国在地下工程建设中，将会很大程度上受制于人。

目前市场上的盾构机制造工艺复杂，耗时较长，技术附加值高，在国内尚处于起步阶段，主要依赖进口，在国内的隧道建设中，德国和日本在中国的隧道掘进机市场占有率高达95%以上，处于绝对垄断地位。盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。近30年来，我国通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和问题研究，使我国盾构机行业得到了很快的发展。预计近几年内，盾构机市场需求至少在1500台。面对巨大的产业蛋糕，我国盾构机企业应当抓住战略机遇，发展前景广阔。我国对于城市大型工程建设施工都出台了各种相关政策，如在城市修建地下通道不能对地表设施等产生破坏，影响居民正常生活，特别是严令禁止破坏古文物等历史文化遗产；盾构机有开挖掘削土体、渣土输送、管片拼装、测量导向纠偏等功能，要求具有地质适应性强，使用可靠性高等特点。在大型地面下暗挖隧洞的工程中，使用盾构机具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构技术施工更为经济合理。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种新型泥水式盾构掘进一体机。

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，包括刀盘驱动系统、盾壳、液压推进系统、管片拼装机构、U型钢架、底管片、管片运输小车、管片运输板车、管片吊装机构、泥水循环系统和泥浆地上处理机构，刀盘驱动系统与液压推进系统相连接，液压推进系统与管片拼装机构相连接，液压推进系统与管片拼装机构设置于盾壳内；管片拼装机构与U型钢架相连接，泥水循环系统的一端与刀盘驱动系统相连接，另一端与泥浆地上处理机构相连接；底管片设置于U型钢架的底部，管片运输小车设置于底管片上，管片吊装机构设置于U型钢架上；管片拼装机构与U型钢架设置于多个管片相连接组成的圆形空腔内。

刀盘驱动系统包括钻头固定板、钻头连接盘和封板，钻头固定板与封板相连接，钻头固定板与封板之间形成一个用于泥水混合用的密封腔体；钻头固定板的左侧固定有挖掘刀、滚刀和切割刀，挖掘刀均匀的固定在钻头固定板的左侧，滚刀以钻头固定板的中心为圆心成螺旋状固定于钻头固定板上，切割刀对称固定在钻头固定板的边缘的两侧；封板上固定有多个钻头电机，钻头电机上设置有钻头电机齿轮，钻头连接盘上设置有与钻头电机齿轮相配合的钻头连接轴齿轮；封板上开设有注水孔、泥浆出口和人员舱连接口，人员连接口处的封板上固定有人员舱，人员舱上开设有用于工作人员出入的人员舱门；封板上设置有封板下支架，封板下支架上固定有封板固定座，封板固定座上固定有用于连接液压推进系统和管片拼装机构的封板上支架。

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，液压推进系统包括保持架和液压筒，保持架固定于封板上支架的外部；液压筒的一端横穿过保持架上的开孔并固定于保持架上，另一端固定于封板固定座上；液压筒上设置有液压柱，液压柱的末端固定有液压柱头。

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，管片拼装机构包括管片安装机固定架、管片安装机外架、管片安装机内架和管片安装架滑轨，管片安装机固定架固定于封板上支架的内部，管片安装架滑轨固定于管片安装机固定架上，管片安装架滑轨上设置有管片安装架滑道，管片安装机内架固定有与管片安装架滑道相配合的管片安装架滑块，管片安装机内架与管片安装机外架同轴连接，管片安装机内架上设置有管片安装架旋转电机；管片安装机外架上设置有两个对称的外架凸块，外架凸块上均固定有管片安装机液压筒，管片安装机液压筒上铰接有管片安装架固定板，管片安装架固定板的两端分别与两侧的管片安装机液压筒相铰接；管片安装架固定板的下端固定有管片安装架固定块，管片安装架固定块的上端固定有管片安装架第一夹持电机和管片安装架第二夹持电机，管片安装架固定块的侧面链接有可滑动管片安装架第一夹板和管片安装架第二夹板，管片安装架第一夹持电机和管片安装架第二夹持电机的输出轴上均设置有齿轮，管片安装架第一夹板和管片安装架第二夹板上均设置有与管片安装架第一夹持电机和管片安装架第二夹持电机的输出轴上的齿轮相配合的齿轮。

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，U型钢架包括总管片、前整体架和后整体架，前整体架与后整体架相连接，总管片设置于后整体架的下端，总管片的底部与底管片的底部在同一直线上；前整体架的内部设置有用于管片吊装机构滑动的前整体架滑轨，后整体架的内部设置有用于管片吊装机构滑动的后整体架滑轨，前整体架的外侧上部固定有前检修平台，后整体架的外侧上部固定有后检修平台，前检修平台与后检修平台相连通，U型钢架上固定有用于爬上前检修平台的人工扶梯；前整体架的底部设置有用于在底管片上滑动的前整体架滑轮，后整体架的底部设置有用于在总管片上滑动的后整体架滑轮。

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，管片运输板车包括管片支撑台和管片运输板车滚轮，管片支撑台上设置有用于防止管片滚动的管片固定筋；管片运输板板车设置于总管片上。

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，泥水循环系统包括泥浆输出管、进水总管、地上泥浆过滤仓、地上第一泥浆罐、地上第一泥浆罐、地上第二泥浆罐、离心机和离心机电机，离心机的转轴和离心机电机的转轴经皮带相连接；进水总管的一端连接有多个进水分管，进水分管的出口与封板上的注水孔相连通，进水总管的进口与地上第一泥浆罐底部的出水口相连通；泥浆输出管的进口与封板上的泥浆出口相连通，泥浆输出管上设置有多个用于抽离泥浆到地面装备的水泵外管和水泵电机，水泵电机与泥浆输出管经水泵外管相连接，泥浆输出管的出口与地上泥浆过滤仓的进口经泥浆输出管相连通，地上泥浆过滤仓的出口与离心机的进口经泥浆输出管相连通，离心机的出口与地上第二泥浆罐的进口经泥浆输出管相连通，地上第二泥浆罐的出口与地上第一泥浆罐的进口经泥浆输出管相连通。

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，管片吊装机构包括抓钩机固定板、抓钩机吊板和抓钩，抓钩机固定板上固定有抓钩机提升电机和抓钩机滚轮，前整体架内的管片吊装机构上的抓钩机滚轮与前整体架滑轨相配合，后整体架内的管片吊装机构上的抓钩机滚轮与后整体架滑轨相配合；抓钩机吊板设置于抓钩机固定板的下方，抓钩机吊板上固定有抓钩机吊轴，抓钩机吊轴上固定有抓钩机吊绳，抓钩机提升电机的输出轴上设置有抓钩机卷轮，抓钩机抓钩机吊绳的末端固定于抓钩机卷轮，抓钩机卷轮的下方的抓钩机固定板上开设有用于抓钩机吊绳通过的通孔；抓钩机吊板上固定有抓钩机旋转电机，抓钩机旋转电机的输出轴上设置有抓钩机旋转主动轮，抓钩机吊板的中心设置有抓钩机旋转轴，抓钩机旋转轴的上端设置有与抓钩机旋转主动轮相配合抓钩机旋转被动轮，抓钩机旋转轴的下端固定有抓钩机旋转板；抓钩铰接于抓钩机旋转板的两端，抓钩的下端设置有用于夹住管片的抓爪，抓钩机旋转板的底部与抓钩的中上部之间设置有抓钩机液压筒，前整体架内部和后整体架内部均设置有管片吊装机构。

本发明的新型泥水式盾构掘进一体机，管片的左侧设置有管片固定孔，管片的右侧设置有与管片固定孔相配合的管片固定轴，多个管片相组合形成一个用于保护盾构掘进一体机的圆形保护壳，管片的圆弧内测中心设置有用于管片拼装机构抓起的管片吊杆。

本发明的有益效果是：设计研发的新型泥水式盾构隧道掘进机是一款拥有先进的掘进刀盘系统，灵活的输土传送及排水机构，强劲的动力系统组成的新型应用于城市建设的大型自动化智能化机械设备。隧道掘进机是一种专门用于开挖地下通道工程的大型高科技施工装备，具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点。 新型泥水式盾构隧道掘进机可以担负现代化城市建设工程中开通水底公路隧道、地铁区间隧道、市政管线隧道，高速公路隧道，水电站建设，煤矿开采等任务，机器工作时通过具有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面，由旋转刀盘、水力射流等进行土体开挖。在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水舱,维持开挖面的稳定是通过将泥浆送入泥水舱内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力，泥浆通过泥水处理设备进行分离、调整后可运回开挖面循环利用。管片安装机构采用机械抓取式，稳定保障性高。与地面相连的管片运输机构，有多组机械抓钩及运输小车交替完成，实现全机械化。泥水输送系统主要由送排泥泵、阀、送排泥管道及配套部件等组成，通过泥水监控分离系统进行自动化操作。研究设计旨在通过较简洁灵活高效的机械结构解决复杂的生产实际问题，解决建设隧道等需大规模破坏地表建筑或道路的难题，增强城市机械化建设设备的功能，提高生产劳动效率，降低人力劳动强度，节约人力物力。

附图说明

图1为本发明的新型泥水式盾构掘进一体机的内部结构示意图；

图2为本发明的新型泥水式盾构掘进一体机的结构示意图；

图3为本发明的刀盘驱动系统的结构示意图；

图4为本发明的刀盘驱动系统的后视的结构示意图；

图5为本发明的刀盘驱动系统的仰视的结构示意图；

图6为本发明的液压推进系统的结构示意图；

图7为本发明的管片拼装机构的结构示意图；

图8为本发明的管片拼装机构的仰视的结构示意图；

图9为本发明的U型钢架的结构示意图；

图10为本发明的U型钢架的正视图；

图11为本发明的管片运输板车的结构示意图；

图12为本发明的泥水循环系统的结构示意图；

图13为本发明的管片吊装机构的结构示意图；

图14为本发明的管片吊装机构的正视图；

图15为本发明的管片的结构示意图；

图16为本发明的管片的仰视的结构示意图。

图中：1刀盘驱动系统，2液压推进系统，3管片拼装机构，4 U型钢架，5底管片，6管片运输小车，7管片运输板车，8泥水循环系统，9管片吊装机构，10泥浆地上处理机构，11管片，12盾壳；

101切割刀，102挖掘刀，103滚刀，104注水孔，105泥浆出口，106砖头连接盘，107封板，108人员舱连接口，109钻头电机齿轮，110钻头连接轴齿轮，111封板上支架，112人员舱，113人员舱门，114封板固定座，115封板下支架，116钻头电机，117钻头固定板；

201液压柱，202液压柱头，203液压筒，204支承环；

301管片安装机外架，302管片安装机固定架，303外架凸块，304管片安装机液压筒，305管片安装架滑轨，306管片安装架滑道，307管片安装架滑块，308管片安装架固定板，309管片安装架固定块，310管片安装架第一夹板，311管片安装架第一夹持电机，312管片安装架第二夹持电机，313管片安装架第二夹板，314管片安装机内架，315管片安装架旋转电机；

401前整体架滑轨，402后整体架滑轨，403前整体架，404前检修平台，405后整体架，406总管片，407后检修平台，408前整体架滑轮，409人工扶梯，410后整体架滑轮；

701管片固定筋，702管片支撑台，703管片运输板车滚轮；

801进水分管，802泥浆输出管，803进水总管，804水泵外管，805水泵电机，806离心机，807地上泥浆过滤仓，808地上第一泥浆罐，809地上第二泥浆罐，810离心机电机；

901抓钩机提升电机，902抓钩机固定板，903抓钩机滚轮，904抓钩机吊板，905抓钩，906抓钩机旋转主动轮，907抓钩机旋转电机，908抓钩机旋转被动轮，909抓钩机旋转轴，910抓钩机吊绳，911抓钩机吊轴，912抓钩机旋转板，913抓钩机液压筒，914抓爪，915抓钩机卷轮；

1101吊板固定孔，1102吊板固定轴，1103吊板吊杆。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所式，给出了本发明的新型泥水式盾构掘进一体机的结构示意图，所示的新型泥水式盾构掘进一体机包括刀盘驱动系统1、盾壳12、液压推进系统2、管片拼装机构3、U型钢架4、底管片5、管片运输小车6、管片运输板车7、管片吊装机构9、泥水循环系统8和泥浆地上处理机构10，刀盘驱动系统1与液压推进系统2相连接，液压推进系统2与管片拼装机构3相连接，液压推进系统2与管片拼装机构3设置于盾壳12内，盾壳12是一个用厚钢板焊接的圆柱形筒体，是盾构机受力支撑的主体结构，承受地下水、土压力，盾构千斤顶的推力及各种施工荷载，支承和安装各类机电设备及管片，保护操作人员的安全，增强盾构机刚性，保护内部结构不受土压影响。管片拼装机构3与U型钢架4相连接，泥水循环系统8的一端与刀盘驱动系统1相连接，另一端与泥浆地上处理机构10相连接。底管片5设置于U型钢架4的底部，管片运输小车6设置于底管片5上，管片吊装机构9设置于U型钢架4上。管片拼装机构3与U型钢架4设置于多个管片1相连接组成的圆形空腔内。

如图3、图4和图5所示，给出了本发明的刀盘驱动系统的结构示意图，所示的刀盘驱动系统1包括钻头固定板117、钻头连接盘106和封板107，钻头固定板117与封板107相连接，钻头固定板117与封板107之间形成一个用于泥水混合用的密封挖掘腔。钻头固定板117的左侧固定有挖掘刀102、滚刀103和切割刀101，挖掘刀102均匀的固定在钻头固定板117的左侧，滚刀102以钻头固定板117的中心为圆心成螺旋状固定于钻头固定板117上，切割刀101对称固定在钻头固定板117的边缘的两侧。封板107上固定有多个钻头电机116，钻头电机116上设置有钻头电机齿轮109，钻头连接盘106上设置有与钻头电机齿轮109相配合的钻头连接轴齿轮110。封板107上开设有注水孔104、泥浆出口105和人员舱连接口108，人员连接口108处的封板107上固定有人员舱112，人员舱112上开设有用于工作人员出入的人员舱门113。封板107上设置有封板下支架115，封板下支架115上固定有封板固定座114，封板固定座114上固定有用于连接液压推进系统2和管片拼装机构3的封板上支架111。

盾构掘进一体机的刀盘驱动系统1是完成挖掘功能的重要组成部分。通常地铁、公路隧道盾构的刀盘直径大、重量大、扭矩非常大,并且由于地层条件变化、埋深的变化和掘进参数的变化使得盾构刀盘的负载扭矩会出现很大的波动，刀盘主要用来开挖土体，同时具有搅拌泥土的功能。刀盘是幅条式结构，几十把盘形滚刀103以螺旋线布置在钻头固定板117上，能够全断面的破碎围岩，且大幅提高盾构掘进一体机工作时的稳定性，将滚刀103设计成背装式，实现可以不出泥土仓内直接对损坏的滚刀103进行更换，改变了传统维修的方式，降低了保养维护的成本和危险性。大量的挖掘刀102也提升了挖掘效率，切割刀101对称安装在钻头固定板117的两侧，刀盘用螺栓、螺母固定，拆装灵活方便更换。

如图6所示，给出了本发明的液压推进系统的结构示意图，所示的液压推进系统包括支承环204和液压筒203，支承环204固定于封板上支架111的外部；液压筒203的一端横穿过支承环204上的开孔并固定于支承环204上，另一端固定于封板固定座114上；液压筒203上设置有液压柱201，液压柱201的末端固定有液压柱头202。盾构掘进一体机行进是通过沿支承环204周边布置的液压筒203支撑在已安装好的封板固定座114上所产生的反作用力前进。为了不使液压筒203端部承受管片11的集中载荷，造成偏心荷重，把液压筒203分成掘进机若干扇区，每个扇区由一支电磁比例减压阀控制，用来调节各组扇区液压筒203的工作压力，从而纠正或控制盾构掘进一体机推进方向，符合设计轴线的要求。多组液压筒203不仅提升了管片11安装的质量，也为盾构掘进一体机的前进提供了充沛的动力，大大提升了挖掘速度。在液压筒203中部的支承环204上增加了推进机构的刚性，减轻外部土层压力对盾构掘进一体机内部的影响，也保障开挖方向的准确无误。

如图7和图8所示，给出了本发明的管片拼装机构的结构示意图，所示的管片拼装机构包括管片安装机固定架302、管片安装机外架301、管片安装机内架314和管片安装架滑轨305，管片安装机固定架302固定于封板上支架111的内部，管片安装架滑轨305固定于管片安装机固定架302上，管片安装架滑轨305上设置有管片安装架滑道306，管片安装机内架314固定有与管片安装架滑道306相配合的管片安装架滑块307，管片安装机内架314与管片安装机外架301同轴连接，管片安装机内架314上设置有管片安装架旋转电机315。管片安装机外架301上设置有两个对称的外架凸块303，外架凸块303上均固定有管片安装机液压筒304，管片安装机液压筒304上铰接有管片安装架固定板308，管片安装架固定板308的两端分别与两侧的管片安装机液压筒304相铰接；管片安装架固定板308的下端固定有管片安装架固定块309，管片安装架固定块309的上端固定有管片安装架第一夹持电机311和管片安装架第二夹持电机313，管片安装架固定块309的侧面链接有可滑动管片安装架第一夹板310和管片安装架第二夹板313，管片安装架第一夹持电机311和管片安装架第二夹持电机313的输出轴上均设置有齿轮，管片安装架第一夹板310和管片安装架第二夹板313上均设置有与管片安装架第一夹持电机311和管片安装架第二夹持电机313的输出轴上的齿轮相配合的齿轮。

管片拼装机构3具有前后、左右、上下6个自由度，可实现全方位管片11的安装。机构中除管片安装架滑轨305以外的拼装部分可沿管片安装架滑轨305进行前后移动。回转部分由两个管片安装架旋转电机315大扭矩电机提供动力，通过齿轮进行传动，带动管片安装机外架301的夹持部分进行360°旋转，回转速度0-2rpm，并可实现微调。管片安装机外架301的夹持部分由两个管片安装机液压筒304进行控制伸缩，通过对管片安装机液压筒304行程加长，管片安装机外架301的夹持部分可夹持超过盾构掘进一体机半径以外物品，大大提升了机构的工作能力。管片安装机外架301的夹持部分以第一夹持电机311和管片安装架第二夹持电机313提供动力，带动管片安装架第一夹板310和管片安装架第二夹板313对管片11特制突出部分进行夹持，且夹持接触面部分做防滑处理，提升安全性。纯机械结构，夹持效果好，故障率低。所有动作可遥控，便于与管片吊装机构9以及管片运输车配合操作。管片拼装机构3各动作采用比例阀控制，对于管片11拼装的控制精度高，速度快，可高质量完成管片11拼装工作。

如图9和图10所示，给出了本发明的U型钢架的结构示意图，所示的U型钢架4包括总管片406、前整体架403和后整体架405，前整体架403与后整体架405相连接，总管片406设置于后整体架405的下端，总管片406的底部与底管片5的底部在同一直线上。前整体架403的内部设置有用于管片吊装机构9滑动的前整体架滑轨401，后整体架405的内部设置有用于管片吊装机构9滑动的后整体架滑轨402，前整体架403的外侧上部固定有前检修平台404，后整体架405的外侧上部固定有后检修平台407，前检修平台404与后检修平台407相连通，U型钢架4上固定有用于爬上前检修平台404的人工扶梯409。前整体架403的底部设置有用于在底管片5上滑动的前整体架滑轮408，后整体架405的底部设置有用于在总管片406上滑动的后整体架滑轮410。盾构掘进一体机挖完的隧道后面用总管片406铺装路面，后整体架405支起上部管片11拼装完成的圆形空间内。

如图11所示，给出了本发明的管片运输板车的结构示意图，所示的管片运输板车包括管片支撑台702和管片运输板车滚轮703，管片支撑台702上设置有用于防止管片滚动的管片固定筋701。管片运输板板车7设置于总管片406上。管片运输板车从外界将多种管片以及构建物资输送至盾构机内，在以特制总管片406构建的路面上行驶，配合着内部的两组管片吊装机构9以及管片运输小车6将管片11送至盾构机内部的管片拼装机构3，之后可由管片拼装机3对管片11进行安装。它是盾构机与外界进行物资联系的主要方式。

如图12所示，给出了本发明的泥水循环系统的结构示意图，所示的泥水循环系统包括泥浆输出管802、进水总管803、地上泥浆过滤仓807、地上第一泥浆罐808、地上第一泥浆罐808、地上第二泥浆罐809、离心机806和离心机电机810，离心机806的转轴和离心机电机810的转轴经皮带相连接；进水总管803的一端连接有多个进水分管801，进水分管801的出口与封板107上的注水孔104相连通，进水总管803的进口与地上第一泥浆罐808底部的出水口相连通；泥浆输出管802的进口与封板107上的泥浆出口105相连通，泥浆输出管802上设置有多个用于抽离泥浆到地面装备的水泵外管804和水泵电机805，水泵电机805与泥浆输出管802经水泵外管804相连接，泥浆输出管802的出口与地上泥浆过滤仓807的进口经泥浆输出管802相连通，地上泥浆过滤仓807的出口与离心机806的进口经泥浆输出管802相连通，离心机806的出口与地上第二泥浆罐809的进口经泥浆输出管802相连通，地上第二泥浆罐809的出口与地上第一泥浆罐808的进口经泥浆输出管802相连通。

泥水循环系统贯穿盾构机前后，全程通过管道与地面相连。在刀头处挖掘出的泥浆，在挖掘腔与水充分混合，经泥浆出口105排出到泥浆输出管802，配合多级水泵电机805将泥水排到地上泥浆过滤仓807，经泥浆过滤仓807过滤、离心机806离心等操作后，分离排除土碴，而稀泥浆进入地上第一泥浆罐808和地上第二泥浆罐809，在其中对泥浆成分和浓度进行调整，重新输入盾构机中循环使用，调制的泥浆有利于盾构机的挖掘，且节约了水资源。地上泥浆过滤仓807共有三级过滤网，以及离心机806的使用，使分渣更高效、彻底。

如图13和图14所示，给出了本发明的管片吊装机构的结构示意图，所示的管片吊装机构包括抓钩机固定板902、抓钩机吊板904和抓钩905，抓钩机固定板902上固定有抓钩机提升电机901和抓钩机滚轮903，前整体架403内的管片吊装机构9上的抓钩机滚轮903与前整体架滑轨401相配合，后整体架405内的管片吊装机构9上的抓钩机滚轮903与后整体架滑轨402相配合。抓钩机吊板904设置于抓钩机固定板902的下方，抓钩机吊板904上固定有抓钩机吊轴911，抓钩机吊轴911上固定有抓钩机吊绳910，抓钩机提升电机901的输出轴上设置有抓钩机卷轮915，抓钩机抓钩机吊绳910的末端固定于抓钩机卷轮915，抓钩机卷轮915的下方的抓钩机固定板902上开设有用于抓钩机吊绳910通过的通孔。抓钩机吊板904上固定有抓钩机旋转电机907，抓钩机旋转电机907的输出轴上设置有抓钩机旋转主动轮906，抓钩机吊板904的中心设置有抓钩机旋转轴909，抓钩机旋转轴909的上端设置有与抓钩机旋转主动轮906相配合抓钩机旋转被动轮908，抓钩机旋转轴909的下端固定有抓钩机旋转板912。抓钩905铰接于抓钩机旋转板912的两端，抓钩905的下端设置有用于夹住管片11的抓爪914，抓钩机旋转板912的底部与抓钩905的中上部之间设置有抓钩机液压筒913。前整体架403内部和后整体架405内部均设置有管片吊装机构9，两组配合工作。

管片吊装机构9布置形式为双梁式，行走形式为滑轮轨道式，依托前后整体架上的滑轨运行，其与隧道底部的管片运输小车6配合，进行盾构机内部管片11以及物资的运输，大大提升了工作效率，全程不需要人工进行操作。其能够满足运行坡度30%以及更大坡度的需求，可以满足更多工况。抓钩机提升电机901有快速和慢速两个选择档位，用于空载和重载两种工作情况，行走部分由整体车梁和驱动部分组成，最大运行速度约10KM/H。抓钩机旋转板912由整体车梁上的抓钩机提升电机901对其进行升降，抓钩905由抓钩机旋转电机907提供旋转动力，可以对其抓取的零件进行360°的旋转，方便多种管片以及物资的安放。抓钩905以抓钩机液压筒913为动力源，保证了抓取力度，提升了抓取物品的稳定性以及工作效率。

如图15和图16所示，给出了管片的结构示意图，所示的管片11的左侧设置有管片固定孔1101，管片11的右侧设置有与管片固定孔1101相配合的管片固定轴1102，多个管片11相组合形成一个用于保护盾构掘进一体机的圆形保护壳，管片11的圆弧内测中心设置有用于管片拼装机构3抓起的管片吊杆1103。

盾尾主要用于保护隧道管片拼装工作及盾体尾部的密封，盾尾的密封性十分重要，用以防止地下水、泥土及压注材料从盾尾进入盾构内，密封机构由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封机构之间注入密封胶等密封材料，作为防高压水措施。钢丝刷中充满油脂，既有弹性又有塑性，大幅提高密封效果，并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。

当工作人员操作机器施工时，在开挖面与盾构机周边必要的位置布置有各种监控点，采集盾构运行状态、土压和地层扰动等多种信号，这些信号和地表沉降信号一起输送给信号处理计算机，计算机分析这些信号数据后，发送液压系统控制信号，实现对盾构机推进和导向的自动控制，计算机会将机械工作信息以选择键形式呈现到液晶显示器，触动指定工作按键后，控制系统接到信号，控制机械工作状态，进行隧道掘进及管片安装等工作。根据被按下的按键复位和置位相应的液压控制系统，液压钢带动相应的管道自动掘进机进行工作，使锯齿牙刀实现旋转运动，进而实现掘进。如果选择开启管道铺设按键，系统则根据被按下的按键复位和置位相应的控制系统，管片拼装机的液压推进系统2进行安装管片11，进而完成铺设工作。

Claims (7)

1.一种泥水式盾构掘进一体机，其特征在于：包括刀盘驱动系统（1）、盾壳（12）、液压推进系统（2）、管片拼装机构（3）、U型钢架（4）、底管片（5）、管片运输小车（6）、管片运输板车（7）、管片吊装机构（9）、泥水循环系统（8）和泥浆地上处理机构（10），刀盘驱动系统（1）与液压推进系统（2）相连接，液压推进系统（2）与管片拼装机构（3）相连接，液压推进系统（2）与管片拼装机构（3）设置于盾壳（12）内；管片拼装机构（3）与U型钢架（4）相连接，泥水循环系统（8）的一端与刀盘驱动系统（1）相连接，另一端与泥浆地上处理机构（10）相连接；底管片（5）设置于U型钢架（4）的底部，管片运输小车（6）设置于底管片（5）上，管片吊装机构（9）设置于U型钢架（4）上；管片拼装机构（3）与U型钢架（4）设置于多个管片（11）相连接组成的圆形空腔内；

刀盘驱动系统（1）包括钻头固定板（117）、钻头连接盘（106）和封板（107），钻头固定板（117）与封板（107）相连接，钻头固定板（117）与封板（107）之间形成一个用于泥水混合用的密封腔体；钻头固定板（117）的左侧固定有挖掘刀（102）、滚刀（103）和切割刀（101），挖掘刀（102）均匀的固定在钻头固定板（117）的左侧，滚刀（103）以钻头固定板（117）的中心为圆心成螺旋状固定于钻头固定板（117）上，切割刀（101）对称固定在钻头固定板（117）的边缘的两侧；封板（107）上固定有多个钻头电机（116），钻头电机（116）上设置有钻头电机齿轮（109），钻头连接盘（106）上设置有与钻头电机齿轮（109）相配合的钻头连接轴齿轮（110）；封板（107）上开设有注水孔（104）、泥浆出口（105）和人员舱连接口（108），人员舱连接口（108）处的封板（107）上固定有人员舱（112），人员舱（112）上开设有用于工作人员出入的人员舱门（113）；封板（107）上设置有封板下支架（115），封板下支架（115）上固定有封板固定座（114），封板固定座（114）上固定有用于连接液压推进系统（2）和管片拼装机构（3）的封板上支架（111）；

所述的管片拼装机构（3）包括管片安装机固定架（302）、管片安装机外架（301）、管片安装机内架（314）和管片安装架滑轨（305），管片安装机固定架（302）固定于封板上支架（111）的内部，管片安装架滑轨（305）固定于管片安装机固定架（302）上，管片安装架滑轨（305）上设置有管片安装架滑道（306），管片安装机内架（314）上固定有与管片安装架滑道（306）相配合的管片安装架滑块（307），管片安装机内架（314）与管片安装机外架（301）同轴连接，管片安装机内架（314）上设置有管片安装架旋转电机（315）；管片安装机外架（301）上设置有两个对称的外架凸块（303），外架凸块（303）上均固定有管片安装机液压筒（304），管片安装机液压筒（304）上铰接有管片安装架固定板（308），管片安装架固定板（308）的两端分别与两侧的管片安装机液压筒（304）相铰接；管片安装架固定板（308）的下端固定有管片安装架固定块（309），管片安装架固定块（309）的上端固定有管片安装架第一夹持电机（311）和管片安装架第二夹持电机（312），管片安装架固定块（309）的侧面链接有可滑动管片安装架第一夹板（310）和管片安装架第二夹板（313），管片安装架第一夹持电机（311）和管片安装架第二夹持电机（312）的输出轴上均设置有齿轮，管片安装架第一夹板（310）和管片安装架第二夹板（313）上均设置有与管片安装架第一夹持电机（311）和管片安装架第二夹持电机（312）的输出轴上的齿轮相配合的齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种泥水式盾构掘进一体机，其特征在于：所述的液压推进系统（2）包括保持架（204）和液压筒（203），保持架（204）固定于封板上支架（111）的外部；液压筒（203）的一端横穿过保持架（204）上的开孔并固定于保持架（204）上，另一端固定于封板固定座（114）上；液压筒（203）上设置有液压柱（201），液压柱（201）的末端固定有液压柱头（202）。

3.根据权利要求1所述的一种泥水式盾构掘进一体机，其特征在于：所述的U型钢架（4）包括总管片（406）、前整体架（403）和后整体架（405），前整体架（403）与后整体架（405）相连接，总管片（406）设置于后整体架（405）的下端，总管片（406）的底部与底管片（5）的底部在同一直线上；前整体架（403）的内部设置有用于管片吊装机构（9）滑动的前整体架滑轨（401），后整体架（405）的内部设置有用于管片吊装机构（9）滑动的后整体架滑轨（402），前整体架（403）的外侧上部固定有前检修平台（404），后整体架（405）的外侧上部固定有后检修平台（407），前检修平台（404）与后检修平台（407）相连通，U型钢架（4）上固定有用于爬上前检修平台（404）的人工扶梯（409）；前整体架（403）的底部设置有用于在底管片（5）上滑动的前整体架滑轮（408），后整体架（405）的底部设置有用于在总管片（406）上滑动的后整体架滑轮（410）。

4.根据权利要求1所述的一种泥水式盾构掘进一体机，其特征在于：所述的管片运输板车（7）包括管片支撑台（702）和管片运输板车滚轮（703），管片支撑台（702）上设置有用于防止管片滚动的管片固定筋（701）；管片运输板板车（7）设置于总管片（406）上。

5.根据权利要求1所述的一种泥水式盾构掘进一体机，其特征在于：所述的泥水循环系统（8）包括泥浆输出管（802）、进水总管（803）、地上泥浆过滤仓（807）、地上第一泥浆罐（808）、地上第一泥浆罐（808）、地上第二泥浆罐（809）、离心机（806）和离心机电机（810），离心机（806）的转轴和离心机电机（810）的转轴经皮带相连接；进水总管（803）的一端连接有多个进水分管（801），进水分管（801）的出口与封板（107）上的注水孔（104）相连通，进水总管（803）的进口与地上第一泥浆罐（808）底部的出水口相连通；泥浆输出管（802）的进口与封板（107）上的泥浆出口（105）相连通，泥浆输出管（802）上设置有多个用于抽离泥浆到地面装备的水泵外管（804）和水泵电机（805），水泵电机（805）与泥浆输出管（802）经水泵外管（804）相连接，泥浆输出管（802）的出口与地上泥浆过滤仓（807）的进口经泥浆输出管（802）相连通，地上泥浆过滤仓（807）的出口与离心机（806）的进口经泥浆输出管（802）相连通，离心机（806）的出口与地上第二泥浆罐（809）的进口经泥浆输出管（802）相连通，地上第二泥浆罐（809）的出口与地上第一泥浆罐（808）的进口经泥浆输出管（802）相连通。

6.根据权利要求1或权利要求4所述的一种泥水式盾构掘进一体机，其特征在于：所述的管片吊装机构（9）包括抓钩机固定板（902）、抓钩机吊板（904）和抓钩（905），抓钩机固定板（902）上固定有抓钩机提升电机（901）和抓钩机滚轮（903），前整体架（403）内的管片吊装机构（9）上的抓钩机滚轮（903）与前整体架滑轨（401）相配合，后整体架（405）内的管片吊装机构（9）上的抓钩机滚轮（903）与后整体架滑轨（402）相配合；抓钩机吊板（904）设置于抓钩机固定板（902）的下方，抓钩机吊板（904）上固定有抓钩机吊轴（911），抓钩机吊轴（911）上固定有抓钩机吊绳（910），抓钩机提升电机（901）的输出轴上设置有抓钩机卷轮（915），抓钩机抓钩机吊绳（910）的末端固定于抓钩机卷轮（915），抓钩机卷轮（915）的下方的抓钩机固定板（902）上开设有用于抓钩机吊绳（910）通过的通孔；抓钩机吊板（904）上固定有抓钩机旋转电机（907），抓钩机旋转电机（907）的输出轴上设置有抓钩机旋转主动轮（906），抓钩机吊板（904）的中心设置有抓钩机旋转轴（909），抓钩机旋转轴（909）的上端设置有与抓钩机旋转主动轮（906）相配合抓钩机旋转被动轮（908），抓钩机旋转轴（909）的下端固定有抓钩机旋转板（912）；抓钩（905）铰接于抓钩机旋转板（912）的两端，抓钩（905）的下端设置有用于夹住管片（11）的抓爪（914），抓钩机旋转板（912）的底部与抓钩（905）的中上部之间设置有抓钩机液压筒（913）；前整体架（403）内部和后整体架（405）内部均设置有管片吊装机构（9）。

7.根据权利要求1所述的一种泥水式盾构掘进一体机，其特征在于：所述的管片（11）的左侧设置有管片固定孔（1101），管片（11）的右侧设置有与管片固定孔（1101）相配合的管片固定轴（1102），多个管片（11）相组合形成一个用于保护盾构掘进一体机的圆形保护壳，管片（11）的圆弧内测中心设置有用于管片拼装机构（3）抓起的管片吊杆（1103）。

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