CN111997645A - 一种多刀盘掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多刀盘掘进机，包括外壳体，外壳体的前端设置有驱动系统，驱动系统连接有开挖机构，开挖机构配备有出渣系统和渣土输送系统，所述开挖机构包括若干个刀盘，各个刀盘并列设置在外壳体的前端且正视投影构成与外壳体的断面相符的形状，各个刀盘之间的空隙及刀盘与外壳体之间的空隙为开挖盲区，与开挖盲区相对的外壳体上设置有盲区锥形板，所述出渣系统包括盲区螺旋输送机，盲区螺旋输送机前端设置有与开挖盲区相对的破岩结构，盲区螺旋输送机与渣土输送系统相连。本发明既能达到最大效果的开挖和搅拌，又能对掌子面起到支护作用，防止坍塌。同时，扩大了14米级以上超大矩形断面掘进设备的地质适用范围。

Description

一种多刀盘掘进机

技术领域

本发明属于砂卵石层隧道开挖的技术领域，特别是指一种多刀盘掘进机。

背景技术

随着城市化进程不断加快，在城市地下空间建设工程中，地下暗挖机械法施工成为潮流。其中，矩形隧道掘进机因其空间利用率高、适用于浅覆土、施工成本相对较低和对周边环境影响较小的优势应用越来越多。目前矩形隧道掘进机主要用于地铁出入口、过街通道、下穿公路双车道及人行道、综合管廊的修建，但采用的设备均为10米级以下矩形断面。

目前隧道断面朝着更大更宽的方向发展，因14米级及以上矩形断面可用于三车道的修建，对于这种超大矩形断面的需求也越来越多。目前，世界上对于14米级以上的超大断面矩形掘进设备的研究正处于起步阶段，而仅有的极少方案设计也只是针对软土地层，并且技术还不够成熟，而在密实砂卵石地层这种14米级以上的超大断面矩形掘进机技术仍处于空白，系列技术难题亟待解决。

经检索现有申请日为2016 .06 .20、申请号为201610440498 .2的发明专利公开了一种用于富水鹅卵石地层的同平面多刀盘矩形隧道掘进机，包括盾体、刀盘机构、刀盘驱动机构和渣土输送机构，所述刀盘机构包括同平面对称布置的10个刀盘，且刀盘机构包括大刀盘、中型刀盘、小刀盘和微型刀盘，10个刀盘在同一平面内协同转动且互不干涉。

上述专利所公开的技术方案虽然能够扩大隧道掘进的断面，但是仍存在两个弊端。首先，对于14米级以上超大断面矩形掘进设备不具备适用性。因其自身存在较多开挖盲区，开挖效果受到影响，需要布置微型刀盘，微型刀盘虽然尺寸较小，但是其运行所需的驱动等结构和大型刀盘相同，整个系统的设置较为困难。若将各个刀盘的直径扩大以增大开挖面积，则不仅开挖盲区更大，而且布置微型刀盘也不能满足其开挖需求。另外，由于断面横向尺寸的大幅度增加，双螺旋输送机、渣土接收车排渣的传统出渣、排渣系统无法满足快速掘进、高效排渣的要求。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种多刀盘掘进机，解决了现有掘进机无法满足大断面隧道开挖的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种多刀盘掘进机，包括外壳体，外壳体的前端设置有驱动系统，驱动系统连接有开挖机构，开挖机构配备有出渣系统和渣土输送系统，所述开挖机构包括若干个刀盘，各个刀盘并列设置在外壳体的前端且正视投影构成与外壳体的断面相符的形状，各个刀盘之间的空隙及刀盘与外壳体之间的空隙为开挖盲区，与开挖盲区相对的外壳体上设置有盲区锥形板，所述出渣系统包括盲区螺旋输送机，盲区螺旋输送机前端设置有与开挖盲区相对的破岩结构，盲区螺旋输送机与渣土输送系统相连。

进一步地，所述盲区锥形板与上部或/和左右两侧的开挖盲区相对，所述盲区螺旋输送机与底部或/和中部的开挖盲区相对。

进一步地，所述盲区锥形板上设置有高压冲刷孔。

进一步地，各个刀盘后侧的外壳体上设置有土舱隔板，土舱隔板与外壳体的内壁之间设置有一环锥板。

进一步地，所述盲区螺旋输送机前端的破岩结构伸出土舱隔板。

进一步地，所述出渣系统还包括与渣土输送系统相连的后部螺旋输送机，后部螺旋输送机的前端口与土舱隔板平齐或位于土舱隔板的后侧。

进一步地，所述外壳体的断面为类矩形，所述刀盘包括大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘。

进一步地，所述大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘的开挖面位于同一个平面内。

进一步地，所述大型刀盘设置有一个，中型刀盘设置有四个，小型刀盘设置有六个。

进一步地，所述大型刀盘设置在外壳体中心位置的最上部，四个中型刀盘水平并列设置在大型刀盘的下方，六个小型刀盘对称设置在大型刀盘的两侧且位于中型刀盘的上方。

进一步地，所述后部螺旋输送机的前端设置在中型刀盘的后部，盲区螺旋输送机的前端设置在中型刀盘之间的开挖盲区处。

所述盲区螺旋输送机的前端设置有盲区集渣口，后部螺旋输送机的前端设置有后部集渣口，盲区集渣口的截面为圆形，后部集渣口的截面为梯形。

进一步地，所述大型刀盘或/和中型刀盘为辐条加面板式刀盘，辐条加面板式刀盘包括径向设置的辐条和面板。

进一步地，所述小型刀盘为辐条式刀盘，辐条式刀盘包括径向设置的辐条。

进一步地，所述大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘均包括设置在外梁外端的大圆环，大圆环的圆周方向及所述面板上均布置有撕裂刀，所述辐条上设置有滚刀、刮刀，大型刀盘或/和中型刀盘或/和小型刀盘的中心设置有中心鱼尾刀。

进一步地，大型刀盘或/和中型刀盘或/和小型刀盘的背后设置有搅拌棒。

进一步地，所述外壳体包括依次连接的前段壳体、中段壳体和后段壳体，所述土舱隔板设置在前段壳体内，各个刀盘的驱动与前段壳体或/和中段壳体相连，中段壳体和后段壳体通过纠偏油缸铰接相连。

进一步地，所述前段壳体或/和中段壳体或/和后段壳体为分块组合式壳体。

进一步地，所述后段壳体后方设置有顶进系统，顶进系统依次通过顶铁、管节与后段壳体顶进配合。

进一步地，所述渣土输送系统包括与盲区螺旋输送机出渣口和后部螺旋输送机出渣口对应设置的横向皮带机，横向皮带机的漏渣口对应设置有向后延伸的轴向皮带机。

进一步地，所述轴向皮带机的漏渣口对应设置有垂直提升机，垂直提升机的漏渣口设置有接收装置。

进一步地，所述轴向皮带机的漏渣口对应设置有集渣箱，所述垂直提升机设置在集渣箱内。

进一步地，所述轴向皮带机的漏渣口与集渣箱之间设置有可移动皮带机，可移动皮带机的上料端和下料端分别与轴向皮带机的漏渣口和集渣箱相配合。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、根据地质情况和断面类型采用了最优同平面刀盘布置方案，既能达到最大效果的开挖和搅拌，又能对掌子面起到支护作用，防止坍塌。同时，扩大了14米级以上超大矩形断面掘进设备的地质适用范围。

2、提升了开挖效率和效果。不仅在外壳体上设置了一环锥板，而且在刀盘间的开挖盲区设置了带有高压冲刷孔的盲区锥形板，另外，还在刀盘间的开挖盲区设置了带有刀具的盲区螺旋输送机，充分且完整地保证了对整个开挖面的同步掘进。

3、实现了开挖、出渣、支护平行作业。多个螺旋输送机同时排渣，并且与后方的及横向皮带机、轴向皮带机、垂直提升机的联合使用，排渣效率高，为超大矩形断面掘进设备提供一种快速连续施工方案。

4、有效提升了作业效率。在轴向皮带机和垂直提升机之间设置了可移动皮带机，可移动皮带机在拼装管节时可进行移动，为管节拼装留出了足够空间。

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为本发明的剖视结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明开挖机构的正视图；

图4为图1中B处的放大图；

图5为盲区锥形板、盲区集渣口、后部集渣口的布置位置示意图；

图6为出渣系统于渣土输送系统的配合关系示意图；

图7为中型刀盘的正视结构示意图；

图8为图7的剖视图；

图中：

1-外壳体，101-前段壳体，102-中段壳体，103-后段壳体，104-螺栓，105-纠偏油缸，106-土舱隔板，107-锥板；

2-开挖机构，201-大型刀盘，202-中型刀盘，203-小型刀盘，204-盲区锥形板，205-高压冲刷孔，206-大圆环，207-撕裂刀，208-滚刀，209-滚刀，210-中心鱼尾刀，211-搅拌棒；

3-驱动系统；

4-出渣系统，401-盲区螺旋输送机，402-刀具，403-盲区集渣口，404-后部螺旋输送机，405-后部集渣口，406-中心轴；

5-渣土输送系统，501-横向皮带机，502-轴向皮带机，503-可移动皮带机，504-集渣箱，505-垂直提升机，506-渣土接收车；

6-管节，7-顶进系统，8-顶铁，9-后靠板。

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。

实施例1，一种多刀盘掘进机，如图1所示，包括起支护作用的外壳体1，外壳体1的前端设置有驱动系统3，驱动系统3连接有开挖机构2，开挖机构2配备有出渣系统4和渣土输送系统5。外壳体1的后部设置有顶进系统7，顶进系统7依次通过顶铁8、管节6与外壳体1顶进配合。在顶进系统7的顶推作用下，开挖机构2实现对掌子面的开挖，开挖下的渣土通过出渣系统4输送至渣土输送系统5，然后由渣土输送系统5将渣土排出。

具体地，如图2所示，所述外壳体1包括依次连接的前段壳体101、中段壳体102和后段壳体103，所述前段壳体101、中段壳体102和后段壳体103均为上下分半的分块组合式壳体，便于运输。

所述前段壳体101内设置有土舱隔板106，土舱隔板106与外壳体1的内壁之间设置有一环锥板107，以增加外壳体的强度和刚度。土舱隔板106的前方设置所述开挖机构2，开挖机构2与土舱隔板106之间构成土舱。开挖机构2的驱动与前段壳体101和中段壳体102相连，中段壳体102和后段壳体103通过纠偏油缸105铰接相连，能够实现上、下、左、右四个方向的调向作用。

如图3所示，所述开挖机构2包括独立驱动的大型刀盘201、中型刀盘202、小型刀盘203，各个刀盘均能单独控制其正反转和转速。大型刀盘201、中型刀盘202、小型刀盘203的开挖面位于同一个平面内且各个刀盘的中心轴线相互平行。各个刀盘并列设置在外壳体1的前端且正视投影构成与外壳体1的类矩形断面相符的形状。

各个刀盘优选的布置方式是，所述大型刀盘201设置有一个且设置在外壳体1中心位置的最上部，中型刀盘202设置有四个，四个中型刀盘202水平并列设置在大型刀盘201的下方，小型刀盘203设置有六个，六个小型刀盘203对称设置在大型刀盘201的两侧且位于中型刀盘202的上方。既保证了各个刀盘对掌子面的覆盖率，又避免了使用过多数量和过多类型刀盘，各个刀盘之间及刀盘与外壳体1之间所形成的开挖盲区有另外的机构进行应对。

如图5所示，与开挖盲区相对的外壳体1上设置有盲区锥形板204，盲区锥形板204上设置有高压冲刷孔205。在刀盘没有正对的开挖盲区设置盲区锥形板204并配备高压冲刷孔205，高压冲刷孔205可以射出高压水、高压液氮等破岩物质，可以与刀盘同步作用，在盲区锥形板204的挤压破坏作用和高压冲刷孔205喷射射流作用及射流物质的特殊作用下，使得开挖盲区也能够随刀盘的前进而得以开挖。盲区锥形板204在起到辅助开挖的作用的同时，还具有导渣的作用，便于开挖面超大工况中渣土的顺利排出。

如图6所示，所述出渣系统4包括盲区螺旋输送机401和后部螺旋输送机404。后部螺旋输送机404位于底部刀盘的后侧，后部螺旋输送机404的前端口与土舱隔板106平齐或位于土舱隔板106的后侧。盲区螺旋输送机401和后部螺旋输送机404均与渣土输送系统5相连，多个螺旋输送机同时排渣，排渣效率高，为超大矩形断面掘进设备提供一种快速连续施工方案。同时，盲区螺旋输送机401在出渣的同时，其前方的破岩结构能够辅助进行盲区的开挖。

如图4所示，盲区螺旋输送机401前端设置有与开挖盲区相对的破岩结构，破岩结构伸出所述土舱隔板106。所述破岩结构包括若干个截齿402，截齿402呈螺旋形且连接在螺旋输送机的中心轴406端部。截齿402的固定设置方式可以为焊接、螺栓连接、过盈配合，但不局限于上述连接方式。该破岩机构可以有效的对岩石进行破碎，将大颗粒岩石破碎为小颗粒岩石，以便于后续出渣。

如图5所示，所述盲区锥形板204和盲区螺旋输送机401对应不同的开挖盲区，盲区锥形板204与上部和左右两侧的开挖盲区相对，盲区螺旋输送机401与底部的开挖盲区相对，既保证了对开往盲区的全面覆盖，又能够使开挖后的渣土便捷地通过盲区螺旋输送机401排出。盲区螺旋输送机401的前端设置有盲区集渣口403，后部螺旋输送机404的前端设置有后部集渣口405，盲区集渣口403的截面为圆形，后部集渣口405的截面为梯形，渣土通过后部集渣口405和盲区集渣口403分别输送至后部螺旋输送机404和盲区螺旋输送机401内。

上述内容为开挖机构2的介绍，下面介绍其顶进机构，即为开挖机构提供向前动力的机构。如图1所示，所述后段壳体103后方设置有顶进系统7，顶进系统7依次通过顶铁8、管节6与后段壳体103顶进配合，顶进系统7的后方设置有后靠板9。顶进系统7为液压顶进系统，能够往复伸缩，当顶进系统7推进一个行程后收回，在顶铁8与后段壳体103之间加装一个管节6，然后再控制顶进系统7伸出，以此循环往复。

如图1和图6所示，所述渣土输送系统5包括位于盲区螺旋输送机401出渣口和后部螺旋输送机404出渣口下方的横向皮带机501，盲区螺旋输送机401和后部螺旋输送机404可将土舱内的渣土排送至横向皮带机501内。横向皮带机501的漏渣口下方对应设置有向后延伸的轴向皮带机502，横向皮带机501将承接的渣土输送至轴向皮带机502，轴向皮带机502可将渣土向外输送。

所述轴向皮带机502的漏渣口配备有可移动皮带机503，可移动皮带机503可承接轴向皮带机502输送来的渣土。可移动皮带机503后方设置有集渣箱504，可移动皮带机503可持续将轴向皮带机502输送出的渣土排至集渣箱504。可移动皮带机502在拼装管节时可进行移动，为管节6的拼装留出了足够空间。所述集渣箱504内设置有垂直提升机505，垂直提升机505位于地面上的漏渣口处设置有渣土接收车506。

土舱内的渣土通过盲区螺旋输送机401和后部螺旋输送机404输送到横向皮带机501，再通过轴向皮带机502输送到洞口，通过漏渣口落到洞口内可移动皮带机503上，然后输送到集渣箱504内，位于集渣箱504内的垂直提升机505把渣土向上提升，落到地面上的渣土接收车506内，即完成渣土的快速输送。

实施例2，一种多刀盘掘进机，如图7所示，所述大型刀盘201和中型刀盘202为辐条加面板式刀盘，辐条加面板式刀盘包括径向设置的辐条和面板。所述小型刀盘203为辐条式刀盘，辐条式刀盘包括径向设置的辐条。

所述大型刀盘201、中型刀盘202、小型刀盘203均包括设置在外梁外端的大圆环206，大圆环206的圆周方向及所述面板上均布置有撕裂刀207，大圆环206上的撕裂刀作为保径刀。所述辐条上设置有滚刀208、刮刀209，大型刀盘201、中型刀盘202和小型刀盘203的中心设置有中心鱼尾刀210。

进一步地，如图8所示，大型刀盘201、中型刀盘202和小型刀盘203的背后设置有搅拌棒211。搅拌棒211可实现全断面搅拌，刀盘转动时，搅拌棒211对土舱内的渣土进行搅拌，使通过高压冲刷孔205注入射流物质与切削下来的土体进行充分混合，使土体具有良好的塑性、流动性和止水性，保证土体的顺利排出。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

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 (23)

1.一种多刀盘掘进机，包括外壳体（1），外壳体（1）的前端设置有驱动系统（3），驱动系统（3）连接有开挖机构（2），开挖机构（2）配备有出渣系统（4）和渣土输送系统（5），其特征在于：所述开挖机构（2）包括若干个刀盘，各个刀盘并列设置在外壳体（1）的前端且正视投影构成与外壳体（1）的断面相符的形状，各个刀盘之间的空隙及刀盘与外壳体（1）之间的空隙为开挖盲区，与开挖盲区相对的外壳体（1）上设置有盲区锥形板（204），所述出渣系统（4）包括盲区螺旋输送机（401），盲区螺旋输送机（401）前端设置有与开挖盲区相对的破岩结构，盲区螺旋输送机（401）与渣土输送系统（5）相连。

2.根据权利要求1所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述盲区锥形板（204）与上部或/和左右两侧的开挖盲区相对，所述盲区螺旋输送机（401）与底部或/和中部的开挖盲区相对。

3.根据权利要求2所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述盲区锥形板（204）上设置有高压冲刷孔（205）。

4.根据权利要求3所述的多刀盘掘进机，其特征在于：各个刀盘后侧的外壳体（1）上设置有土舱隔板（106），土舱隔板（106）与外壳体（1）的内壁之间设置有一环锥板（107）。

5.根据权利要求4所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述盲区螺旋输送机（401）前端的破岩结构伸出土舱隔板（106）。

6.根据权利要求1-5任一项所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述出渣系统（4）还包括与渣土输送系统（5）相连的后部螺旋输送机（404），后部螺旋输送机（404）的前端口与土舱隔板（106）平齐或位于土舱隔板（106）的后侧。

7.根据权利要求6所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述外壳体（1）的断面为类矩形，所述刀盘包括大型刀盘（201）、中型刀盘（202）、小型刀盘（203）。

8.根据权利要求7所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述大型刀盘（201）、中型刀盘（202）、小型刀盘（203）的开挖面位于同一个平面内。

9.根据权利要求8所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述大型刀盘（201）设置有一个，中型刀盘（202）设置有四个，小型刀盘（203）设置有六个。

10.根据权利要求9所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述大型刀盘（201）设置在外壳体（1）中心位置的最上部，四个中型刀盘（202）水平并列设置在大型刀盘（201）的下方，六个小型刀盘（203）对称设置在大型刀盘（201）的两侧且位于中型刀盘（202）的上方。

11.根据权利要求10所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述后部螺旋输送机（404）的前端设置在中型刀盘（202）的后部，盲区螺旋输送机（401）的前端设置在中型刀盘（202）之间的开挖盲区处。

12.根据权利要求11所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述盲区螺旋输送机（401）的前端设置有盲区集渣口（403），后部螺旋输送机（404）的前端设置有后部集渣口（405），盲区集渣口（403）的截面为圆形，后部集渣口（405）的截面为梯形。

13.根据权利要求7-12任一项所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述大型刀盘（201）或/和中型刀盘（202）为辐条加面板式刀盘，辐条加面板式刀盘包括径向设置的辐条和面板。

14.根据权利要求13所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述小型刀盘（203）为辐条式刀盘，辐条式刀盘包括径向设置的辐条。

15.根据权利要求14所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述大型刀盘（201）、中型刀盘（202）、小型刀盘（203）均包括设置在外梁外端的大圆环（206），大圆环（206）的圆周方向及所述面板上均布置有撕裂刀（207），所述辐条上设置有滚刀（208）、滚刀（209），大型刀盘（201）或/和中型刀盘（202）或/和小型刀盘（203）的中心设置有中心鱼尾刀（210）。

16.根据权利要求15所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述大型刀盘（201）或/和中型刀盘（202）或/和小型刀盘（203）的背后设置有搅拌棒（211）。

17.根据权利要求7-12、14-16任一项所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述外壳体（1）包括依次连接的前段壳体（101）、中段壳体（102）和后段壳体（103），所述土舱隔板（106）设置在前段壳体（101）内，各个刀盘的驱动与前段壳体（101）或/和中段壳体（102）相连，中段壳体（102）和后段壳体（103）通过纠偏油缸（105）铰接相连。

18.根据权利要求17所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述前段壳体（101）或/和中段壳体（102）或/和后段壳体（103）为分块组合式壳体。

19.根据权利要求18所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述后段壳体（103）后方设置有顶进系统（7），顶进系统（7）依次通过顶铁（8）、管节（6）与后段壳体（103）顶进配合。

20.根据权利要求7-12、14-16、18-19任一项所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述渣土输送系统（5）包括与盲区螺旋输送机（401）出渣口和后部螺旋输送机（404）出渣口对应设置的横向皮带机（501），横向皮带机（501）的漏渣口对应设置有向后延伸的轴向皮带机（502）。

21.根据权利要求20所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述轴向皮带机（502）的漏渣口对应设置有垂直提升机（505），垂直提升机（505）的漏渣口设置有接收装置。

22.根据权利要求21所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述轴向皮带机（502）的漏渣口对应设置有集渣箱（504），所述垂直提升机（505）设置在集渣箱（504）内。

23.根据权利要求22所述的多刀盘掘进机，其特征在于：所述轴向皮带机（502）的漏渣口与集渣箱（504）之间设置有可移动皮带机（503），可移动皮带机（503）的上料端和下料端分别与轴向皮带机（502）的漏渣口和集渣箱（504）相配合。

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