CN1131720A - 盾构掘进式隧道钻孔机 - Google Patents

Abstract

一种具有平行联结的挖掘机的盾构掘进式隧道钻孔机包括与所述挖掘机结合的分成多级的过量挖掘刀具，各级的过量挖掘刀具与在被相互独立地控制时可分别驱动的、各自的传动装置相联结，用于使机器的位置被有效地控制以便可以迅速地校正任何滚动。

Description

盾构掘进式隧道钻孔机

本发明涉及具有可完成平行联结装置的旋转运动的平行联结挖掘机的盾构掘进式隧道钻孔机以及一种为在外部密封所述平行联结挖掘机的至少一部分而设置的过量挖掘机(excess excavator)。

目前已有如在哈杰莫托(Hagimoto)等人的及已转让给现在受让人的美国专利4,607,889中所揭示的那些具有平行联结的挖掘机的盾构掘进式隧道钻孔机，它们取代设有多个安装有许多切削钻头的径向延伸的刀具辐的盾构挖掘式隧道钻孔挖掘机。

按照具有所述的这种平行联结挖掘机的盾构掘进式隧道钻孔机，就有可能提供比仅仅径向延伸的刀具幅情形时更多变化的刀具辐操作方式，并且借助安装在刀具辐上的切削钻头可达到的切削作用可以最终获得显著程度的改进。在所述这种盾构掘进式隧道钻孔机中，一方面，除了具有平行联结的挖掘机外还提供具有过量挖掘刀具的平行联结挖掘机，但是为修正在盾构掘进式隧道钻孔机的隧道挖凿操作过程中发生的滚动量所完成的过量挖掘尤其是仍还未达到一个足够令人满意的水平，因而就要求提供一种可以实现有效的过量挖掘并以平稳方式完成位置控制以便实现经有效修正的滚动的盾构掘进式隧道钻孔机。

因此，本发明的一个主要目的是提供一种这样的盾构掘进式隧道钻孔机，它可消除上述的问题并能够以有效地实现过量控掘以便迅速修正滚动的平稳方式完成位置控制，此外并可以卓有成效地用于施工具有弯曲形状的隧道。

按本发明，上述目的可用具有这样结构的盾构掘进式隧道钻孔机来实现，在这种钻孔机中，具有由安装着许多切削钻头的刀具辐组成的隧道面刀具的平行联结挖掘机另设有过量挖掘刀具，这些过量挖掘刀具包括安装有可在隧道面挖掘过程中完成过量挖掘的许多切削钻头的刀具辐，其特点是，所述的过量挖掘刀具分成多级，各级过量挖掘刀具互相分开地联结于传动装置，所述传动装置与用于相互独立地调节各级中的刀具过量挖掘速率的装置相联结。

在下面参照附图中所示较佳实施例对本发明的详细说明中可以更清楚看到本发明的其它目的和优点。

图1是本发明的第一实施例的盾构挖掘式隧道钻孔机的前(主)视图；

图2是图1的盾构挖掘式隧道钻孔机的一主要部分放大的局部前视图；

图3是本发明第二实施例的盾构挖掘式隧道钻孔机的前视图；

图4是图3机器主要部分的放大的局部前视图；

图5是图3机器的另一主要部分的放大的局部剖视图；

图6是用于图3的机器的操作说明视图；以及

图7是本发明第三实施例的质构掘进式隧道钻孔机的前视图。

尽管是参照在这些附图中所示实施例对本发明进行了说明，但应意识到这并不是旨在将本发明仅仅限制在所示的这些实施例中，而是还应包括在所附权利要求书所限定范围内的全部可能的替代、改进和等同的结构布置。

现请看图1，图中示出本发明的质构掘进式隧道钻孔机的第一实施例，如图所示，所述的盾构掘进式隧道钻孔机包括一盾构筒体1，一平行联结的挖掘机2、一泥土排放装置11，以及相对于所述挖掘机2的旋转轴线对称地设置在平行联结的挖掘机2的两侧上的两组过量挖掘刀具12-14和15-17，以便在外面密封所述挖掘机2的至少一部分。在此实施例中，质构筒体1形成有基本上似方形椭圆或圆矩形的横截面，其轮廓如同田径运动场比赛跑道。平行联结的挖掘机2由一运动转子3、隧道面刀具4、安装在所述刀具4上的许多切削钻头5、随动转子6a-6h，以及联结在刀具4与各从动转子6a-6h之间的支承轴7a-7d。

所述运动转子3通过减速装置联结于安装在盾构筒体1的内隔板上的一个最合适的旋转驱动动力源。对于这些隔板、旋转驱动动力源和减速装置，由于可以采用任何已知的技术，因此它们在附图中被省略。所述隧道面刀具4由形成有一个格栅结构的主部构成，该格栅结构含有在垂直方向上相互分开布置的多个水平刀具辐4a-4d、在水平方向上相互分开布置的多个垂直刀具辐4e-4g，以及以固定间距互相分开地设置在最高的水平刀具辐4a的上侧上的多个上垂直刀具辐4h，和以固定间距互相分开地设在最下的水平刀具辐4d的下侧上的多个下垂直刀具辐4i。在刀具装置4设置的范围内分别设有按场合需要可有一个或一个以上的泥浆状材料喷口8和一泥浆压力表10。此外，在刀具4的各刀具辐4a-4i的前侧面上分别以最合适的间距设有许多切削钻头5。

所述的从动转子6a-6h以两组设置，两组中的每一组包括4个转子6a-6d和4个转子6e-6h因而总数为8个，如从图1前侧所看到那样，它们被设在平行联结的挖掘机2的两横向侧的垂直方向上，而各从动转子6a-6d和6e-6h通过如一齿轮系(未图示)那样的动力传送系统连接于运动转子3并可互相同步地并以相同方向绕着作为旋转中心的“O”点转动。用于使被挖掘的地层与双泥浆状材料喷口8喷出泥浆状材料混和的搅拌刀片9设置在全部或部分的从动转子6a上。此外，支承轴7a-7d分别地安装在相应的从动转子6a，6d，6e和6h之一的一个偏心位置上。此处，各支承轴7a-7d为这样构成以便可实现使平行联结的挖掘机2作为一个整体与各支承轴7a-7d相互协同以平行联结的可运转状态在盾构筒体1内旋转的一个支点。

泥土排放装置11设在盾构筒体1内以开启盾构筒体的泥土进口，该泥土进口是在隧道面和设置挖掘机2的室中隔板之间的盾构掘进式隧道钻孔机前端上形成的隧道面腔室内(未图示)。此外，在平行联结的挖掘机2的两横向侧上的过量挖掘刀具12-14及15-17被设置分成如在图1前侧视图上的多级。各刀具12-14及15-17包括两侧列的刀具辐18a-18c和18d-18f，在最上的侧刀具辐18a和18d的顶上位置为向上刀具辐18g，在最下的侧刀具辐18c和18f的下面位置上为向下刀具辐18h，许多安装在垂直取向的刀具辐18a-18c和18d-18h以及上、下刀具辐18g和18h上的许多切削钻头19，和与一可分别互相独立地控制的调节装置(未图示)联结相对于各刀具辐18a-18c和18d-18f成对设置的传动装置20a-20c和20d-20f。使用这种布置结构，依靠各刀具12-14和15-17的过量挖掘可以通过各对传动装置20a-20c和20d-20f的展开和收缩独立地被调节。

接着将说明如上所述那样构成的第一实施例的盾构掘进式隧道钻孔机的运行操作。在穿过地层的隧道挖凿过程中，平行联结的挖掘机2由运动转子3的转动输出功率驱动，由此通过如齿轮系那样的动力传送系统使8个从动转子6a-6d和6e-6h互相同步地并以相同方向旋转。此时，由于安装在从动转子6a、6d和6e、6h的偏心位置上的支承轴7a-7d的干涉，刀具4的刀具辐4a-4f在保持平行联结的结合状态的同时按一预定方向完成平行联结的旋转并且通过安装在刀具4上的许多切削钻头5将隧道面地层挖掘掉。与此同时，使在两横向侧上的过量挖掘刀具12-14和15-17跟随平行联结的挖掘机2的运动而转动，并且可以依靠多个切削钻头19响应于相对隧道面地层的任何要求实现过量挖掘。

在如上所述的隧道面地层被挖掘后，按场合要求泥浆状材料从泥浆状材料喷口8喷向被挖掘的地层，通过搅拌刀片9使被挖掘的地层与所述泥浆状材料混和而使地层形成一定粘度以变成泥浆，这样使盾构掘进式隧道钻孔机的排出比较容易。此外，通过泥浆压力表10可监控在盾构掘进式隧道钻孔机前端的隧道面腔室内的泥浆压力，并且被挖掘的地层的泥浆通过泥浆排出装置11连续地排出，而使在隧道面腔室内泥浆压力保持在可以阻止隧道工作倒塌的水平上。在对一预定区域挖掘隧道面地层之后，通用型和结合在盾构筒体1上的推进传动装置便展开一合适距离从而将盾构筒体1向前推进。

通过用被驱动向前推进的盾构掘进式隧道钻孔机连续完成的前述操作，隧道被挖凿出而隧道的周壁用任何已知的办法予以掩蔽。

另一方面，如在隧道钻孔操作过程中在盾构掘进式隧道钻孔机上发生滚动的情况时，就要完成如下所述的那种盾构掘进式隧道钻孔机的位置控制，而可以使滚动得到最佳的修正。即当滚动发生在相对隧道面的左向这种情况时，借助于图2所示的成对的传动装置20d、20d及20c、20c使，例如，在上右侧上的过量挖掘刀具15及在下左侧上的过量挖掘刀具14的过量挖掘速率成为最大，而借助传动装置20e、20e及20f、20f使在中间右侧上的过量挖掘刀具16及在下右侧上的过量挖掘刀具15的过量挖掘速率逐步地渐渐减小，以及借助传动装置20b、20b及20a、20a使在中间左侧上的过量挖掘刀具13的和在上左侧上的过量挖掘刀具12的过量挖掘速率逐步地渐渐减小，以便在传动装置的调节装置的控制下完成所述的过量挖掘。盾构掘进式隧道钻孔机由此被控制向右侧方向而向左面的滚动可以被修正。

相反，在当盾构掘进式隧道钻孔机的滚动发生在相对隧道面的右方的情况时，借助于传动装置20a、20a及20f、20f使在上左侧上的过量挖掘刀具12和在下右侧上的过量挖掘刀具17的过量挖掘速率成为最大，而通过传动装置20b、20b及20c、20c使在中间左侧上的过量挖掘刀具13及在下左侧上的过量挖掘刀具14的过量挖掘速率逐步地渐渐减小，借助传动装置20e、20e及20d、20d使在中间右侧上的过量挖掘刀具16和在上右侧上的过量挖掘刀具15的过量挖掘速率逐步地渐渐减小，因而完成过量挖掘，由此盾构掘进式隧道钻孔机的位置被控制向左方以便校正向右的滚动。

通过完成上述的操作，就可有效地实现隧道挖凿，而即使在机器的滚动发生在左向或右向不论滚动范围多大都能可靠地完成盾构掘进式隧道钻孔机的位置控制，还应进一步认识到上面的用于位置控制的布置还可有效地应用于弯曲隧道的挖凿。

在图3至6中，示出本发明的盾构掘进式隧道钻孔机的一第二实施例，其中与上述图1实施例中相同的构成件都由同样的标号表示。在此第二实施例中，在过量挖掘刀具12-17中相当于平行联结的挖掘机2的角部刀具12、14、15和17的刀具辐18a、18c、18d和18f是以成L形的角度形状形成。切削钻头19以最合适的间距分别安装在这些刀具辐18a、18c、18d和18f的外表面，即刀具辐18a和18d的上侧表面以及刀具辐18c和18f的侧下表面上。

刀具4的上、下侧水平刀具辐4a和4d分别设有一啮合槽21而上刀具辐18a和18d以及下刀具辐18c和18f分别设有一个啮合在上、下刀具辐4a和4d的槽21中的一个啮合突起部22，以使上、下刀具辐4a和4d可以滑动地联结于上、下刀具辐18a、18d以18c、18f。

尽管在此第二实施例中将啮合槽21和啮合突起部22分别制成一种鸠尾槽和鸠尾榫是比较理想的，但并不是始终要求都采用这种鸠毛榫结合形式而可以采用任何别的形状。此外，还可以将啮合槽21设在刀具辐18a、18d、18c和18f上并在刀具4的上、下刀具辐4a和4d的侧面上形成啮合突出部22。

在此第二实施例的盾构掘进式隧道钻孔机中，如在盾构机器的隧道挖凿操作过程中已发生滚动并针对所述滚动完成位置控制的情况下，则以下述方式被控制那样操纵过量挖掘刀具。这里假如盾构掘进式隧道钻孔机已具有相对隧道面的朝左方向上的滚动，则通过传动装置20c、20c及20d、20d使由角形刀具辐18c和安装其上的切削钻头19组成的下左侧刀具14及由角形刀具辐18d和安装其上的切削钻头19组成的上右侧刀具15的过量挖掘速率调节到最大，从而通过传动装置20b、20b；20a、20a；20e、20e及20f、20f使在中间左侧和上左侧上的刀具13和12及在中间右侧和下右侧上的刀具16和17调节成渐渐地逐步减小。

此时，借助安装在上左侧过量挖掘刀具14的刀具辐18c上的切削钻头19在被挖凿隧道的下左侧部分上，以及借助安装在上右侧过量挖掘刀具15的刀具辐18d上的切削钻头19在被钻孔隧道的上右侧部分上完成过量挖掘。最好是在图6中的虚线所示轮廓范围23内实现过量挖掘。因此，就这种盾构掘进式隧道钻孔机而言可以可靠地完成前述的位置控制。

相反，当已使盾构掘进式隧道钻孔机产生相对隧道面的向右滚动时，则借助传动装置20a、20a及20f、20f使由角形刀具辐18a和安装其上的切削钻头19组成的上左侧过量挖掘刀具12以及由角形刀具辐18f及安装其上的切削钻头19组成的下右侧过量挖掘刀具17的过量挖掘速率调节到最大，而通过传动装置20b、20b；20c、20c；20e、20e及20d、20d使中间及下左侧过量挖掘刀具13和14及中间和上右侧过量控掘刀具16和15这样地调节以使它们的过量挖掘速率渐渐地逐步减小。

因而，通过安装在上左侧过量挖掘刀具12的刀具辐18a上的切削钻头19在被挖凿隧道的上左侧部分上以及通过安装在下右侧过量挖掘刀具17的刀具辐18f上的切削钻头9而在被挖凿隧道的下右侧部分上可以完成过量挖掘。

同样，在上述的本第二实施例中，在向左和向右任一侧滚动的情况下都可以使盾构掘进式隧道钻孔机受到最合适的位置控制以纠正这种滚动。另外，采用这种位置控制的布置结构，还可使机器可以容易地完成弯曲隧道的挖凿。

此外，在此第二实施例中，借助通过在刀具4的上左侧和右侧刀具辐4a和4d及上左侧和右侧过量挖掘刀具12和15之间的啮合槽21和突出部22的滑动连接，以及借助在刀具4的下左侧和右侧刀具辐4c和4f及下左侧和右侧过量挖掘刀具14和17的刀具辐18c和18f之间的滑动连接，就可以以平稳的方式控制过量挖掘速率。在此第二实施例中的其它构成部分及其功能基本上与上述第一实施例中的相同。

此外，虽然在上述两个实施例中是将左侧及右侧的过量挖掘刀具描述成在垂直方向上分为3级，但并不是要求以此来限制本发明，而是还可以是2级或4级或4级以上。

在图7中，示出本发明的盾构掘进式隧道钻孔机的一第三实施例。如图所示，在此实施例中，凡是完成与图1的上述实施例中的组成部分基本相同功能的组成部分都用同样的标号但附加“A”来表示。在此第三实施例中，使平行联结的挖掘机2A具有一六边形轮廓，其中，周边的刀具辐4Aa-4Af及内径上的刀具辐4Ag-4AI分别设在六个角的相邻两角之间以及每个角部与中央部分之间，而用于切削隧道面地层的刀具4A设有这些刀具辐4Aa-4AI。在六角形形状的各角上设有从动转子6Aa-6Af，而与各角部结合的三个刀具辐相对于各支承轴7Aa-7Af枢转。

围绕刀具4A构成用于隧道面的过量挖掘刀具12A的刀具辐18Aa-18Ad分别设置成圆弧形，以便使整个轮廓形成一圆形形状。在用于隧道面的刀具4A与过量挖掘刀具12A之间，传动装置20Aa-20Af设置成被定位在六角形形状的角上，而滑动导轨24Aa-24Ad则设置在隧道面切削装置4A的上、下刀具辐4Aa和4Ad的两端与两个过量挖掘刀具辐18Aa和18Ac之间。另外，许多切削钻头5A和19A安装在各刀具辐4Aa-4AI及18Aa-18Ad上。

此外，用于切削隧道面的平行联结挖掘机2A和过量挖掘刀具12A被容置在盾构筒体1A中如同整体一样从筒体1A的中央向外在径向上偏离。

在第三实施例的结构中，当运动转子3A被驱动时，平行联结挖掘机2A及过量挖掘刀具12A旋转，而它们的转动中心相继地在盾构筒体1内偏离但仍保持平行联结的连接结构，(虽然其平行联结的运动形态略与第一和第二实施例的不同)以及通过安装在刀具4A上的许多切削钻头5A将隧道面地层挖掘掉。当过量挖掘刀具12A的刀具辐18Aa-18Ad与用隧道面刀具4A挖掘隧道面地层同时地被驱动时，过量挖掘也同时完成。

如在钻孔工作过程中盾构掘进式隧道钻孔机发生向左滚动的情况时，过量挖掘便完成而使右侧刀具辐18Ac的过量挖掘速率最大并且上下刀具辐18Ad和18Ab及左侧刀具辐18Aa的过量挖掘速率逐步地渐渐减小从而可使向左滚动被校正。另一方面，当滚动向右发生时，使左侧刀具辐18Aa的过量挖掘速率最大，而使在上、下刀具辐19Ad和18Ab及右侧刀具辐18c上过量挖掘速率逐步地渐渐减小并且由此完成过量挖掘，以便能够校正向右滚动。

此外，采用这种位置控制布置结构，可以按与上述第一和第二实施例的同样方式容易地完成弯曲隧道的挖凿。

在此第三实施例中的所有其它的组成部分及其功能基本上与在前述第一和第二实施例中的相同。

此外，虽然在第三实施例中是将过量挖掘刀具12A的圆弧形刀具辐描述成分为4段，但并不要求本发明限于这样的布置结构，而是还可以采用3段或少于3段或5段或多于5段的布置结构。

Claims (4)

1.一种具有一平行联结的挖掘机的盾构掘进式隧道钻孔机，它包括多个由刀具辐组成的隧道面刀具、多个被分成多级和由刀具辐组成的过量挖掘刀具、多个安装在相互分开的隧道面刀具和过量挖掘刀具的各刀具辐上的切削钻头、多个分别与各级的过量挖掘刀具相联结用于使刀具移向或移离过量挖掘位置的传动装置，以及联结于各传动装置用于互相独立地调节在各级上的过量挖掘刀具的过量挖掘速率的装置。

2.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述过量挖掘刀具为对称地设置在所述平行联结挖掘机的两侧。

3.如权利要求2所述的机器，其特征在于，所述过量挖掘刀具的刀具辐为围绕平行联结挖掘机设置，所述刀具辐中被设置在挖掘机的角部分上的角刀具辐构成角形形状。

4.如权利要求3所述的机器，其特征在于，所述过量挖掘刀具的刀具辐中的成角形的、在角上的刀具辐与所述隧道面刀具的刀具辐中的、在相应角上的刀具辐滑动地相啮合。

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