CN113338943B - 多刀头垂直盾构系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多刀头垂直盾构系统，包括盾构平台和转筒，转筒穿过盾构平台中央，盾构平台上设有用于驱动转筒的第一驱动装置，盾构平台上设有用于调节转筒位置的锁紧装置，转筒下方设置有内圈刀盘，内圈刀盘上设有内圈刀头，转筒靠近内圈刀头的外侧上设置有多个伸缩臂，多个伸缩臂下方均设置有外圈刀盘，外圈刀盘下方设置有外圈刀头，内圈刀头与外圈刀头均设置为斜面刀头，内圈刀盘上设置有用于控制内圈刀头绕内圈刀盘旋转的第二驱动装置，外圈刀盘上设置有用于驱动外圈刀头旋转的第三驱动装置。外圈刀头与内圈刀头同时工作，避免了单独使用一个刀头进行挖掘时，挖出的泥土或岩石堆叠至一旁，导致无法继续挖掘的问题，提高了挖掘效率。

Description

多刀头垂直盾构系统

技术领域

本发明涉及水利蓄能技术领域，特别涉及一种多刀头垂直盾构系统。

背景技术

在人们对于地表勘探或挖掘的过程中，通常使用盾构机来进行通道的挖掘。盾构机的工作原理是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面，人们通常使用盾构机来进行垂向通道的挖掘。相关技术中的盾构机，通常在盾构机的底部设置一个刀头，通过这个刀头来进行坑道的挖掘，效率较低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多刀头垂直盾构系统，在盾构机下方的不同位置上安装有多个刀头，通过控制各刀头先后或同时进行工作，更合理地进行挖掘，极大地提高了挖掘效率。

本发明提出了一种多刀头垂直盾构系统，包括盾构平台和转筒，所述盾构平台周围环设有支撑装置，所述支撑装置用于将所述盾构平台固定在井壁上，所述盾构平台中央设置有内圈通孔，所述转筒穿过所述盾构平台上的所述内圈通孔，所述盾构平台上设有用于驱动所述转筒转动的第一驱动装置，所述盾构平台上设有用于调节所述转筒位置的锁紧装置，所述转筒下方设置有内圈刀盘，所述内圈刀盘上设有内圈刀头，所述转筒靠近所述内圈刀头的外侧上设置有多个伸缩臂，多个所述伸缩臂下方均设置有外圈刀盘，所述外圈刀盘下方设置有外圈刀头，所述内圈刀头与所述外圈刀头均设置为斜面刀头，所述内圈刀盘上设置有用于控制所述内圈刀头绕所述内圈刀盘旋转的第二驱动装置，所述外圈刀盘上设置有用于控制所述外圈刀头绕所述外圈刀盘旋转的第三驱动装置。

根据本发明实施例的多刀头垂直盾构系统，至少具有如下有益效果：通过支撑装置将盾构平台支撑在井壁上，盾构平台中央设置有转筒，转筒下方设置有内圈刀盘，内圈刀盘上安装有内圈刀头，且转筒上靠近内圈刀头的外侧上设置有多个伸缩臂，伸缩臂下方连接有外圈刀盘以及外圈刀头。外圈刀头与内圈刀头同时工作，避免了单独使用一个刀头进行挖掘时，挖出的泥土或岩石堆叠至一旁，导致无法继续挖掘的问题，提高了挖掘效率。

根据本发明的一些实施例，还包括横向工作车，所述横向工作车通过吊缆与所述盾构平台连接，所述横向工作车包括车体，支撑件，伸缩杆，第四驱动装置，横向刀盘以及横向刀头，所述支撑件设置在所述车体的一端，所述伸缩杆设置在所述车体上远离所述支撑杆的一端，所述横向刀盘安装在所述伸缩杆上，所述横向刀盘上安装有所述横向刀头，所述第四驱动装置用于驱动所述横向刀头在所述横向刀盘上转动。在盾构平台下方设置有横向工作车，在使用内圈刀头或外圈刀头挖出坑后，将横向作业车调入坑中，通过横向工作车在坑内对坑壁逐步进行挖掘，直至整层挖空。此时可使用内圈刀头与外圈刀头对其他地方进行挖掘，提高了挖掘效率。

根据本发明的一些实施例，所述支撑件包括支撑杆和用于插入岩层中对所述车体进行固定的固定钉，所述支撑杆与所述车体铰接，所述固定钉通过所述支撑杆与所述车体连接。通过固定钉插入岩层中来对车体进行固定，便于横向刀头稳定工作。

根据本发明的一些实施例，所述横向工作车还包括履带，所述履带设置在所述车体下方，所述履带用于驱动所述横向工作车移动。使用履带作为横向工作车的移动工具，履带更适用于岩土层上的载具移动。

根据本发明的一些实施例，所述内圈刀盘与所述转筒可拆卸连接。能够将内圈刀盘及内圈刀头拆下，并根据实际需求更换其他工具至所述转筒下方工作。

根据本发明的一些实施例，所述转筒外侧设置有多个固定槽，多个所述伸缩臂均通过滑动件分别安装在不同的所述固定槽上，所述盾构平台下方设置有多个电控升降定位杆，所述电控升降定位杆的两端分别连接至所述盾构平台和所述滑动件。通过固定槽可将外圈刀头固定在转筒上并跟随转筒上下移动，使得无需单独移动外圈刀头即可继续向下挖掘，更有利于挖掘工作的进行。

根据本发明的一些实施例，所述盾构平台下方设置有多根第一钢缆，所述第一钢缆的数量与所述外圈刀盘的数量相同，所述第一钢缆的两端分别连接至所述盾构平台和所述外圈刀盘的上方。由于在外圈刀盘上下移动的过程中可能会重心不稳定，因此使用第一钢缆连接外圈刀盘与盾构平台，使其在上下移动时不易发生晃动。

根据本发明的一些实施例，所述第一驱动装置包括第一电机和第一齿轮盘，所述第一电机和所述第一齿轮盘安装在所述盾构平台上，所述转筒外侧设置有与所述第一齿轮盘对应的第二齿轮盘，所述第一电机用于控制所述第一齿轮盘转动，所述第一齿轮盘与所述第二齿轮盘齿合。

根据本发明的一些实施例，所述锁紧装置包括动力锁定装置和高度锁定装置。使用动力锁定装置来防止转筒转动，以及使用高度锁定装置来控制转筒下降的高度。

根据本发明的一些实施例，所述伸缩臂包括多个长外圈臂和多个短外圈臂，所述长外圈臂与所述短外圈臂下方均设置有外圈刀头，所述长外圈臂的伸缩范围大于所述短外圈臂的伸缩范围。通过限制短外圈臂和长外圈臂的伸缩范围，来实现对多个半径范围的同时挖掘。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

本发明的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例中多刀头垂直盾构系统的示意图；

图2是本发明实施例中横向工作车的示意图；

图3是本发明实施例中驱动转筒时的俯视图；

图4是本发明另一实施例中多刀头垂直盾构系统的示意图；

图5是本发明另一实施例中多刀头垂直盾构系统的示意图。

附图标记如下：

盾构平台100；锁紧装置110；动力锁定装置111；高度锁定装置112；第一驱动装置120；第一齿轮盘121；支撑装置130；转筒140；内圈刀盘150；内圈刀头151；第二驱动装置152；伸缩臂160；外圈刀盘161；外圈刀头162；第三驱动装置163；固定槽164；滑动件165；电控升降定位杆166；第一钢缆167；液压顶杆170；车体210；支撑件220；支撑杆221；固定钉222；伸缩杆230；横向刀盘240；横向刀头250；第四驱动装置260；履带270；液压基座310；摆臂320；伸缩液压臂330；尖锥支撑脚410；第二钢缆420；作业单元430；液压支撑脚440；承重横梁450。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，图1是本发明实施例中多刀头垂直盾构系统的示意图。可以理解的是，本发明提出了一种多刀头垂直盾构系统，包括盾构平台100和转筒140，盾构平台100周围环设有支撑装置130，支撑装置130用于将所述盾构平台100固定在井壁上。盾构平台100中央设置有内圈通孔，转筒140穿过盾构平台100上的内圈通孔，盾构平台100上设有用于驱动转筒140转动的第一驱动装置120，盾构平台100上设有用于调节转筒140位置的锁紧装置110，转筒140下方设置有内圈刀盘150，内圈刀盘150上设有内圈刀头151，转筒140靠近内圈刀头151的外侧上设置有多个伸缩臂160，多个伸缩臂160下方均设置有外圈刀盘161，外圈刀盘161下方设置有外圈刀头162，内圈刀头151与外圈刀头162均设置为斜面刀头，内圈刀盘150上设置有用于控制内圈刀头151绕内圈刀盘150旋转的第二驱动装置152，外圈刀盘161上设置有用于控制外圈刀头162绕外圈刀盘161旋转的第三驱动装置163。通过支撑装置130将盾构平台100支撑在井壁上，盾构平台100中央设置有转筒140，转筒140下方设置有内圈刀盘150，内圈刀盘150上安装有内圈刀头151，且转筒140上靠近内圈刀头151的外侧上设置有多个伸缩臂160，伸缩臂160下方连接有外圈刀盘161以及外圈刀头162。外圈刀头162与内圈刀头151同时工作，避免了单独使用一个刀头进行挖掘时，挖出的泥土或岩石堆叠至一旁，导致无法继续挖掘的问题，提高了挖掘效率。

需要说明的是，内圈刀盘150与转筒140可拆卸连接。能够将内圈刀盘150及内圈刀头151拆下，并根据实际需求更换其他工具至所述转筒140下方工作。

需要说明的是，本发明中除了使用多个刀头同时转动进行挖掘之外，每个刀头也能够相对于刀盘进行转动。由于本发明中使用的刀头为斜面刀头，斜面的设置对切割更有利，且将斜面刀头转动至不同的方向，也能够在一定程度上扩大挖掘面积。

参照图1，可以理解的是，转筒140外侧设置有多个固定槽164，多个伸缩臂160均通过滑动件165分别安装在不同的固定槽164上，盾构平台100下方设置有多个电控升降定位杆166，电控升降定位杆166的两端分别连接至盾构平台100和滑动件165。通过固定槽164可将外圈刀头162固定在转筒140上并跟随转筒140上下移动，使得无需单独移动外圈刀头162即可继续向下挖掘，更有利于挖掘工作的进行。

需要说明的是，盾构平台100下方设置有多根第一钢缆167，第一钢缆167的数量与外圈刀盘161的数量相同，第一钢缆167的两端分别连接至盾构平台100和外圈刀盘161的上方。由于在外圈刀盘161上下移动的过程中可能会重心不稳定，因此使用第一钢缆167连接外圈刀盘161与盾构平台100，使其在上下移动时不易发生晃动。

参照图1，可以理解的是，第一驱动装置120包括第一电机和第一齿轮盘121，第一电机和第一齿轮盘121安装在盾构平台100上，转筒140外侧设置有与第一齿轮盘121对应的第二齿轮盘，第一电机用于控制所述第一齿轮盘121转动，第一齿轮盘121与第二齿轮盘齿合。在转筒140的外侧设置有第二齿轮盘，第一电机驱动第一齿轮盘121移动，第一齿轮盘121带动第二齿轮盘，从而使得转筒140转动，进而使得位于盾构平台100下方的内圈刀头151和外圈刀头162能够开始进行挖掘工作。

需要说明的是，在转筒140上方还设置有液压顶杆170，液压顶杆170与转筒140连接，通过液压顶杆170能够将转筒140进行上下移动，从而进行工作。

可以理解的是，伸缩臂160包括多个长外圈臂和多个短外圈臂，长外圈臂与短外圈臂下方均设置有外圈刀头162，长外圈臂的伸缩范围大于短外圈臂的伸缩范围。通过限制短外圈臂和长外圈臂的伸缩范围，来实现对多个半径范围的同时挖掘。需要说明的是，本发明一实施例中使用了长外圈臂以及短外圈臂两种规格的伸缩臂160，以实现在不同的半径范围下的挖掘工作。但是，在实际工程应用的过程中，可以根据实际情况来决定使用的不同的伸缩臂160的伸缩范围，也可以使用同样伸缩范围的伸缩臂160，但根据实际需求手动控制每一组伸缩臂160的伸缩长度，进而进行挖掘。本发明不对此做具体限定。

如图2所示，图2是本发明实施例中横向工作车的示意图。可以理解的是，盾构平台100下方还设置有横向工作车，横向工作车通过吊缆与盾构平台100连接，横向工作车包括车体210，支撑件220，伸缩杆230，第四驱动装置260，横向刀盘240以及横向刀头250，支撑件220设置在所述车体210的一端，伸缩杆230设置在车体210上远离支撑杆221的一端，横向刀盘240安装在伸缩杆230上，横向刀盘240上安装有横向刀头250，第四驱动装置260用于驱动横向刀头250在横向刀盘240上转动。在盾构平台100下方设置有横向工作车，在使用内圈刀头151或外圈刀头162挖出坑后，将横向作业车调入坑中，通过横向工作车在坑内对坑壁逐步进行挖掘，直至整层挖空。此时可使用内圈刀头151与外圈刀头162对其他地方进行挖掘，提高了挖掘效率。

需要说明的是，支撑件220包括支撑杆221和用于插入岩层中从而对车体210进行固定的固定钉222，支撑杆221与车体210铰接，固定钉222通过支撑杆221与车体210连接。通过固定钉222插入岩层中来对车体210进行固定，便于横向刀头250稳定工作。

需要说明的是，横向工作车还包括履带270，履带270设置在车体210下方，履带270用于驱动横向工作车移动。使用履带270作为横向工作车的移动工具，履带270更适用于岩土层上的载具移动。

如图3所示，图3是本发明实施例中驱动转筒140时的俯视图。可以理解的是，锁紧装置110包括动力锁定装置111和高度锁定装置112。转筒140外侧垂直设置有多个等间隔的放置槽，当将转筒140升降至合适的高度后，将高度锁定装置112上的推杆推入相应的放置槽中，即可锁定当前转筒140的高度。基于同样的思路，在转筒140外侧上设置有多个放置孔，当不需要转筒140转动时，将动力锁定装置111上的推杆推入相应的放置孔中，进而限制转筒140的转动。

需要说明的是，本发明中的动力锁定装置111与高度锁定装置112可以为一个，也可以是多个。使用多个动力锁定装置111或多个高度锁定装置112能够提高转筒140的安全性。本发明不对此做具体限定。

如图4所示，图4是本发明另一实施例中多刀头垂直盾构系统的示意图。可以理解的是，在本发明另一实施例中，在转筒140下方设置有液压基座310，液压基座310下方铰接有摆臂320，摆臂320末端连接有伸缩液压臂330，伸缩液压臂330末端安装有工作单元。在需要对竖直向下以外的角度方向进行作业时，通过控制摆臂320将工作单元对准不同的方向，再通过伸缩液压臂330来控制作业单元430伸出的距离，从而更方便地进行作业。

需要说明的是，作业单元430可以是刀盘与刀头的结合，也可以是泥浆机，又或者是碎土收集器等，本发明不对此做具体限制。

如图5所示，图5是本发明另一实施例中多刀头垂直盾构系统的示意图。可以理解的是，在另一实施例中，盾构平台100下方设置有多根第二钢缆420，第二钢缆420下方连接有承重横梁450，承重横梁450的一端安装作业单元430和尖锥支撑脚410，尖锥支撑脚410用于插入井壁上进行固定，变便于作业单元430进行作业；承重横梁450的另一端上设置有液压支撑脚440，液压支撑脚440用于将争承重横梁450固定在工程需求的高度上，避免发生晃动。

需要说明的是，作业单元430可以是刀盘与刀头的结合，也可以是泥浆机，又或者是碎土收集器等，本发明不对此做具体限制。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下，作出各种变化。

Claims (7)

1.一种多刀头垂直盾构系统，其特征在于，包括盾构平台和转筒，所述盾构平台周围环设有支撑装置，所述支撑装置用于将所述盾构平台固定在井壁上，所述盾构平台中央设置有内圈通孔，所述转筒穿过所述盾构平台上的所述内圈通孔，所述盾构平台上设有用于驱动所述转筒转动的第一驱动装置，所述盾构平台上设有用于调节所述转筒位置的锁紧装置，所述转筒下方设置有内圈刀盘，所述内圈刀盘上设有内圈刀头，所述转筒靠近所述内圈刀头的外侧上设置有多个伸缩臂，多个所述伸缩臂下方均设置有外圈刀盘，所述外圈刀盘下方设置有外圈刀头，所述内圈刀头与所述外圈刀头均设置为斜面刀头，所述内圈刀盘上设置有用于控制所述内圈刀头绕所述内圈刀盘旋转的第二驱动装置，所述外圈刀盘上设置有用于控制所述外圈刀头绕所述外圈刀盘旋转的第三驱动装置，所述转筒外侧设置有多个固定槽，多个所述伸缩臂均通过滑动件分别安装在不同的所述固定槽上，所述盾构平台下方设置有多个电控升降定位杆，所述电控升降定位杆的两端分别连接至所述盾构平台和所述滑动件，还包括横向工作车，所述横向工作车通过吊缆与所述盾构平台连接，所述横向工作车包括车体，支撑件，伸缩杆，第四驱动装置，横向刀盘以及横向刀头，所述支撑件设置在所述车体的一端，所述支撑件包括支撑杆和用于插入岩层中对所述车体进行固定的固定钉，所述支撑杆与所述车体铰接，所述固定钉通过所述支撑杆与所述车体连接，所述伸缩杆设置在所述车体上远离所述支撑杆的一端，所述横向刀盘安装在所述伸缩杆上，所述横向刀盘上安装有所述横向刀头，所述第四驱动装置用于驱动所述横向刀头在所述横向刀盘上转动。

2.根据权利要求1所述的多刀头垂直盾构系统，其特征在于，所述横向工作车还包括履带，所述履带设置在所述车体下方，所述履带用于驱动所述横向工作车移动。

3.根据权利要求1所述的多刀头垂直盾构系统，其特征在于，所述内圈刀盘与所述转筒可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的多刀头垂直盾构系统，其特征在于，所述盾构平台下方设置有多根第一钢缆，所述第一钢缆的数量与所述外圈刀盘的数量相同，所述第一钢缆的两端分别连接至所述盾构平台和所述外圈刀盘的上方。

5.根据权利要求1所述的多刀头垂直盾构系统，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一电机和第一齿轮盘，所述第一电机和所述第一齿轮盘安装在所述盾构平台上，所述转筒外侧设置有与所述第一齿轮盘对应的第二齿轮盘，所述第一电机用于控制所述第一齿轮盘转动，所述第一齿轮盘与所述第二齿轮盘齿合。

6.根据权利要求1所述的多刀头垂直盾构系统，其特征在于，所述锁紧装置包括动力锁定装置和高度锁定装置。

7.根据权利要求1所述的多刀头垂直盾构系统，其特征在于，所述伸缩臂包括多个长外圈臂和多个短外圈臂，所述长外圈臂与所述短外圈臂下方均设置有外圈刀头，所述长外圈臂的伸缩范围大于所述短外圈臂的伸缩范围。