CN113356869B - 用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，包括支撑台车系统、动力及传动系统，其特征在于：还包括钢护筒、设置于所述钢护筒前端的带切削刀的机头、以及辅助配套系统；所述钢护筒为双层钢圆筒结构，包括圆筒形内壳、外壳以及设置于所述内壳与外壳之间的用于连接固定所述内壳和外壳的加劲肋板，所述钢护筒内壳和外壳之间形成若干中空的夹层结构；所述机头前端为带齿结构，机头可分块组装和拆卸；所述机头包括机头前体、设置于所述机头前体前端的刀具；所述机头和所述钢护筒连接部位设置有密封结构。采用本发明的新型掘进装置，施工效率高、施工成本较低、结构刚度高、稳定安全、掘进效率高、适应性强。

Description

用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体地说，涉及一种用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置及施工方法。

技术背景

隧道联络通道，是为了连接两条隧道而设计的一条通道。若一条隧道出现突发问题，如排水、运行设备因故障停止运行的情况，行人可通过连接通道转移到另外一条隧道，以便快速逃生和救援。

当前联络通道施工方法主要以盾构法/顶管法、管棚法、矿山法等为主，其采用的施工方法多为全回转切削形式掘进，掘进装置在施工过程中存在以下问题：(1)钢护筒结构过薄导致刚度不够，钢护筒结构过厚又会导致成本上升；(2)导向纠偏不精确，目前纠偏装置一般设在钢护筒后端，从而对前端掘进方向易产生纠偏不及时或不精确的问题；(3)排浆管和减摩泥浆注入管排布不合理，导致掘进效率不高；(4)采用全回转切削容易导致各种管道缠绕，影响掘进的安全性。

综上，本领域急需一种成本低、结构刚度高、稳定安全、掘进效率高的掘进装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，具有结构刚度高、稳定安全、掘进效率高的优点。

本发明技术方案如下：

本发明公开了一种用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，包括支撑台车系统、动力及传动系统；此外还包括钢护筒、设置于所述钢护筒前端的带切削刀的机头、以及辅助配套系统；

所述钢护筒为双层钢圆筒结构的复合筒体，包括圆筒形内壳、外壳，以及设置于所述内壳与外壳之间的用于连接固定所述内壳和外壳的加劲肋板，所述钢护筒内壳和外壳之间形成若干中空的夹层结构；

所述机头前端为带齿结构，包括机头前体、设置于所述机头前体前端的刀具；所述机头和所述钢护筒连接，且连接部位设置有密封结构。

所述辅助配套系统包括设置于所述钢护筒夹层结构内的进浆管、排浆管和注水管、以及对称设置于所述钢护筒前端夹层内的若干组纠偏油缸。

进一步地，所述钢护筒由若干个单元钢护筒节段拼装而成，每个所述单元钢护筒分别由若干圆弧段的筒体拼装而成，所述单元钢护筒的节段结构长度为400mm～1500mm，所述单元钢护筒的外径为2500～4500mm，内径为2000～4000mm，单元钢护筒节段外壳和内壳结构厚度为200-350mm。

进一步地，所述钢护筒外壳、内壳和加劲肋板与所述机头均为可装配式连接。

进一步地，在每个所述单元钢护筒节段的外壳上，沿周向均匀布置有减摩泥浆出泥口，钢护筒夹层内部配有减摩泥浆注入管，减摩泥浆出泥口连通减摩泥浆注入管，用于掘进过程中减小复合钢护筒结构外表面与周围土体的摩擦阻力。

进一步地，所述辅助配套系统还包括设置于所述机头刀具刀口之间的若干个可实时监测切口处土压力的土压传感器。

进一步地，所述机头前体处还设有可测量掘进方向的导向装置激光靶。

进一步地，所述纠偏油缸设置为4组。

进一步地，所述支撑台车系统包括掘进装置在主隧道内的运输平台、到达掘进位置时位置调整和定位平台、掘进装置掘进施工过程中能将各种掘进反力均匀传递给其所接触到的主隧道管片环的工作平台。

本发明还公开了一种用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进施工方法，其包括如下施工步骤：

S1、施工准备，组装施工平台，组装掘进装置和配套平台并调试；

S2、施工开始，启动掘进装置，掘进装置开始掘进工作，始发出洞门过程中采用有限回转前端圆筒形机头和与之连接的后部逐步续接接长的复合筒体进行进行切削；

S3、掘进时，所述导向装置激光靶和土压传感器实时监测掘进导向和土压参数，通过纠偏油缸随时对掘进导向进行微调，并及时通过排浆管和减摩泥浆注入管调整排渣和减摩，以保证掘进装置平衡稳定高效的掘进工作；

S4、掘进施工中，始发端出洞之后及接收端进洞之前的全部掘进过程采用有限回转前端圆筒形机头和与之连接的后部逐步续接接长的复合筒体进行掘进切削；

S5、掘进贯通后，所述掘进装置钢护筒外壳留在土体中，外壳之内的其它结构、管道及机头等全部拆卸并清理回收。

进一步地，所述有限回转切削的往复回转角度依据所述排浆管和减摩泥浆注入管的环向间距进行合理设置。

进一步地，步骤S2及步骤S4中所述有限回转为切削刀头在-90°～+90°之间的往复回转或为在-70°～+70°之间的往复回转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：掘进装置整体结构采用内外壳组合的双圆筒组合结构，有利于保证掘进装置的结构刚度；将排浆管和减摩泥浆注入管内置于钢护筒内夹层结构中，通过合理排布各种管道，有利于掘进过程中的排渣和减摩，提高了施工安全性和掘进效率；将纠偏油缸和测量装置设置在掘进装备前端夹层中，有效提高的掘进装置的导向精度，进一步提升了掘进效率；掘进过程出洞之后、进洞之前采用有限回转搓回切削，避免了全回转切削产生的安全隐患；掘进装置中除钢护筒外壳留在土体中，其余部件均为可拆卸回收，有利于节约成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

附图说明

图1为本发明掘进装置主视图。

图2为本发明掘进装置单元钢护筒分块拼装截面示意图一。

图3为本发明掘进装置单元钢护筒分块拼装截面示意图二。

图4为本发明掘进装置机头与钢护筒连接结构示意图。

图5为本发明导向装置激光靶示意图。

图6为本发明土压传感器示意图。

各部件标号说明：

1.支撑台车系统， 2.动力及传动系统， 3.机头，

31.机头前体， 32.刀具， 4.钢护筒，

41.外壳， 42.内壳， 43.加劲肋板，

5.辅助配套系统， 51.纠偏油缸， 52.进浆管，

53.排浆管， 54.注水管， 55.减摩泥浆注入管，

6.铰接密封圈， 7.导向装置激光靶， 8.土压传感器。

具体实施方式

下面将结合说明书附图对本发明做进一步地说明。

一种用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，如图1-图6所示，包括支撑台车系统1、动力及传动系统2。此外还包括钢护筒4、设置于所述钢护筒4前端的带切削刀的机头3、以及辅助配套系统5。

钢护筒4为双层钢圆筒结构的复合筒体，包括圆筒形内壳42、外壳41，以及设置于内壳42与外壳41之间的用于连接固定内壳42和外壳41的加劲肋板43，钢护筒内壳42和外壳41之间形成若干中空的夹层结构。机头3前端为带齿结构，包括机头前体31和设置于机头前体31前端的刀具32，机头3后端通过铰接密封圈6密封连接钢护筒4。其中，钢护筒外壳41、内壳42和加劲肋板43与机头3均为可装配式连接。钢护筒4由若干个单元钢护筒节段拼装而成，每个单元钢护筒分别由若干圆弧段的筒体拼装而成，单元钢护筒的节段结构长度为400mm～1500mm，单元钢护筒的外径为2500～4500mm，内径为2000～4000mm，单元钢护筒节段外壳41和内壳42结构厚度为200-350mm。作为优选，每个单元钢护筒分别由4个圆心角为90°的相同圆弧段的筒体拼装而成或采用两个圆心角为70°及两个圆心角为110°的圆弧段的筒体依次间隔拼装而成。在每个单元钢护筒节段的外壳41上，沿周向均匀布置有减摩泥浆出泥口，钢护筒夹层内配套有减摩泥浆注入管55，减摩泥浆出泥口与减摩泥浆注入管55相连通，用于掘进过程中减小复合钢护筒结构外表面与周围土体的摩擦阻力。

辅助配套系统5包括设置于钢护筒4夹层结构内的进浆管52、排浆管53和注水管54、以及对称设置于钢护筒4前端夹层内的若干组纠偏油缸51。本实施例中，纠偏油缸51设置为4组，且每组设置2个。辅助配套系统5还包括设置于机头刀具32刀口之间的若干个可实时监测切口处土压力的土压传感器8,以及设置于机头前体31处可实时准确测量掘进方向的导向装置激光靶7。

支撑台车系统1包括掘进装置在主隧道内的运输平台、到达掘进位置时位置调整和定位平台、掘进装置掘进施工过程中能将各种掘进反力均匀传递给其所接触到的主隧道管片环的工作平台。动力及传动系统2包括密封系统、抱紧油缸、推进油缸、回转支承体系等，其中支撑台车系统1和动力及传动系统2在现有技术的隧道施工的掘进设备中比较常见或本申请人以前申请的相关专利中也有披露，故其结构等内容本发明实施例中不再详细表述。

本发明用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置进行施工时，其施工步骤如下：

S1、施工准备，组装施工平台，组装掘进装置和配套平台并调试；

S2、施工开始，启动掘进装置，掘进装置开始掘进工作，始发出洞门过程中采用有限回转前端圆筒形机头3和与之连接的后部逐步续接接长的复合筒体进行进行切削；

S3、掘进时，导向装置激光靶7和土压传感器8实时监测掘进导向和土压参数，通过纠偏油缸51随时对掘进导向进行微调，并及时通过排浆管和减摩泥浆注入管55调整排渣和减摩，以保证掘进装置平衡稳定高效的掘进工作；

S4、掘进施工中，始发端出洞之后及接收端进洞之前的全部掘进过程采用有限回转前端圆筒形机头3和与之连接的后部逐步续接接长的复合筒体进行掘进切削；

S5、掘进贯通后，掘进装置钢护筒外壳41留在土体中，外壳41之内的其它结构、管道及机头3等全部拆卸并清理回收。

其中，在步骤S2及步骤S4中有限回转为切削刀头在-90°～+90°之间的往复回转或为在-70°～+70°之间的往复回转。

本发明掘进装置整体结构采用内外壳41组合的双圆筒复合结构，有利于保证掘进装置的结构刚度；将排浆管和减摩泥浆注入管55内置于钢护筒4内夹层结构中，通过合理排布各种管道，有利于掘进过程中的排渣和减摩，提高了施工安全性和掘进效率；将纠偏油缸51和测量装置设置在掘进装备前端夹层中，有效提高的掘进装置的导向精度，进一步提升了掘进效率；掘进过程出洞之后、进洞之前采用有限回转往复切削，避免了全回转切削产生的安全隐患；掘进装置中除钢护筒外壳41留在土体中，其余部件均为可拆卸回收，有利于节约成本。

本发明不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，包括支撑台车系统、动力及传动系统；其特征在于：还包括钢护筒、设置于所述钢护筒前端的带切削刀的机头、以及辅助配套系统；

所述钢护筒为双层钢圆筒结构的复合筒体，包括圆筒形内壳、外壳，以及设置于所述内壳与外壳之间的用于连接固定所述内壳和外壳的加劲肋板，所述钢护筒内壳和外壳之间形成若干中空的夹层结构；

所述机头前端为带齿结构，包括机头前体、设置于所述机头前体前端的刀具；所述机头和所述钢护筒连接，且连接部位设置有密封结构；

所述辅助配套系统包括设置于所述钢护筒夹层结构内的进浆管、排浆管和注水管、以及对称设置于所述钢护筒前端夹层内的若干组纠偏油缸；

所述辅助配套系统还包括设置于所述机头刀具刀口之间的若干个可实时监测切口处土压力的土压传感器；

所述刀具的安装端面为斜向面，其外侧端突出于内侧端。

2.根据权利要求1所述的用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，其特征在于，所述钢护筒由若干个单元钢护筒节段拼装而成，每个所述单元钢护筒分别由若干圆弧段的筒体拼装而成，所述单元钢护筒的节段结构长度为400mm～1500mm，所述单元钢护筒的外径为2500～4500mm，内径为2000～4000mm。

3.根据权利要求1所述的用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，其特征在于，所述钢护筒的外壳、内壳、加劲肋板与所述机头均为可装配式连接。

4.根据权利要求2所述的用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，其特征在于，在每个所述单元钢护筒的外壳上，沿周向均匀布置有减摩泥浆出泥口，钢护筒夹层内部配有减摩泥浆注入管。

5.根据权利要求1所述的用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，其特征在于，所述机头前体处还设置有实时准确测量掘进方向的导向装置激光靶。

6.根据权利要求1所述的用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，其特征在于，所述纠偏油缸设置为4组。

7.根据权利要求1所述的用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置，其特征在于，所述支撑台车系统包括掘进装置在主隧道内的运输平台、到达掘进位置时位置调整和定位平台、掘进装置掘进施工过程中能将各种掘进反力均匀传递给其所接触到的主隧道管片环的工作平台。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述的用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置进行装配式有限回转掘进施工方法，其特征在于，包括如下施工步骤：

S1、施工准备，组装施工平台，组装掘进装置和配套平台并调试；

S2、施工开始，启动掘进装置，掘进装置开始掘进工作，始发出洞门过程中采用有限回转前端圆筒形机头和与之连接的后部逐步续接接长的复合筒体进行切削；

S3、掘进时，导向装置激光靶和土压传感器实时监测掘进导向和土压参数，通过纠偏油缸随时对掘进导向进行微调，并及时通过排浆管和减摩泥浆注入管调整排渣和减摩；

S4、掘进施工中，始发端出洞之后及接收端进洞之前的全部掘进过程采用有限回转前端圆筒形机头和与之连接的后部逐步续接接长的复合筒体进行掘进切削；

S5、掘进贯通后，所述钢护筒的外壳留在土体中，外壳之内的其它结构、管道及机头等全部拆卸并清理回收。

9.根据权利要求8所述的用于隧道联络通道的装配式有限回转掘进装置进行装配式有限回转掘进施工方法，其特征在于，步骤S2及步骤S4中所述有限回转为切削刀头在-90°～+90°之间的往复回转。

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