CN113446016B - 一种在线式双模盾构机和盾构机的双模式转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在线式双模盾构机和盾构机的双模式转换方法，所述在线式双模盾构机包括依次设置的刀盘(1)和盾体(2)，盾体(2)的前部内设有土仓(201)，盾体(2)内同时设有主机皮带机(6)和螺旋输送机(8)，主机皮带机(6)的前端位于盾体(2)内的前侧中部，螺旋输送机(8)的前端位于盾体(2)内的前侧下部，主机皮带机(6)的后端与螺旋输送机(8)的后端左右设置或右左设置。该在线式双模盾构机和盾构机的双模式转换方法能够使盾构机实现土压平衡盾构模式与硬岩TBM模式的便捷快速可靠转换，提高施工效率，降低工人的劳动强度。

Description

一种在线式双模盾构机和盾构机的双模式转换方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进施工领域，具体的是一种在线式双模盾构机，还是一种盾构机的双模式转换方法。

背景技术

随着我国城市地铁的大规模建设，盾构机以其自动化程度高、施工安全度高、污染小等优势，逐步得到广泛应用。通常情况下，单一模式土压盾构在极端硬岩地层掘进效率低，单护盾或双护盾TBM无法在软土或者复合地层中掘进，土压-TBM双模式盾构机在此种施工环境下应运而生，其已经在深圳、福州、青岛等复杂多变地质市政地铁工程中得到顺利应用。然而该双模式盾构机属于离线式双模盾构机，两种模式的出渣设备(主机皮带机、螺旋输送机)因空间、技术限制等因素不能共同存在，在隧道内需要投入较大的人力、物力、财力才能顺利完成拆装关键零部件等模式转换作业，这种不能同时在线的双模盾构势必影响项目的整体工期，施工成本等。

发明内容

为了实现土压-TBM双模式的快速转换，本发明提供了一种在线式双模盾构机和盾构机的双模式转换方法，该在线式双模盾构机和盾构机的双模式转换方法能够使盾构机实现土压平衡盾构模式与硬岩TBM模式的便捷快速可靠转换，提高施工效率，降低工人的劳动强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种在线式双模盾构机，包括依次设置的刀盘和盾体，盾体的前部内设有土仓，盾体内同时设有主机皮带机和螺旋输送机，主机皮带机的前端位于盾体内的前侧中部，螺旋输送机的前端位于盾体内的前侧下部，主机皮带机的后端与螺旋输送机的后端左右设置或右左设置。

一种盾构机的双模式转换方法，所述盾构机为上述的在线式双模盾构机，所述盾构机的双模式转换方法包括以下步骤：

当所述盾构机由TBM模式转换成土压模式的过程中，主机皮带机的传送带向后移动至皮带机最后非工作位置，螺旋输送机的螺旋轴向前移动至输送机土压模式工作位置；

当所述盾构机由土压模式转换成TBM模式的过程中，主机皮带机的传送带向前移动至皮带机TBM模式工作位置，螺旋输送机的螺旋轴向后移动至输送机最后非工作位置。

本发明的有益效果是：

1、整机布置紧凑合理，主机皮带机和螺旋输送机同时布置在主机内部，使土压平衡盾构模式与硬岩TBM模式的相互转换更便捷可靠，实现快速模式转换的目的，节约制造及施工成本，提高施工效率，降低工人的劳动强度。

2、利用集成式伸缩隔板能够实现盾构机在TBM模式掘进时快速封闭土仓的目的，避免开挖断面出现突发涌水涌沙致使主机淹没的现象。

3、本双模盾构机创新设计了一种可变开口率刀盘，实现了两种模式快速掘进需求，其中土压模式大开口率，保证开挖面渣土快速流转并由螺旋输送机排出，避免刀盘结泥饼，提高掘进速度；TBM模式小开口率，避免大粒径石块进入土仓冲击皮带机造成皮带机频繁异常损坏。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述在线式双模盾构机在土压模式时的主视示意图。

图2是本发明所述在线式双模盾构机在TBM模式时的主视示意图。

图3是本发明所述在线式双模盾构机的俯视示意图。

图4是沿图2中C-C方向的示意图。

图5是图1中A部位的放大示意图。

图6是图2中B部位的放大示意图。

图7是刀盘的示意图。

1、刀盘；2、盾体；3、集成式伸缩隔板；4、中心回转接头；5、主驱动；6、主机皮带机；7、管片拼装机；8、螺旋输送机；9、转载皮带机；10、连接桥；11、后配套皮带机；12、拖车；13、蝴蝶门；14、L型梁；

101、刮渣板；102、挡板；

201、土仓；

301、集渣槽；302、隔板伸缩驱动机构；

601、前部支撑轨道；602、前部滑轮；603、皮带机伸缩驱动机构；604、传送带；

801、筒体；802、螺旋轴；

901、组合式手拉葫芦；902、手拉葫芦吊机梁。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种在线式双模盾构机，包括依次设置的刀盘1和盾体2，盾体2的前部内设有土仓201，盾体2内同时设有主机皮带机6和螺旋输送机8，主机皮带机6的前端位于盾体2内的前侧中部，螺旋输送机8的前端位于盾体2内的前侧下部，主机皮带机6的后端与螺旋输送机8的后端左右对称设置或右左对称设置，如图1至图3所示。

在本实施例中，刀盘1的掘进工作面上设有多个进渣口和多个挡板102，所述进渣口与挡板102一一对应，多个挡板102沿刀盘1周向间隔排列，挡板102能够封闭所述进渣口，挡板102与刀盘1可拆卸连接，如图7所示。

在本实施例中，刀盘1的后侧设有多个刮渣板101，多个刮渣板101沿刀盘1周向间隔排列，刮渣板101位于盾体2的土仓201内，刮渣板101能够将渣土引导至土仓201的中部，刮渣板101与刀盘1可拆卸连接，如图2所示。

通过安装或卸下挡板102，可改变刀盘1的进渣口的开口率，能够实现土压及TBM两种模式不同开口率掘进需求，提高掘进效率，挡板102均布在刀盘1的外部主梁的两侧，刮渣板101均布在刀盘1的副梁上。

在本实施例中，盾体2内设有主驱动5和集成式伸缩隔板3，集成式伸缩隔板3位于主驱动5的中部，集成式伸缩隔板3连接有隔板伸缩驱动机构302(如液压缸)，隔板伸缩驱动机构302能够使集成式伸缩隔板3前后移动，如图5和图6所示。

在本实施例中，集成式伸缩隔板3能够与主驱动5密封连接，集成式伸缩隔板3上设有集渣槽301，集成式伸缩隔板3的中部内侧能够连接中心回转接头4，集成式伸缩隔板3的中部外侧能够连接L型梁14。

集成式伸缩隔板3向前伸出后，渣土由进渣口进入土仓201，刮渣板101可以将渣土引导至集渣槽301，然后渣土将落入主机皮带机6的前部，如图5和图6所示。集成式伸缩隔板3向后缩回后，集成式伸缩隔板3与主驱动5密封连接，集成式伸缩隔板3的中部内侧能够连接中心回转接头4，集成式伸缩隔板3的中部外侧能够连接L型梁14(管路通道)。

在本实施例中，主机皮带机6含有传送带604和皮带机伸缩驱动机构603(如液压缸)，主机皮带机6的传送方向为由前向后，皮带机伸缩驱动机构603能够使传送带604前后移动；主机皮带机6还含有前部支撑轨道601和前部滑轮602，前部滑轮602位于前部支撑轨道601上，前部支撑轨道601与主驱动5连接固定，前部滑轮602与传送带604连接固定，前部滑轮602可以引导传送带604前后移动。

在本实施例中，螺旋输送机8含有筒体801、螺旋轴802和螺旋轴伸缩驱动机构(如液压缸)，螺旋输送机8的传送方向为由前向后，筒体801的前部设有关节轴承，筒体801的前部通过该关节轴承与土仓201下部的蝴蝶门13对应连接，螺旋输送机8的后部设有支撑机构，所述螺旋轴伸缩驱动机构能够使螺旋轴802前后移动。

在本实施例中，螺旋输送机8还具有摆动转弯功能，螺旋输送机8的后部设有后支撑，螺旋输送机8的后支撑固定在管片拼装机7的主梁两侧，当所述在线式双模盾构机转弯时，所述在线式双模盾构机的前盾与管片拼装机7存在位移变化，利用前置的关节轴承实现螺旋机摆动转弯功能。

在本实施例中，所述在线式双模盾构机还包括管片拼装机7，管片拼装机7位于盾体2的尾部内，主机皮带机6和螺旋输送机8均套设于管片拼装机7内，主机皮带机6的后端和螺旋输送机8的后端均位于盾体2外，

在本实施例中，所述在线式双模盾构机还包括转载皮带机9，转载皮带机9连接有皮带机摆动驱动机构(如包括液压缸或手拉葫芦)，所述皮带机摆动驱动机构能够使转载皮带机9的前部左右摆动，转载皮带机9的前部能够位于主机皮带机6的后端正下方或螺旋输送机8的后端正下方。

优选，所述摆动驱动机构含有组合式手拉葫芦901和手拉葫芦吊机梁902，转载皮带机9的前部左右两侧均连接有一个组合式手拉葫芦901，手拉葫芦吊机梁902的延伸方向为左右方向，组合式手拉葫芦901能够在手拉葫芦吊机梁902上左右横向移动，从而实现转载皮带机9具有前部左右摆动的功能，满足主机皮带机6和螺旋输送机8不同出渣口的接渣要求，如图4所示。

在本实施例中，所述在线式双模盾构机还包括连接桥10、后配套皮带机和拖车12，转载皮带机9的传送方向为由前向后，转载皮带机9安装于连接桥10上，转载皮带机9的后部与所述后配套皮带机上下正对设置，所述后配套皮带机位于拖车12上，拖车12为1号拖车。

在本实施例中，主机皮带机6的前端为入口端，主机皮带机6的后端为出口端。螺旋输送机8的前端为入口端，螺旋输送机8的后端为出口端。转载皮带机9的前端为入口端，转载皮带机9的后端为出口端。转载皮带机9、连接桥10、后配套皮带机和拖车12均位于管片内，所述后配套皮带机也可以替换为渣土运输车。

另外，为保证TBM模式能够安全施工，对该双模盾构进行连锁功能设计。后配套皮带机11、主机皮带机6、刀盘1之间进行连锁，即为防止刀盘1刮下的渣土将皮带机尾部总成压死打滑，主机皮带机6运行且速度达到设定转速，刀盘1才能启动运行；当土压模式或者刀盘本地时取消此连锁。

下面介绍一种盾构机的双模式转换方法，所述盾构机为上述的在线式双模盾构机(也可以称为在线式双模式盾构机或在线双模式盾构机)，所述盾构机的双模式转换方法包括以下步骤：

当所述盾构机由TBM模式转换成土压模式的过程中，主机皮带机6的传送带604向后移动至皮带机最后非工作位置，螺旋输送机8的螺旋轴802向前移动至输送机土压模式工作位置，如图1所示；

当所述盾构机由土压模式转换成TBM模式的过程中，主机皮带机6的传送带604向前移动至皮带机TBM模式工作位置，螺旋输送机8的螺旋轴802向后移动至输送机最后非工作位置，如图2所示。

其中，TBM模式也可以成为硬岩地层掘进工作模式，土压模式也可以成为软土地层掘进工作模式。挡板102的安装数量和位置可以根据需要而定。其中，土压模式时采用大开口率，即挡板102的安装数量少；TBM模式时采用小开口率，即挡板102的安装数量多。

下面详细介绍所述在线式双模盾构机的工作过程。

当所述在线式双模盾构机处于土压模式时，所述在线式双模盾构机内部件处于土压模式工作位置。具体是，集成式伸缩隔板3位于主驱动5内，集成式伸缩隔板3与主驱动5密封连接，集成式伸缩隔板3的中部内侧连接有中心回转接头4，集成式伸缩隔板3的中部外侧连接有L型梁14，主机皮带机6的前端位于土仓201外，主机皮带机6的前端位于土仓201的后方，螺旋输送机8的螺旋轴802的前端位于土仓201的下部内，转载皮带机9的前部位于螺旋输送机8后端的正下方。

当所述盾构机由土压模式转换成TBM模式的过程中，拆除集成式伸缩隔板3中部的中心回转接头4和L型梁14，在刀盘1上安装刮渣板101和挡板102，集成式伸缩隔板3整体向前伸进土仓201的中部内，主机皮带机6整体向前伸，主机皮带机6的传送带604的前端进入土仓201，螺旋输送机8的螺旋轴802的前端向后移动从土仓201的底部退出，关闭土仓201下部的蝴蝶门13，转载皮带机9的前端旋转至主机皮带机6后端的出渣口下方。此时，所述盾构机处于TBM模式，如图2所示。

当所述在线式双模盾构机处于TBM模式时，所述在线式双模盾构机内部件处于TBM模式工作位置。具体是，集成式伸缩隔板3位于土仓201内，集成式伸缩隔板3与主驱动5不再密封连接，集成式伸缩隔板3不再连接中心回转接头4和L型梁14，刀盘1上安装有刮渣板101和挡板102，主机皮带机6的前端位于土仓201内，螺旋输送机8的螺旋轴802的前端位于土仓201外，螺旋输送机8的螺旋轴802的前端位于土仓201的后方，转载皮带机9的前部位于主机皮带机6后端的正下方。

当所述盾构机由TBM模式转换成土压模式的过程中，主机皮带机6整体后退至主机皮带机6的前端位于土仓201外；集成式伸缩隔板3整体后退至与主驱动5密封连接，在集成式伸缩隔板3的中心位置安装中心回转接头4和L型梁(管路通道)，即安装土压模式所需的渣土改良通道；拆除刀盘1背部的刮渣板101及刀盘1正面部分的挡板102；打开土仓201下部的蝴蝶门13，螺旋输送机8的螺旋轴802的前端向前从蝴蝶门13进入土仓201的底部内；转载皮带机9的前端旋转至螺旋输送机8的后端的出渣口下方。此时，所述盾构机处于土压模式，如图1所示。

所述在线式双模盾构机在土压模式时的出渣通道依次为螺旋输送机8+转载皮带机9+后配套皮带机11。所述在线式双模盾构机在TBM模式时的出渣通道依次为主机皮带机6+转载皮带机9+后配套皮带机11。

为了便于理解和描述，本发明中采用了绝对位置关系进行表述，如无特别说明，其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向，方位词“下”表示图1中的下侧方向，方位词“左”表示垂直于图1的纸面并指向纸面外侧的方向，方位词“右”表示垂直于图1的纸面并指向纸面内侧的方向，方位词“前”表示图1中的左侧方向，方位词“后”表示图1中的右侧方向。本发明采用了阅读者或使用者的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (7)

1.一种在线式双模盾构机，其特征在于，所述在线式双模盾构机包括依次设置的刀盘(1)和盾体(2)，盾体(2)的前部内设有土仓(201)，盾体(2)内同时设有主机皮带机(6)和螺旋输送机(8)，主机皮带机(6)的前端位于盾体(2)内的前侧中部，螺旋输送机(8)的前端位于盾体(2)内的前侧下部，主机皮带机(6)的后端与螺旋输送机(8)的后端左右设置或右左设置；

刀盘(1)的掘进工作面上设有多个进渣口和多个挡板(102)，所述进渣口与挡板(102)一一对应，多个挡板(102)沿刀盘(1)周向排列，挡板(102)能够封闭所述进渣口，挡板(102)与刀盘(1)可拆卸连接；

螺旋输送机(8)含有筒体(801)、螺旋轴(802)和螺旋轴伸缩驱动机构，螺旋输送机(8)的传送方向为由前向后，筒体(801)的前部通过关节轴承与土仓(201)下部的蝴蝶门(13)对应连接，螺旋输送机(8)的后部设有支撑机构，所述螺旋轴伸缩驱动机构能够使螺旋轴(802)前后移动；

所述在线式双模盾构机还包括转载皮带机(9)，转载皮带机(9)连接有皮带机摆动驱动机构，所述皮带机摆动驱动机构能够使转载皮带机(9)的前部左右摆动，转载皮带机(9)的前部能够位于主机皮带机(6)后端的正下方或螺旋输送机(8)后端的正下方。

2.根据权利要求1所述的在线式双模盾构机，其特征在于，刀盘(1)的后侧设有多个刮渣板(101)，多个刮渣板(101)沿刀盘(1)周向排列，刮渣板(101)位于盾体(2)的土仓(201)内，刮渣板(101)能够将渣土引导至土仓(201)的中部，刮渣板(101)与刀盘(1)可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的在线式双模盾构机，其特征在于，盾体(2)内设有主驱动(5)和集成式伸缩隔板(3)，集成式伸缩隔板(3)位于主驱动(5)的中部，集成式伸缩隔板(3)连接有隔板伸缩驱动机构(302)，隔板伸缩驱动机构(302)能够使集成式伸缩隔板(3)前后移动。

4.根据权利要求3所述的在线式双模盾构机，其特征在于，集成式伸缩隔板(3)能够与主驱动(5)密封连接，集成式伸缩隔板(3)上设有集渣槽(301)，集成式伸缩隔板(3)的中部内侧能够连接中心回转接头(4)，集成式伸缩隔板(3)的中部外侧能够连接L型梁(14)。

5.根据权利要求3所述的在线式双模盾构机，其特征在于，主机皮带机(6)含有传送带(604)和皮带机伸缩驱动机构(603)，主机皮带机(6)的传送方向为由前向后，皮带机伸缩驱动机构(603)能够使传送带(604)前后移动；主机皮带机(6)还含有前部支撑轨道(601)和前部滑轮(602)，前部滑轮(602)位于前部支撑轨道(601)上，前部支撑轨道(601)与主驱动(5)连接固定，前部滑轮(602)与传送带(604)连接。

6.根据权利要求1所述的在线式双模盾构机，其特征在于，所述摆动驱动机构含有组合式手拉葫芦(901)和手拉葫芦吊机梁(902)，组合式手拉葫芦(901)能够在手拉葫芦吊机梁(902)上左右横向移动，所述在线式双模盾构机还包括连接桥(10)、后配套皮带机(11)和拖车(12)，转载皮带机(9)的传送方向为由前向后，转载皮带机(9)安装于连接桥(10)上，转载皮带机(9)的后部与所述后配套皮带机(11)上下正对设置，所述后配套皮带机位于拖车(12)上。

7.一种盾构机的双模式转换方法，其特征在于，所述盾构机为权利要求1所述的在线式双模盾构机，所述盾构机的双模式转换方法包括以下步骤：

当所述盾构机由TBM模式转换成土压模式的过程中，主机皮带机(6)的传送带(604)向后移动至皮带机最后非工作位置，螺旋输送机(8)的螺旋轴(802)向前移动至输送机土压模式工作位置；

当所述盾构机由土压模式转换成TBM模式的过程中，主机皮带机(6)的传送带(604)向前移动至皮带机TBM模式工作位置，螺旋输送机(8)的螺旋轴(802)向后移动至输送机最后非工作位置。

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