CN117167032A - 一种掘进机及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掘进机及其施工方法，解决了现有顶管机无法兼顾适用于软土地层、上软下硬复合地层及纯硬岩地层掘进的技术问题。所述掘进机包括依次连接的开挖装置、前盾、中盾和尾盾，所述前盾尾部与中盾头部之间通过伸缩装置铰接且设置有铰接密封，所述中盾尾部与尾盾头部之间设置有推进装置且设置有推进密封，所述尾盾尾部的管节之间设置有中继间，最后一环管节尾部设置有顶推系统。本发明可实现开挖与拼装同步，铰接密封结构和推进密封结构简单可行、方便调整，减摩效果明显提高，管节受力不均匀现象减弱，较盾构模式施工成本低、效率高，梁柱体系转化较为简单。

Description

一种掘进机及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进设备技术领域，特别是指一种掘进机及其施工方法。

背景技术

目前，国内地铁车站施工多采用明挖法、矿山法等传统工法进行施工，对城市交通、环境等影响较大。随着城市发展的日趋成熟，城市地面可用空间越来越狭小，地铁车站施工与城市交通及地面建筑冲突严重，采用暗挖法施工地铁车站的案例越来越多，为减少暗挖法施工带来的风险，开发用于机械化暗挖建造地铁车站的设备成为城市发展的迫切需求。

截至目前，仅JIMT公司、川崎重工、日立造船、小松公司、奥村机械制作等日本隧道掘进机制造商开发和制造了适用于软土地层的可机械化暗挖建造地铁车站的三圆或者多圆盾构机。而国内地铁车站所分布地层较为复杂，软土地层和纯硬岩地层较少，多为上软下硬复合地层，软土的三圆盾构机无法兼顾复合地层和纯硬岩地层，故无法满足国内地铁车站的建造要求。进一步的讲，三圆盾构机后配套设备较多、加工制造难度大、单台设备造价较高、总体长度长，需较大的施工场地，施工过程需分体始发、施工效率较低。而地铁车站区间长度仅约200米左右，施工长度较短，采用盾构法进行机械化施工极不经济。

申请公布日为2021.04.02、申请公布号为CN 112593955 A的中国发明专利申请公开了一种可变截面的顶管机，包括前盾、中盾和尾盾；前盾包括中间模块、周边模块和主模块，若干个主模块连接或通过中间模块连接，以使主模块与中间模块形成稳定的模块组，若干个周边模块围绕于模块组外周；中间模块、周边模块和主模块之间均为可拆卸连接，以组合形成不同形状的前盾截面；主模块设有为主刀盘提供动力的主驱动装置，中间模块、周边模块用于连接人舱接口或连接开挖主刀盘盲区土体的偏心刀盘。

上述专利申请所公开的顶管机通过调整主模块的数量、中间模块的结构和周边模块的形式，可以组成不同截面大小和截面形状的顶管机，可分别适配为矩形、圆形、类矩形、马蹄形截面。但是，针对上软下硬复合地层，以及纯硬岩地层，上述顶管机无法适用。因此，亟待设计一种经济、安全、高效、能兼顾复合地层和硬岩地层的新型机械化暗挖地铁车站设备。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种掘进机及其施工方法，解决了现有顶管机无法兼顾适用于软土地层、上软下硬复合地层及纯硬岩地层掘进的技术问题。

本申请的技术方案为：

一种掘进机，包括依次连接的开挖装置、前盾、中盾和尾盾，所述前盾尾部与中盾头部之间通过伸缩装置铰接且设置有铰接密封，所述中盾尾部与尾盾头部之间设置有推进装置且设置有推进密封，所述尾盾尾部的管节之间设置有中继间，最后一环管节尾部设置有顶推系统。

在本技术方案中，所述前盾与中盾之间通过伸缩装置铰接相连，通过伸缩装置的长度变化可以使前盾相对中盾调向或用于纠正滚转，在调向和纠正滚转的过程中，所述铰接密封保证前盾与中盾之间的密封性能；所述中盾与尾盾之间增设推进装置，可以实现开挖与拼装同步，即推进装置向中盾、前盾、开挖装置提供向前的推力，而不必完全依赖于尾部的顶推系统持续工作。在推进装置推动开挖装置向前开挖的过程中，顶推系统可以回收，中继间依次伸缩，进而同步对管节进行拼装。

进一步地，所述前盾尾部设置有铰接外环，所述中盾头部设置有与所述铰接外环插接的铰接内环，所述铰接密封设置在所述铰接外环内壁与铰接内环外壁之间；或者所述前盾尾部设置有铰接内环二，所述中盾头部设置有与所述铰接内环二插接的铰接外环二，所述铰接密封设置在所述铰接外环二的内壁与铰接内环二的外壁之间。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，将前盾与中盾设置为插接相连的结构形式，而将铰接密封设置在插接配合的铰接外环内壁与铰接内环外壁之间，不仅简单可行，而且调节方便。至于具体的插接关系，可以根据实际需求进行选择，既可以将中盾的头部插入前盾的尾部，也可以将前盾的尾部插入中盾的头部，优选将中盾的头部插入前盾的尾部，即优选在前盾尾部设置有铰接外环，在所述中盾头部设置有与所述铰接外环插接的铰接内环。

进一步地，所述铰接密封至少设置有三道密封结构，前两道密封结构为唇形密封，最后一道密封结构为大截面气囊式密封。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，设置三道密封结构可以充分保证铰接密封的可靠性，同时，当前两道唇形密封失效时，大截面气囊式密封可以起到应急密封的效果。

进一步地，所述大截面气囊式密封设置有进气口，所述进气口连接有进气单向阀，所述唇形密封与大截面气囊式密封均为两侧边带翼板结构，所述铰接密封通过弧形压块连接在铰接内环的外周面或铰接内环二的外周面。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，在前两道唇形密封未失效时，大截面气囊式密封可以不启用，当前两道唇形密封失效时，通过进气口和进气单向阀紧急向大截面气囊式密封中注入空气，进而对铰接外环与铰接内环之间的环形腔体进行密封。同时，唇形密封与大截面气囊式密封均为两侧边带翼板的结构形式，铰接密封通过至少个弧形压块固定在铰接内环外柱形面上，避免铰接密封因自身弹性而在铰接内环外柱形面内凹处脱离铰接内环外柱形面。

进一步地，所述伸缩装置通过耳座铰接在轴向对应的前盾尾部环板与中盾头部环板之间，所述前盾尾部环板与中盾头部环板之间平行连接有若干个伸缩装置，各个伸缩装置沿前盾尾部环板的周向方向多点环形布置。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，即前盾的尾部设置有位于铰接外环内的前盾尾部环板，中盾的头部设置有位于铰接内环内的中盾头部环板，前盾尾部环板和中盾头部环板均为环形且分别与前盾和中盾的截面轮廓相适配，也即与开挖截面的外轮廓相一致。伸缩装置既可以采用油缸，也可以采用电动缸，还可以采用齿轮齿条等其他具有伸缩功能的装置或机构。伸缩装置优选采用铰接油缸，铰接油缸的两端通过销轴和耳座分别与前盾尾部环板和中盾头部环板进行连接。铰接油缸平行铰接内环呈多点环形布置，可以利用不同位置铰接油缸之间的行程差实现前盾的调向，如上部油缸伸出，下部油缸缩回时，前盾将向下调向。

进一步地，所述中盾尾部设置有推进外环，所述尾盾头部设置有与所述推进外环插接的推进内环，所述推进密封设置在所述推进外环内壁与推进内环外壁之间；或者所述中盾尾部设置有推进内环二，所述尾盾头部设置有与所述推进内环二插接的推进外环二，所述推进密封设置在所述推进外环二的内壁与推进内环二的外壁之间。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，将尾盾与中盾设置为插接相连的结构形式，而将推进密封设置在插接配合的推进外环内壁与推进内环外壁之间，不仅简单可行，而且调节方便。至于具体的插接关系，可以根据实际需求进行选择，既可以将中盾的尾部插入尾盾的头部，也可以将尾盾的头部插入中盾的尾部，优选将尾盾的头部插入中盾的尾部，即优选在中盾的尾部设置有推进外环，在所述尾盾头部设置与所述推进外环插接的推进内环。

进一步地，所述推进内环的外周面或推进内环二的外周面设置有环形槽，所述环形槽内设置有调整块，穿过所述环形槽的槽底设置有调节调整块径向位置的调整螺钉，所述调整块上设置有T形槽，所述T形槽连接两侧带翼板的推进密封。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，将推进密封设置为可调的结构形式，通过旋转调整螺钉可以径向推动所述调整块，进而调整块带动推进密封改变径向位置，从而对推进密封的磨损进行补偿。推进密封的调节机构主要应用于非圆形盾构机或非圆形顶管机，因为圆形盾构以及常规顶管的密封可以通过自身的弹性以及槽底胶水即可固定并抱紧在安装面上，而异型截面掘进机盾体之间的密封无法通过自身弹性实现抱紧，如三圆顶管的推进内环以及推进外环外轮廓亦为型，有外凸还有内凹。若无调整螺钉、调整块，则推进密封很容易在自身弹力的作用下与内凹的槽底脱离，对组装和使用造成不必要的麻烦。本技术方案中推进密封可调的结构形式的优点是，既适用于外凸密封面，也适用于与内凹密封面，在适用于外凸密封面和内凹密封面的同时，可以实现密封压缩量的快速调整功能。

进一步地，所述调整块的两端面与所述环形槽的内壁之间均设置有密封圈，所述推进密封设置有至少两道，相邻的推进密封之间设置有润滑剂注入孔。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，设置多道密封结构可以充分保证推进密封处密封的可靠性，同时，由于中盾与尾盾之间具有推进需求，该推进用于顶推开挖装置进行开挖，要保证开挖施工的精度，则推进外环与推进内环之间必须具有较大的装配力，此处的推进密封与推进外环、推进内环之间具有较大的摩擦力，这也是将推进密封设置为可调形式的另一个原因。因此，通过润滑剂注入孔在相邻的推进密封之间的环形腔体内注入润滑剂，既可以保证推进外环与推进内环之间的装配力，又可以避免推进密封过度磨损。

进一步地，所述推进装置一端通过固定座和尾盾头部环板设置在尾盾的头部、另一端通过中盾尾部环板与中盾顶接，所述尾盾头部环板与中盾尾部环板之间平行连接有若干个推进装置，各个推进装置沿前尾盾头部环板的周向方向多点环形布置。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，即中盾的尾部设置有位于推进外环内的中盾尾部环板，尾盾的头部设置有位于推进内环内的尾盾头部环板，尾盾头部环板和中盾尾部环板均为环形且分别与尾盾和中盾的截面轮廓相适配，也即与开挖截面的外轮廓相一致。推进装置既可以采用油缸，也可以采用电动缸，还可以采用齿轮齿条等其他具有伸缩功能的装置或机构。推进装置优选采用推进油缸，推进油缸通过固定座固定在中盾尾部环板和尾盾头部环板之间，推进油缸不同于上述铰接油缸用于调向，在推进开挖装置掘进的过程中，需要保持各个推进油缸的同步性。

进一步地，所述中继间包括与前一个管节顶接的前壳体、与一个管节顶接的后壳体，所述前壳体或/和后壳体连接有立柱，所述前壳体与后壳体之间通过推进装置二插接相连，所述前壳体与后壳体之间设置有密封组件。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，将中继间设置为分体式结构，在施工的过程中通过推进装置二调整前壳体与后壳体之间的距离，通过各个中继间的依次伸缩实现接力向前推进管节。同样地，所述推进装置二既可以采用油缸，也可以采用电动缸，还可以采用齿轮齿条等其他具有伸缩功能的装置或机构。推进装置二优选采用推进油缸二，所述推进油缸二的安装结构与上述推进油缸类同，通过油缸固定座与后壳体固定、与前壳体顶接。

需要说明的是，根据开挖截面轮廓的不同，可以在前壳体和后壳体内设置对应的立柱。而前壳体设置有与中盾的推进外环类同的外环、与中盾的中盾尾部环板类同的前壳体环板，后壳体设置有与尾盾的推进内环类同的内环、与尾盾的尾盾头部环板类同的后壳体环板，所述推进油缸二即设置在所述前壳体环板与后壳体环板之间。所述推进油缸二布置形式也沿后壳体环板的轴向方向多点环形布置，且各个推进油缸二平行设置。而上述内环、外环、后壳体环板、前壳体环板的轮廓均与开挖截面轮廓相一致。而所述密封组件与上述推进密封的结构形式相同，也具有相同的调节机构。当密封组件间隔设置有多个时，既可以调整密封组件的径向位置，又可以在相邻的密封组件之间注入润滑剂。

进一步地，所述前盾或/和中盾或/和尾盾或/和管节或/和中继间上均设置有减摩注浆孔，所述减摩注浆孔分别与顶部减摩注浆区域、底部减摩注浆区域、侧部减摩注浆区域对应。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，减摩注浆系统用于向管节以及盾体四周注入减摩泥浆，与常规盾构、顶管的特殊之处在于，地铁车站埋深大、跨度大、高度高，管节上方无法形成载荷拱，管节四周压力大且上部与下部压力差较大，为实现良好的管浆摩擦，将管节四周分为个区，分别为顶部区域、底部区域以及两个侧部区域，分区连接注浆管路，各区分别控制泥浆注入压力，该设计的优点是有利于形成完整的泥浆套，减少管节摩擦阻力。

进一步地，所述管节上设置有止退销孔，最后一环管节处设置有与止退销孔相配合的止退装置，所述止退装置包括龙门式架体，所述龙门式架体上设置有销座，所述销座内滑动设置有与止退销孔插接配合的止退销。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，管节包含止退销孔、底部分块、侧部分块、顶部分块、底部横梁、顶部横梁、临时立柱等组成，各块之间设有连接螺栓与密封胶条。

所述止退装置用于顶推一环管节到位后，回收顶推系统并下放下一环管节时，防止前面管节在泥水仓压力的作用下后退。止退装置主要包含龙门式架体、销座、止退销等零部件。龙门式架体底板固定在始发井底部，侧边和顶部均设有若干销座，销座内设可滑动的止退销，止退销位置与每环管节上的止退销孔位置对应。当需要撤回顶推系统时，先将止退销插入止退销孔内。

进一步地，所述顶推系统与最后一环管节之间设置有顶铁，所述顶铁与管节之间设置有若干个分区布置的测力传感器，测力传感器与上位机相连，所述上位机根据测力传感器的测量数据控制顶推系统各区的顶推压力。所述顶推系统各区的顶推装置均设置有与上位机相连的位移传感器，所述上位机根据位移传感器的测量数据控制各区的顶推装置同步。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，顶推系统在结构和功能方面与常规顶管基本一致，在此不做详细论述。因三圆顶管机等异型开挖面的顶管机顶推油缸a数量较多，总体顶推力较大，故其控制方式较常规顶管差别较大，主要特别之处在于采用油缸分区分压的压力与位移双闭环电液比例控制技术。首先在顶铁与管节之间环向设有多个测力传感器，测力传感器将实测压力数据反馈给上位机，上位机根据实测数据，分析前方管节所受摩阻力分布特点，根据分布特点结合顶推油缸布置，自动计算并分配各区顶推油缸压力值，并将各区压力值反馈给各自调压阀，进行各区油缸压力调整，最大程度的控制顶推油缸合力与管节所受摩阻力的合力共线。

另外，各区油缸均有~根带位移传感器，位移传感器将实测位移反馈给上位机，上位机根据设定推进值，反馈给流量控制阀，进行流量控制，最大程度的控制各顶推油缸的同步。该技术的特点是载荷顺应性好，油缸同步精度高，管片均匀受力，避免管片破碎。

进一步地，所述开挖装置包括至少一个向前突出的前刀盘、至少一个向后缩的后刀盘，前刀盘与后刀盘之间的盲区位置设置有辅助开挖装置，各个刀盘的轴线相互平行，各个刀盘的轴线位于同一水平高度呈“一”形布置或位于不同高度呈“”形布置或位于不同高度呈“∧”形布置；当前刀盘和后刀盘共设置有三个以上时，在正视投影的水平方向上，所述前刀盘与后刀盘交替设置；当前刀盘和后刀盘共设置有三个时，所述开挖装置、前盾、中盾、尾盾的正视投影均为形。

进一步地，所述前刀盘、后刀盘均设置有独立的驱动单元；或者所述前刀盘通过扭腿、到盘法兰与驱动单元相连，所述后刀盘通过前刀盘的扭腿驱动。

进一步地，所述前刀盘或/和后刀盘的刀梁连接有径向伸缩的超挖刀，所述超挖刀通过伸缩装置与刀梁的内腔滑动配合。

在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了所述掘进机优选的设计结构，超挖刀安装在刀梁内腔中，数量至少为一把，需要时在后部油缸等伸缩装置的推动下可沿径向外伸，实现刀盘外轮廓的局部扩挖，主要用于设备的姿态调整，如设备调向和纠正滚转用。

进一步地，所述辅助开挖装置包括竖直安装在前盾隔板上的轮形刀盘，轮形刀盘与前盾隔板后侧的驱动单元相连，所述前盾上设置有与辅助开挖装置相对的大流量刷管；或者所述辅助开挖装置包括平行安装在前盾隔板上的小刀盘；或者所述辅助开挖装置为横轴滚筒或纵轴铣挖头或偏心摆动刀盘。

一种掘进机施工方法，采用上述掘进机对地铁车站进行施工，包括以下步骤：

S1：初始状态：将止退销插入最后一环管节的止退销孔中，推进系统回收并带动顶铁后移。

S2：在最后一环管节与顶铁之间下放新一环管节。

S3：开挖装置在驱动装置和推进装置的作用下开挖土体。

S4：推进装置推进完成后，开挖装置停止开挖土体，各中继间从前至后依次伸出推进装置二，当一个中继间前部的管节被向前推进时，被向前推进的管节前方的中继间中的推进装置二同步回收。

S5：各中继间推进完成后，顶推系统开始工作，顶推系统推动顶铁以及管节向前移动的距离等于推进装置二的行程后停止推进。

S6：重复S3~S5，直至顶推系统完全伸出，止退销插入最后一环管节的止退销孔中。

至此一环管节推进过程结束，多个工作循环直至掘进机的开挖装置、前盾、中盾和尾盾进入接收井，出洞油缸将尾盾与第一环管节分离，连接各管节的顶部横梁和底部横梁到中继间的立柱上，完成梁柱体系转换后，拆除管节各临时立柱，形成地铁车站整体建筑空间。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术效果：

1.中盾与尾盾之间增加推进油缸，可实现开挖与拼装同步，施工效率较高。

2.新型铰接密封结构和推进密封结构简单可行，方便调整。

3.管节减摩泥浆分区分压控制，较常规顶管单一压力控制减摩效果明显提高。

4.顶推系统采用油缸分区分压的压力与位移双闭环电液比例控制技术，管节受力不均匀现象减弱。

5.三圆顶管模式暗挖施工地铁车站，较三圆盾构模式施工成本低、效率高。

6.采用三圆顶管机暗挖修建地铁车站，结构一次成形，梁柱体系转化较为简单。

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为本发明的纵剖图；

图2为本发明的水平剖图；

图3为开挖装置的正视图；

图4为前盾隔板的正视图；

图5为辅助开挖装置的剖视图

图6为前盾与中盾连接结构的局部放大图；

图7为中盾与尾盾连接结构的局部放大图；

图8为减摩泥浆分区图；

图9为中继间的局部放大图；

图10为止退装置与管节装配时的正视图；

图11为另一种辅助开挖装置的正视图；

附图标号说明：

1.开挖装置，1a.前刀盘，1b.后刀盘，1c.辅助开挖装置，101.刀盘法兰，102.扭腿，103.刀梁，104.搅拌棒，105.大圆环，106.超挖刀，107.刀盘，108.驱动单元，109.驱动马达，110.冲刷管；

2.驱动单元；

3.盾体组件，31.前盾，32.中盾，33.尾盾,34.人仓，35.搅拌装置，36.出洞油缸，37.进浆法兰，38.排浆法兰；

301.铰接油缸，302.耳座，303.销轴，304.铰接密封，305.弧形压板，306.螺钉，311.前盾隔板，312.铰接外环，313.环板，321.铰接内环，322.环板；

323.推进外环，331.推进内环，332.推进油缸，333.固定座，335.推进密封，336.调整块，337.O型密封圈，338.固定螺钉，339.调整螺钉，340.减摩泥浆注入口；

4.出渣系统，41.进浆管，42.排浆管；

5.减摩注浆系统，51.顶部区域，52.底部区域，53.侧部区域；

6.中继间，61.前壳体，62.后壳体，63.推进油缸二，64.密封组件，65.立柱，66.油缸固定座；

7.管节，71止退销孔，72.底部分块，73.侧部分块，74顶部分块，75.底部横梁，76.顶部横梁，77.临时立柱；

8.止退装置，81.龙门式架体，82.销座，83.止退销；

9.顶铁；

10.顶推系统，10a.顶推油缸，10b.测力传感器，10c.上位机，10d.位移传感器；

11.后靠；

12.液压系统；

13.控制系统。

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。基于本发明的核心构思及以下实施例，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

如图1所示，一种掘进机，包括依次连接的开挖装置1、前盾31、中盾32和尾盾33，如图6所示，所述前盾31尾部与中盾32头部之间通过伸缩装置铰接且设置有铰接密封304，如图7所示，所述中盾32尾部与尾盾33头部之间设置有推进装置且设置有推进密封335，所述尾盾33尾部的管节7之间设置有中继间6，最后一环管节7尾部设置有顶推系统10。

在本技术方案中，所述前盾31与中盾32之间通过伸缩装置铰接相连，通过伸缩装置的长度变化可以使前盾31相对中盾32调向或用于纠正滚转，在调向和纠正滚转的过程中，所述铰接密封304保证前盾31与中盾32之间的密封性能；所述中盾32与尾盾33之间增设推进装置，可以实现开挖与拼装同步，即推进装置向中盾32、前盾31、开挖装置1提供向前的推力，而不必完全依赖于尾部的顶推系统10持续工作。在推进装置推动开挖装置1向前开挖的过程中，顶推系统10可以回收，中继间6依次伸缩，进而同步对管节7进行拼装。

实施例2

如图6所示，一种掘进机，在实施例1的基础上，所述前盾31尾部设置有铰接外环312，所述中盾32头部设置有与所述铰接外环312插接的铰接内环321，所述铰接密封304设置在所述铰接外环312内壁与铰接内环321外壁之间。

或者，作为另一种实施方式，所述前盾31尾部设置有铰接内环二，所述中盾32头部设置有与所述铰接内环二插接的铰接外环二，所述铰接密封304设置在所述铰接外环二的内壁与铰接内环二的外壁之间。

在实施例1的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，将前盾31与中盾32设置为插接相连的结构形式，而将铰接密封304设置在插接配合的铰接外环312内壁与铰接内环321外壁之间，不仅简单可行，而且调节方便。

至于前盾31与中盾32具体的插接关系，可以根据实际需求进行选择，既可以将中盾32的头部插入前盾31的尾部，也可以将前盾31的尾部插入中盾32的头部，优选将中盾32的头部插入前盾31的尾部，即优选在前盾31尾部设置有铰接外环312，在所述中盾32头部设置有与所述铰接外环312插接的铰接内环321。

实施例3

如图6所示，一种掘进机，在实施例2的基础上，所述铰接密封304至少设置有三道密封结构，前两道密封结构为唇形密封，最后一道密封结构为大截面气囊式密封。

在实施例2的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，设置三道密封结构可以充分保证铰接密封304的可靠性，同时，当前两道唇形密封失效时，大截面气囊式密封可以起到应急密封的效果。

实施例4

如图6所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述大截面气囊式密封设置有进气口，所述进气口连接有进气单向阀，所述唇形密封与大截面气囊式密封均为两侧边带翼板结构，所述铰接密封304通过弧形压块305连接在铰接内环321的外周面或铰接内环二的外周面。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，在前两道唇形密封未失效时，大截面气囊式密封可以不启用，当前两道唇形密封失效时，通过进气口和进气单向阀紧急向大截面气囊式密封中注入空气，进而对铰接外环312与铰接内环321之间的环形腔体进行密封。同时，唇形密封与大截面气囊式密封均为两侧边带翼板的结构形式，铰接密封304通过至少4个弧形压块305固定在铰接内环321外柱形面上，避免铰接密封304因自身弹性而在铰接内环321外柱形面内凹处脱离铰接内环321外柱形面。

实施例5

如图6所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述伸缩装置通过耳座302铰接在轴向对应的前盾尾部环板313与中盾头部环板322之间，所述前盾尾部环板313与中盾头部环板322之间平行连接有若干个伸缩装置，各个伸缩装置沿前盾尾部环板313的周向方向多点环形布置。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，即前盾31的尾部设置有位于铰接外环312内的前盾尾部环板313，中盾32的头部设置有位于铰接内环321内的中盾头部环板322，前盾尾部环板313和中盾头部环板322均为环形且分别与前盾31和中盾32的截面轮廓相适配，也即与开挖截面的外轮廓相一致。伸缩装置既可以采用油缸，也可以采用电动缸，还可以采用齿轮齿条等其他具有伸缩功能的装置或机构。

所述伸缩装置优选采用铰接油缸301，铰接油缸301的两端通过销轴303和耳座302分别与前盾尾部环板313和中盾头部环板322进行连接。铰接油缸301平行铰接内环321呈多点环形布置，可以利用不同位置铰接油缸301之间的行程差实现前盾31的调向，如上部油缸伸出，下部油缸缩回时，前盾将向下调向。

实施例6

如图7所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述中盾32尾部设置有推进外环323，所述尾盾33头部设置有与所述推进外环323插接的推进内环331，所述推进密封335设置在所述推进外环323内壁与推进内环331外壁之间。

或者，作为另一种实施方式，所述中盾32尾部设置有推进内环二，所述尾盾33头部设置有与所述推进内环二插接的推进外环二，所述推进密封335设置在所述推进外环二的内壁与推进内环二的外壁之间。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，将尾盾33与中盾32设置为插接相连的结构形式，而将推进密封335设置在插接配合的推进外环323内壁与推进内环331外壁之间，不仅简单可行，而且调节方便。

至于尾盾33与中盾32具体的插接关系，可以根据实际需求进行选择，既可以将中盾32的尾部插入尾盾33的头部，也可以将尾盾33的头部插入中盾32的尾部，优选将尾盾33的头部插入中盾32的尾部，即优选在中盾32的尾部设置有推进外环323，在所述尾盾33头部设置与所述推进外环323插接的推进内环331。

实施例7

如图7所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述推进内环331的外周面或推进内环二的外周面设置有环形槽，所述环形槽内设置有调整块336，穿过所述环形槽的槽底设置有调节调整块336径向位置的调整螺钉339，所述调整块336上设置有T形槽，所述T形槽连接两侧带翼板的推进密封335。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，将推进密封335设置为可调的结构形式，通过旋转调整螺钉339可以径向推动所述调整块336，进而调整块336带动推进密封335改变径向位置，从而对推进密封335的磨损进行补偿。

所述推进密封335的调节机构主要应用于非圆形盾构机或非圆形顶管机，因为圆形盾构以及常规顶管的密封可以通过自身的弹性以及槽底胶水即可固定并抱紧在安装面上，而异型截面掘进机盾体之间的密封无法通过自身弹性实现抱紧，如三圆顶管的推进内环331以及推进外环323外轮廓亦为型，有外凸还有内凹。

若无调整螺钉339、调整块336，则推进密封335很容易在自身弹力的作用下与内凹的槽底脱离，对组装和使用造成不必要的麻烦。本技术方案中推进密封335可调的结构形式的优点是，既适用于外凸密封面，也适用于与内凹密封面，在适用于外凸密封面和内凹密封面的同时，可以实现密封压缩量的快速调整功能。

实施例8

如图7所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述调整块336的两端面与所述环形槽的内壁之间均设置有密封圈337，所述推进密封335设置有至少两道，相邻的推进密封335之间设置有润滑剂注入孔。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，设置多道密封结构可以充分保证推进密封335处密封的可靠性，同时，由于中盾32与尾盾33之间具有推进需求，该推进用于顶推开挖装置1进行开挖，要保证开挖施工的精度，则推进外环323与推进内环331之间必须具有较大的装配力，此处的推进密封335与推进外环323、推进内环331之间具有较大的摩擦力，这也是将推进密封335设置为可调形式的另一个原因。因此，通过润滑剂注入孔在相邻的推进密封335之间的环形腔体内注入润滑剂，既可以保证推进外环323与推进内环331之间的装配力，又可以避免推进密封335过度磨损。

实施例9

如图7所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述推进装置一端通过固定座333和尾盾头部环板341设置在尾盾33的头部、另一端通过中盾尾部环板324与中盾32顶接，所述尾盾头部环板341与中盾尾部环板324之间平行连接有若干个推进装置，各个推进装置沿前尾盾头部环板341的周向方向多点环形布置。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，即中盾32的尾部设置有位于推进外环323内的中盾尾部环板324，尾盾33的头部设置有位于推进内环331内的尾盾头部环板341，尾盾头部环板341和中盾尾部环板324均为环形且分别与尾盾33和中盾32的截面轮廓相适配，也即与开挖截面的外轮廓相一致。

所述推进装置既可以采用油缸，也可以采用电动缸，还可以采用齿轮齿条等其他具有伸缩功能的装置或机构。推进装置优选采用推进油缸332，推进油缸332通过固定座333固定在中盾尾部环板324和尾盾头部环板341之间，推进油缸332不同于上述铰接油缸301用于调向，在推进开挖装置1掘进的过程中，需要保持各个推进油缸332的同步性。

实施例10

如图9所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述中继间6包括与前一个管节7顶接的前壳体61、与一个管节7顶接的后壳体62，所述前壳体61或/和后壳体62连接有立柱65，所述前壳体61与后壳体62之间通过推进装置二插接相连，所述前壳体61与后壳体62之间设置有密封组件64。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，将中继间6设置为分体式结构，在施工的过程中通过推进装置二调整前壳体61与后壳体62之间的距离，通过各个中继间6的依次伸缩实现接力向前推进管节7。同样地，所述推进装置二既可以采用油缸，也可以采用电动缸，还可以采用齿轮齿条等其他具有伸缩功能的装置或机构。推进装置二优选采用推进油缸二63，所述推进油缸二63的安装结构与上述推进油缸332类同，通过油缸固定座66与后壳体62固定、与前壳体61顶接。

需要说明的是，根据开挖截面轮廓的不同，可以在前壳体61和后壳体62内设置对应的立柱65。而前壳体61设置有与中盾32的推进外环323类同的外环、与中盾32的中盾尾部环板324类同的前壳体环板，后壳体62设置有与尾盾33的推进内环331类同的内环、与尾盾33的尾盾头部环板341类同的后壳体环板，所述推进油缸二63即设置在所述前壳体环板与后壳体环板之间。所述推进油缸二63布置形式也沿后壳体环板的轴向方向多点环形布置，且各个推进油缸二63平行设置。而上述内环、外环、后壳体环板、前壳体环板的轮廓均与开挖截面轮廓相一致，当然，所述内环与所述外环的位置也可以在前壳体61和后壳体62之间转换。

而所述密封组件64与上述推进密封335的结构形式相同，也具有相同的调节机构。当密封组件64间隔设置有多个时，既可以调整密封组件64的径向位置，又可以在相邻的密封组件64之间注入润滑剂。由于前壳体61与后壳体62之间的插接结构形式以及密封组件64的结构形式与中盾32与尾盾33处对应的结构类同，此处不再赘述。

实施例11

如图1、图2、图8所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述前盾31或/和中盾32或/和尾盾33或/和管节7或/和中继间6上均设置有减摩注浆孔，所述减摩注浆孔分别与顶部减摩注浆区域51、底部减摩注浆区域52、侧部减摩注浆区域53对应。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，减摩注浆系统5用于向管节7以及盾体3四周注入减摩泥浆，与常规盾构、顶管的特殊之处在于，地铁车站埋深大、跨度大、高度高，管节7上方无法形成载荷拱，管节7四周压力大且上部与下部压力差较大，为实现良好的管浆摩擦，将管节7四周分为4个区，分别为顶部区域51、底部区域52以及两个侧部区域53，分区连接注浆管路，各区分别控制泥浆注入压力，该设计的优点是有利于形成完整的泥浆套，减少管节摩擦阻力。

实施例12

如图1、图2、图10所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述管节7上设置有止退销孔71，最后一环管节7处设置有与止退销孔71相配合的止退装置8，所述止退装置8包括龙门式架体81，所述龙门式架体81上设置有销座82，所述销座82内滑动设置有与止退销孔71插接配合的止退销83。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，管节7包含止退销孔71、底部分块72、侧部分块73、顶部分块74、底部横梁75、顶部横梁76、临时立柱77等组成，各块之间设有连接螺栓与密封胶条。

所述止退装置8用于顶推一环管节7到位后，回收顶推系统10并下放下一环管节7时，防止前面管节7在泥水仓压力的作用下后退。止退装置8主要包含龙门式架体81、销座82、止退销83等零部件。龙门式架体81底板固定在始发井底部，侧边和顶部均设有若干销座82，销座82内设可滑动的止退销83，止退销83位置与每环管节7上的止退销孔71位置对应。当需要撤回顶推系统10时，先将止退销83插入止退销孔71内。

实施例13

如图1、图2所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述顶推系统10与最后一环管节7之间设置有顶铁9，所述顶铁9与管节7之间设置有若干个分区布置的测力传感器10b，测力传感器10b与上位机10c相连，所述上位机10c根据测力传感器10b的测量数据控制顶推系统10各区的顶推压力。所述顶推系统10各区的顶推装置均设置有与上位机10c相连的位移传感器10d，所述上位机10c根据位移传感器10d的测量数据控制各区的顶推装置同步。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，顶推系统10在结构和功能方面与常规顶管基本一致，在此不做详细论述。因三圆顶管机等异型开挖面的顶管机顶推油缸10a数量较多，总体顶推力较大，故其控制方式较常规顶管差别较大，主要特别之处在于采用油缸分区分压的压力与位移双闭环电液比例控制技术。

首先在顶铁9与管节7之间环向设有多个测力传感器10b，测力传感器10b将实测压力数据反馈给上位机10c，上位机10c根据实测数据，分析前方管节7所受摩阻力分布特点，根据分布特点结合顶推油缸10a布置，自动计算并分配各区顶推油缸10a压力值，并将各区压力值反馈给各自调压阀，进行各区油缸压力调整，最大程度的控制顶推油缸10a合力与管节7所受摩阻力的合力共线。

另外，各区油缸均有1~2根带位移传感器10d，位移传感器10d将实测位移反馈给上位机10c，上位机10c根据设定推进值，反馈给流量控制阀，进行流量控制，最大程度的控制各顶推油缸10a的同步。该技术的特点是载荷顺应性好，油缸同步精度高，管片均匀受力，避免管片破碎。

实施例14

如图1-图4所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述开挖装置1包括至少一个向前突出的前刀盘1a、至少一个向后缩的后刀盘1b，前刀盘1a与后刀盘1b之间的盲区位置设置有辅助开挖装置1c，各个刀盘的轴线相互平行，各个刀盘的轴线位于同一水平高度呈“一”形布置或位于不同高度呈“V”形布置或位于不同高度呈“∧”形布置；当前刀盘1a和后刀盘1b共设置有三个以上时，在正视投影的水平方向上，所述前刀盘1a与后刀盘1b交替设置；当前刀盘1a和后刀盘1b共设置有三个时，所述开挖装置1、前盾31、中盾32、尾盾33的正视投影均为形。

进一步地，所述前刀盘1a、后刀盘1b均设置有独立的驱动单元2，或者所述前刀盘1a通过扭腿102、到盘法兰101与驱动单元2相连，所述后刀盘1b通过前刀盘1a的扭腿102驱动。

实施例15

如图1-图2所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述前刀盘1a或/和后刀盘1b的刀梁103连接有径向伸缩的超挖刀106，所述超挖刀106通过伸缩装置与刀梁103的内腔滑动配合。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了所述掘进机优选的设计结构，超挖刀106安装在刀梁103内腔中，数量至少为一把，需要时在后部油缸等伸缩装置的推动下可沿径向外伸，实现刀盘外轮廓的局部扩挖，主要用于设备的姿态调整，如设备调向和纠正滚转用。

实施例16

如图5所示，一种掘进机，在上述实施例的基础上，所述辅助开挖装置1c包括竖直安装在前盾隔板311上的轮形刀盘107，轮形刀盘107与前盾隔板311后侧的驱动单元108相连，所述前盾31上设置有与辅助开挖装置1c相对的大流量刷管110；或者如图11所示，所述辅助开挖装置1c包括平行安装在前盾隔板311上的小刀盘111；或者所述辅助开挖装置1c为横轴滚筒或纵轴铣挖头或偏心摆动刀盘。

实施例17

如图1～图10所示，一种掘进机，包括开挖装置1、驱动单元2、盾体组件3、出渣系统4、减摩注浆系统5、中继间6、管节7、止退装置8、顶铁9、顶推系统10、后靠11、液压系统12以及控制系统13等组成。

开挖装置1用于全断面开挖掌子面岩土、支撑和稳定掌子面、限制进渣粒径，并对泥水仓中泥浆进行搅拌。开挖装置1有前刀盘1a、后刀盘1b以及盲区辅助开挖装置1c等零部件组成。前、后刀盘轴线水平平行布置，刀盘中心线在同一水平位置成“一”型。

中间刀盘向前突出为前刀盘1a，两侧刀盘后缩为后刀盘1b。前、后刀盘均为复合式，其主体结构有刀盘法兰101、扭腿102、刀梁103、搅拌棒104以及大圆环105等组成。

另外，除前、后刀盘轴线水平平行布置，刀盘中心线可以在同一水平位置成“一”型外，也可以错开高度成“V”型或者成“∧”型。既可以是中间刀盘向前突出为前刀盘，两侧刀盘后缩为后刀盘布置，也可以是两侧刀盘向前突出为前刀盘，中间刀盘后缩为后刀盘布置。

刀盘法兰101用于刀盘主体结构与驱动单元2进行连接，工作时传递刀盘载荷到驱动单元2上。刀梁上布置滚刀、撕裂刀、刮刀、超挖刀106、冲刷孔以及改良剂喷口等零部件，后刀盘1b扭腿外侧的刀梁背部布置多个不同轨迹的搅拌棒104，前刀盘1a扭腿内侧刀梁背部布置多个不同轨迹的搅拌棒104。超挖刀106安装在刀梁103内腔中，数量至少为一把，需要时在后部油缸的推动下可沿径向外伸，实现刀盘外轮廓的局部扩挖，主要用于设备的姿态调整，如设备调向和纠正滚转用。

前刀盘1a开挖外轮廓与后刀盘1b开挖外轮廓交叉处存在局部开挖盲区，此处设有辅助开挖装置1c进行开挖，辅助开挖装置1c竖直安装在前盾隔板311后侧，辅助开挖装置1c有刀盘107、驱动单元108、驱动马达109以及冲刷管110等组成，刀盘107成轮型，外圆柱面布置滚刀和刮刀，刀盘107后侧盾体竖板上设有大流量冲刷管110，用于将辅助开挖装置1c开挖的渣土向前冲。

驱动单元2包含三套独立的驱动装置，用于为前/后刀盘提供动力。每套驱动装置包含电机、减速机、小齿轮轴、大齿轮、轴承、箱体等组成。

盾体组件3有前盾31、中盾32、尾盾33、人仓34、搅拌装置35、出洞油缸36、进浆法兰37以及排浆法兰38等零部件组成，前盾隔板311上设有3个驱动装置2的安装孔，上部设有人仓安装孔并安装人仓34，盲区位置设有盲区辅助开挖装置1c的安装孔，顶部设有1~3个进浆孔以及进浆法兰37，底部设有1~3个排浆孔以及排浆法兰38，每个排浆孔两侧均布置有搅拌装置35，用于实现泥浆的强制搅拌，排浆孔前部设有格栅板39，用于控制进入排浆管42的渣土粒径，避免排浆管42路堵塞。

不同于常规顶管的是，三圆顶管机在前盾31尾部与中盾32头部之间设有铰接外环312、铰接内环321、铰接油缸301、耳座302、销轴303、铰接密封304、弧形压板305以及螺钉306。

所述铰接外环312与前盾31尾部连为一体，铰接内环321与中盾32头部连为一体，铰接外环312内轮廓以及铰接内环321外轮廓均为型，铰接内环321插入铰接外环312中，铰接油缸301两端通过销轴303和耳座302分别与前盾尾部环板313和中盾头部环板322进行连接，铰接油缸301平行铰接内环321多点环形布置，可以利用不同位置铰接油缸301之间的行程差实现前盾31的调向，如上部油缸伸出，下部油缸缩回时，前盾将向下调向。

所述铰接密封304至少有三道组成，前两道为唇形密封，最后一道为大截面气囊式密封，唇形密封与大截面气囊式密封均为两侧边带翼板，铰接密封304通过至少4个弧形压块305固定在铰接内环321外柱形面上，避免在铰接内环321外柱形面内凹处，因铰接密封304自身弹性，脱离铰接内环321外柱形面。紧急气囊设有进气口以及单向阀，紧急气囊用于铰接密封失效时，通过向气囊中紧急注入空气密封铰接外环312与铰接内环321之间的环形腔体。

不同于常规顶管的是，三圆顶管机在中盾32尾部与尾盾33头部之间设有推进外环323、推进内环331、推进油缸332、固定座333、推进密封335、调整块336、O型密封圈337、固定螺钉338、调整螺钉339、减摩泥浆注入口340等零部件。

推进外环323与中盾尾部连为一体，推进内环331与尾盾头部连为一体，推进外环323内轮廓以及推进内环331外轮廓亦为型，推进内环331插入推进外环323中，推进油缸332通过固定座333固定在中盾尾部环板324和尾盾头部环板341之间，推进油缸332平行推进内环331多点环形布置。推进油缸332用于推进开挖装置1进行开挖。推进内环331外柱形面上设有环形槽，槽底设有调整螺钉339，环形槽内安装调整块336，调整块336与环形槽两侧设有O型密封圈337，调整块336设T型槽，T型槽内设有两侧带翼板的推进密封335。T型槽槽底设有若干固定螺钉安装通孔用于安装固定螺钉338，固定螺钉338拧入调整螺钉339中心螺纹孔中。

上述推进密封335至少设为两道，两道推进密封335之间设有润滑剂注入孔。该结构的优点是旋转调整螺钉339即可将调整块336连同推进密封335一起向外推出压紧到推进外环323的内腔体上，方便推进密封335磨损后的调整。其另一优点是，三圆顶管的推进内环331以及推进外环323外轮廓亦为型，有外凸还有内凹，无法像圆形盾构以及常规顶管的密封一样，通过自身的弹性以及槽底胶水即可固定并抱紧在安装面上。若无调整块336，推进密封335很容易在自身弹力的作用下，与内凹的槽底脱离，对组装和使用造成不必要的麻烦。该结构的优点是，既适用于外凸密封面，也适用于与内凹密封面，在适用于外凸密封面和内凹密封面的同时。可以实现密封压缩量的快速调整功能。

出渣系统4采用泥水循环出渣，进浆管41与进浆法兰37连接，排浆管42与排浆法兰38连接。

减摩注浆系统5用于向管节7以及盾体3四周注入减摩泥浆，与常规盾构、顶管的特殊之处在于，地铁车站埋深大、跨度大、高度高，管节7上方无法形成载荷拱，管节7四周压力大且上部与下部压力差较大，为实现良好的管浆摩擦，将管节7四周分为4个区，分别为顶部区域51、底部区域52以及两个侧部区域53，分区连接注浆管路，各区分别控制泥浆注入压力，该设计的优点是有利于形成完整的泥浆套，减少管节摩擦阻力。

中继间6有前壳体61、后壳体62、推进油缸二63、密封组件64、立柱65以及油缸固定座66等组成，其结构与中盾和尾盾之间结构类似，在此不做详细描述。其主要功能是接力向前推进管节7。

管节7包含止退销孔71、底部分块72、侧部分块73、顶部分块74、底部横梁75、顶部横梁76、临时立柱77等组成。各块之间设有连接螺栓与密封胶条。

止退装置8用于顶推一环管节7到位后，撤回主顶油缸10a和顶铁9并下放下一环管节7时，防止前面管节7在泥水仓压力的作用下后退。主要包含龙门式架体81、销座82、止退销83等零部件。龙门式架体81底板固定在始发井底部，侧边和顶部均设有若干销座82，销座82内设可滑动的止退销83，止退销83位置与每环管节7上的止退销孔71位置对应。当需要撤回顶推油缸10a时，先将止退销83插入止退销孔71内，然后撤回顶推油缸10a和顶铁9。

顶铁9、后靠11与常规顶管结构与功能基本一致，在此不做详细论述。

顶推系统10在结构和功能方面与常规顶管基本一致，在此不做详细论述。因三圆顶管机顶推油缸10a数量较多，总体顶推力较大，故其控制方式较常规顶管差别较大，主要特别之处在于采用油缸分区分压的压力与位移双闭环电液比例控制技术。首先在顶铁9与管节7之间环向设有多个测力传感器10b，测力传感器10b将实测压力数据反馈给上位机10c，上位机10c根据实测数据，分析前方管节7所受摩阻力分布特点，根据分布特点结合顶推油缸10a布置，自动计算并分配各区顶推油缸10a压力值，并将各区压力值反馈给各自调压阀，进行各区油缸压力调整，最大程度的控制顶推油缸10a合力与管节7所受摩阻力的合力共线。另各区油缸均有1~2根带位移传感器10d，位移传感器10d将实测位移反馈给上位机10c，上位机10c根据设定推进值，反馈给流量控制阀，进行流量控制，最大程度的控制各顶推油缸10a的同步。该技术的特点是载荷顺应性好，油缸同步精度高，管片均匀受力，避免管片破碎。

液压系统12、电气控制系统13用于各系统的智能化控制。

实施例18

如图1-图10，一种掘进机施工方法，采用上述掘进机对地铁车站进行施工，包括以下步骤：

S1：初始状态：将止退销83插入最后一环管节7的止退销孔71中，推进系统回收并带动顶铁9后移。

S2：在最后一环管节7与顶铁9之间下放新一环管节7。

S3：开挖装置1在驱动装置2和推进装置的作用下开挖土体。

S4：推进装置推进完成后，开挖装置1停止开挖土体，各中继间6从前至后依次伸出推进装置二，当一个中继间6前部的管节7被向前推进时，被向前推进的管节7前方的中继间6中的推进装置二同步回收。

S5：各中继间6推进完成后，顶推系统10开始工作，顶推系统10推动顶铁9以及管节7向前移动的距离等于推进装置二的行程后停止推进。

S6：重复S3~S5，直至顶推系统10完全伸出，止退销83插入最后一环管节7的止退销孔71中。

至此一环管节7推进过程结束，多个工作循环直至掘进机的开挖装置1、前盾31、中盾32和尾盾33进入接收井，出洞油缸36将尾盾33与第一环管节7分离，连接各管节7的顶部横梁75和底部横梁76到中继间6的立柱65上，完成梁柱体系转换后，拆除管节7各临时立柱77，形成地铁车站整体建筑空间。

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。

以上内容显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的有益效果。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 (18)

1.一种掘进机，包括依次连接的开挖装置（1）、前盾（31）、中盾（32）和尾盾（33），其特征在于：所述前盾（31）尾部与中盾（32）头部之间通过伸缩装置铰接且设置有铰接密封（304），所述中盾（32）尾部与尾盾（33）头部之间设置有推进装置且设置有推进密封（335），所述尾盾（33）尾部的管节（7）之间设置有中继间（6），最后一环管节（7）尾部设置有顶推系统（10）。

2.根据权利要求1所述的掘进机，其特征在于：所述前盾（31）尾部设置有铰接外环（312），所述中盾（32）头部设置有与所述铰接外环（312）插接的铰接内环（321），所述铰接密封（304）设置在所述铰接外环（312）内壁与铰接内环（321）外壁之间；或者所述前盾（31）尾部设置有铰接内环二，所述中盾（32）头部设置有与所述铰接内环二插接的铰接外环二，所述铰接密封（304）设置在所述铰接外环二的内壁与铰接内环二的外壁之间。

3.根据权利要求1或2所述的掘进机，其特征在于：所述铰接密封（304）至少设置有三道密封结构，前两道密封结构为唇形密封，最后一道密封结构为大截面气囊式密封。

4.根据权利要求3所述的掘进机，其特征在于：所述大截面气囊式密封设置有进气口，所述进气口连接有进气单向阀，所述唇形密封与大截面气囊式密封均为两侧边带翼板结构，所述铰接密封（304）通过弧形压块（305）连接在铰接内环（321）的外周面或铰接内环二的外周面。

5.根据权利要求1、2、4任一项所述的掘进机，其特征在于：所述伸缩装置通过耳座（302）铰接在轴向对应的前盾尾部环板（313）与中盾头部环板（322）之间，所述前盾尾部环板（313）与中盾头部环板（322）之间平行连接有若干个伸缩装置，各个伸缩装置沿前盾尾部环板（313）的周向方向多点环形布置。

6.根据权利要求5所述的掘进机，其特征在于：所述中盾（32）尾部设置有推进外环（323），所述尾盾（33）头部设置有与所述推进外环（323）插接的推进内环（331），所述推进密封（335）设置在所述推进外环（323）内壁与推进内环（331）外壁之间；或者所述中盾（32）尾部设置有推进内环二，所述尾盾（33）头部设置有与所述推进内环二插接的推进外环二，所述推进密封（335）设置在所述推进外环二的内壁与推进内环二的外壁之间。

7.根据权利要求6所述的掘进机，其特征在于：所述推进内环（331）的外周面或推进内环二的外周面设置有环形槽，所述环形槽内设置有调整块（336），穿过所述环形槽的槽底设置有调节调整块（336）径向位置的调整螺钉（339），所述调整块（336）上设置有T形槽，所述T形槽连接两侧带翼板的推进密封（335）。

8.根据权利要求7所述的掘进机，其特征在于：所述调整块（336）的两端面与所述环形槽的内壁之间均设置有密封圈（337），所述推进密封（335）设置有至少两道，相邻的推进密封（335）之间设置有润滑剂注入孔。

9.根据权利要求1、2、4、6-8任一项所述的掘进机，其特征在于：所述推进装置一端通过固定座（333）和尾盾头部环板（341）设置在尾盾（33）的头部、另一端通过中盾尾部环板（324）与中盾（32）顶接，所述尾盾头部环板（341）与中盾尾部环板（324）之间平行连接有若干个推进装置，各个推进装置沿前尾盾头部环板（341）的周向方向多点环形布置。

10.根据权利要求9所述的掘进机，其特征在于：所述中继间（6）包括与前一个管节（7）顶接的前壳体（61）、与一个管节（7）顶接的后壳体（62），所述前壳体（61）或/和后壳体（62）连接有立柱（65），所述前壳体（61）与后壳体（62）之间通过推进装置二插接相连，所述前壳体（61）与后壳体（62）之间设置有密封组件（64）。

11.根据权利要求1、2、4、6-8、10任一项所述的掘进机，其特征在于：所述前盾（31）或/和中盾（32）或/和尾盾（33）或/和管节（7）或/和中继间（6）上均设置有减摩注浆孔，所述减摩注浆孔分别与顶部减摩注浆区域（51）、底部减摩注浆区域（52）、侧部减摩注浆区域（53）对应。

12.根据权利要求11所述的掘进机，其特征在于：所述管节（7）上设置有止退销孔（71），最后一环管节（7）处设置有与止退销孔（71）相配合的止退装置（8），所述止退装置（8）包括龙门式架体（81），所述龙门式架体（81）上设置有销座（82），所述销座（82）内滑动设置有与止退销孔（71）插接配合的止退销（83）。

13.根据权利要求12所述的掘进机，其特征在于：所述顶推系统（10）与最后一环管节（7）之间设置有顶铁（9），所述顶铁（9）与管节（7）之间设置有若干个分区布置的测力传感器（10b），测力传感器（10b）与上位机（10c）相连，所述上位机（10c）根据测力传感器（10b）的测量数据控制顶推系统（10）各区的顶推压力；所述顶推系统（10）各区的顶推装置均设置有与上位机（10c）相连的位移传感器（10d），所述上位机（10c）根据位移传感器（10d）的测量数据控制各区的顶推装置同步。

14.根据权利要求1、2、4、6-8、10、12-13任一项所述的掘进机，其特征在于：所述开挖装置（1）包括至少一个向前突出的前刀盘（1a）、至少一个向后缩的后刀盘（1b），前刀盘（1a）与后刀盘（1b）之间的盲区位置设置有辅助开挖装置（1c），各个刀盘的轴线相互平行，各个刀盘的轴线位于同一水平高度呈“一”形布置或位于不同高度呈“V”形布置或位于不同高度呈“∧”形布置；当前刀盘（1a）和后刀盘（1b）共设置有三个以上时，在正视投影的水平方向上，所述前刀盘（1a）与后刀盘（1b）交替设置。

15.根据权利要求14所述的掘进机，其特征在于：所述前刀盘（1a）、后刀盘（1b）均设置有独立的驱动单元（2）；或者所述前刀盘（1a）通过扭腿（102）、到盘法兰（101）与驱动单元（2）相连，所述后刀盘（1b）通过前刀盘（1a）的扭腿（102）驱动。

16.根据权利要求15所述的掘进机，其特征在于：所述前刀盘（1a）或/和后刀盘（1b）的刀梁（103）连接有径向伸缩的超挖刀（106），所述超挖刀（106）通过伸缩装置与刀梁（103）的内腔滑动配合。

17.根据权利要求15或16所述的掘进机，其特征在于：所述辅助开挖装置（1c）包括竖直安装在前盾隔板（311）上的轮形刀盘（107），轮形刀盘（107）与前盾隔板（311）后侧的驱动单元（108）相连，所述前盾（31）上设置有与辅助开挖装置（1c）相对的大流量刷管（110）；或者所述辅助开挖装置（1c）包括平行安装在前盾隔板（311）上的小刀盘（111）；或者所述辅助开挖装置（1c）为横轴滚筒或纵轴铣挖头或偏心摆动刀盘。

18.一种掘进机施工方法，其特征在于：采用权利要求17所述的掘进机对地铁车站进行施工，包括以下步骤：

S1：初始状态：将止退销（83）插入最后一环管节（7）的止退销孔（71）中，推进系统回收并带动顶铁（9）后移；

S2：在最后一环管节（7）与顶铁（9）之间下放新一环管节（7）；

S3：开挖装置（1）在驱动装置（2）和推进装置的作用下开挖土体；

S4：推进装置推进完成后，开挖装置（1）停止开挖土体，各中继间（6）从前至后依次伸出推进装置二，当一个中继间（6）前部的管节（7）被向前推进时，被向前推进的管节（7）前方的中继间（6）中的推进装置二同步回收；

S5：各中继间（6）推进完成后，顶推系统（10）开始工作，顶推系统（10）推动顶铁（9）以及管节（7）向前移动的距离等于推进装置二的行程后停止推进；

S6：重复S3~S5，直至顶推系统（10）完全伸出，止退销（83）插入最后一环管节（7）的止退销孔（71）中；

至此一环管节（7）推进过程结束，多个工作循环直至掘进机的开挖装置（1）、前盾（31）、中盾（32）和尾盾（33）进入接收井。