CN202707070U - 土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于隧道施工装备技术领域，具体涉及一种土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，包括机壳、复合式刀盘、土仓、螺旋输送机、推进油缸、保压人仓系统和密封刷，所述机壳由前盾、中盾和后盾依次固定连接构成，所述土仓的后面、前盾隔板上设有工业空气口，同时也是进浆口，进浆口与土仓后面、机壳内的进浆管连通，所述螺旋输送机的尾部下方设有皮带输送机或是在一可拆卸平台上安装的集石破碎装置，螺旋输送机尾部下料口正对皮带输送机前端，或是其下料口与集石破碎装置所含集石破碎箱的进料口连接。本实用新型具有很强的地质适应性，尤其满足市政地下工程软、砂卵石、复合地层的施工功能需求，同时整机造价低廉、经济实用，对配套施工干扰小、控制方便，便于推广实施。

Description

土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机

技术领域

本实用新型属于隧道施工装备技术领域，具体涉及一种既能适用于砂、粉砂和粘土等各类软土地层，同时兼具有适用于软硬交替地层、复合过渡地层，具体为中细砂、粗砂和砂卵石以及复合过渡地层的土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机。

背景技术

在具有世界地质博物馆之称的中国，工程、水文地质复杂，对于许多地下市政工程，施工区间以一种地质为主，同时存在其它过渡地层及复杂地层的地质。盾构法施工因具有对周围环境影响小、施工速度快、工程质量优良、施工安全环保、地质适应性广等优点，成为城市地下工程建设中首选施工方式。盾构机的地质适应性、整机性能是盾构隧道施工成败的关键。土压盾构在软岩地质中施工优势明显，造价低廉，但土压盾构刀盘、刀具磨损严重，而且地表沉降控制难度高，泥水盾构对地层的扰动小，能把地表沉降控制在较小范围内，带压进舱方便，但正常掘进时出渣效率低，且地面泥水处理设备占地较大，在城市施工中会有不便。

具有双重开挖模式功能的复合式盾构是今后地下市政工程施工装备发展方向。针对国内市政地下地质中可能存在软岩、砂卵石、富水过渡地层工程地质工况，并能够根据具体特定地层选用合适的隧道施工装备，具有越来越广泛的应用前景。传统的只具有相对单一地层适应性的土压盾构及泥水盾构已不能满足复杂地层现代施工要求。一种既能在软弱地层或围岩较差地层中掘进，特别是适用于市政地下工程项目的隧道施工装备，在地层地质变化时转换掘进模式，使一台设备具有更广泛的地质适应性，同时配套施工干扰小，能有效降低工程风险，是隧道掘进机设计及施工中的一大难题，也是制约隧道掘进机使用范围的重要原因。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，而提供一种具有很强的地质适应性，尤其适用于市政地下工程软、砂卵石、复合地层施工，同时整机造价低廉、经济实用，对配套施工干扰小、控制方便，满足施工功能需求的土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，包括机壳、复合式刀盘、土仓、螺旋输送机、推进油缸、保压人仓系统和密封刷，所述机壳由前盾、中盾和后盾依次固定连接构成，所述刀盘位于机壳前部，所述土仓位于刀盘的后部、前盾壳体内，土仓下部设有出土口，螺旋输送机的下部入口与土仓的出土口相连通，所述推进油缸有多个，分别设置在机壳内壁四周，所述保压人仓系统位于土仓后面、中盾机壳内，所述后盾盾尾设有密封刷，所述土仓的后面、前盾隔板上设有工业空气口，同时也是进浆口，进浆口与土仓后面、机壳内的进浆管连通，所述螺旋输送机的尾部下方设有皮带输送机或是在一可拆卸平台上安装的集石破碎装置，螺旋输送机尾部下料口正对皮带输送机前端，或是其下料口与集石破碎装置所含集石破碎箱的进料口连接。

所述集石破碎装置包括集石破碎箱，集石破碎箱左侧设有进料口，右侧设有输出端，其内部设有搅拌装置，正侧面设有观察窗。

所述搅拌装置包括固定在集石破碎箱两侧板上的转轴，转轴上固定安装有沿转轴间隔排列的多组搅拌叶片，转轴的一端与减速机连接，减速机一端与动力机连接。

所述推进油缸为沿机壳内壁均布的32根双油缸，且分成16组。

所述密封刷数量有三道。

本实用新型的工作原理是：

当开挖面稳定性差或者为含水较多的软土、软岩、砂砾及软硬不均地层，具体为淤、粘、粉、砂、卵砾地层时，可根据地质及埋深情况采用土压平衡掘进模式。土压平衡模式掘进时，切削刀盘切削下来的渣土用螺旋输送机排出，皮带机输送到后配套拖车，经过编组列车把渣土排出洞外。利用土仓内土压及气压实现与开挖面的水压、土压动态平衡，防止掌子面坍塌，涌水，减小沿线地表沉降，降低施工发生安全隐患，达到土压平衡模式安全施工目的。

当开挖面稳定性差或者为软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、或为含水砂、砾石层，特别是滞水砂砾层和粘性土层的交替地层，可采用泥水平衡掘进模式。当采用泥水平衡模式掘进时，它是于与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来保持开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的渣土或是漂石经过螺旋输送机输送到设备前前端的一个集石破碎箱里面，选择性的经过二次处理后再通过泥水管路输送到泥水分离站，以此来循环掘进。

本实用新型技术方案的有益效果是：

1、在结构上，本实用新型集土压平衡模式和泥水平衡模式于一体，解决了设备同时在软土、软岩、过渡复合地层中地质适应性的施工需求。设备既具有维护开挖面稳定、防止地表沉降功能，又增强了在复杂地层下的施工可能性。使土压平衡盾构技术与泥水平衡盾构相互渗透、相互融合，拓展了设备的地质适应范围，使单台隧道掘进设备具有更广泛的地质适应性，适用于国内绝大多数市政地下工程施工。

2、在结构上，本实用新型所述的双模式复合盾构机，是以传统的土压平衡盾构为基础，吸取了泥水盾构的原理及优点的一种隧道掘进机，适应于软土、及滞水砂卵层交替地层的隧道施工工程机械。在软弱地层掘进时对控制掌子面稳定，地表沉降和保证施工安全时十分有利；双模式盾构可根据地层地质情况、埋深情况、要求采用土压平衡式、泥水平衡模式施工，并在需要的情况下进行模式转换施工，尤其适用于市政地下工程，能同时适用于软土、软岩、过渡地层及交替地的地下工程施工设备。

3、在结构上，本实用新型的所述集石破碎装置为一种具有破碎和集石功能的装置，当螺旋输送机输送过来是的大粒径的漂石，经过集石破碎箱的沉淀或是二次破碎后再经过泥水管路输送到洞外。这种集石破碎箱放在设备桥前端一个可拆卸平台上面，沉淀下来的大漂石可经过人工搬运处理也可以选择经过破碎后再通过泥水管路输送，这种设计不仅便于破碎机的维修更换，也解决了常规的破碎机前易发生的拥堵问题。

4、综上，本实用新型具有很强的地质适应性，尤其满足市政地下工程软、砂卵石、复合地层的施工功能需求，同时整机造价低廉、经济实用，对配套施工干扰小、控制方便，便于推广实施。

附图及说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机土压平衡模式的主机结构示意图；

图2为本实用新型土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机泥水平衡模式的主机结构示意图；

图3为图2所示土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机泥水平衡模式主机的破碎集石装置的结构示意图；

图4为图1、图2所示土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机土压平衡模式主机、泥水平衡模式主机的A向结构示意图。

图5为图1、图2所示土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机土压平衡模式主机、泥水平衡模式主机的B-B剖视结构示意图。

图中序号：1、刀盘，2、前盾， 3、保压人仓系统，4、推进油缸，5、螺旋输送机，6、皮带输送机， 7、集石破碎箱，8、可拆卸平台，9、进浆管，10、土仓，11、中盾，12、后盾，13、出土口，14、观察窗，15、进料口，16、输出端，17、转轴，18、搅拌叶片，19、减速机，20、动力机，21、密封刷。

具体实施方式                          

实施例：

参见图1至图5，图中，本实用新型土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，包括机壳、复合式刀盘1、土仓10、螺旋输送机5、推进油缸4、保压人仓系统3和密封刷21，所述机壳由前盾2、中盾11和后盾12依次固定连接构成，所述刀盘1位于机壳前部，所述土仓10位于刀盘1的后部、前盾2壳体内，土仓10下部设有出土口13，螺旋输送机5的下部入口与土仓10的出土口13相连通，所述推进油缸4有多个，分别设置在机壳内壁四周，所述保压人仓系统3位于土仓10后面、中盾11机壳内，所述后盾12盾尾设有密封刷21，所述土仓10的后面、前盾2隔板上设有工业空气口，同时也是进浆口，进浆口与土仓后面、机壳内的进浆管9连通，所述螺旋输送机5的尾部下方设有皮带输送机6或是在一可拆卸平台8上安装的集石破碎装置，螺旋输送机5尾部下料口正对皮带输送机6前端，或是其下料口与集石破碎装置所含集石破碎箱7的进料口连接。所述集石破碎装置包括集石破碎箱7，集石破碎箱7左侧设有进料口15，右侧设有输出端16，其内部设有搅拌装置，正侧面设有观察窗14。所述搅拌装置包括固定在集石破碎箱两侧板上的转轴17，转轴17上固定安装有沿转轴17间隔排列的多组搅拌叶片18，转轴17的一端与减速机19连接，减速机19一端与动力机20连接。所述推进油缸4为沿机壳内壁均布的32根双油缸，且分成16组。所述密封刷21数量有三道。

参见图1，本实用新型的土压平衡掘进模式工作过程：

盾构机在推进油缸4向前推进掘进的过程中，复合式刀盘1开挖下来的渣土充满前盾2土仓，切削下来的渣土用螺旋输送机5排出，皮带输送机6输送到后配套拖车，经过编组列车把渣土排出洞外。稳定开挖面的土压时通过前盾隔板上的工业空气口使土仓内保持一定气压，最终达到土仓内的渣土产生的土压力及空气压力平衡刀盘掌子面水土压力，防止掌子面坍塌，涌水，最大限度的控制地表沉降，达到安全施工的目的。土压平衡模式掘进必要建立部分气压时利用设置在前盾隔板上的工业空气口建立部分气压，与土压一起平衡掌子面水土压力。在进行保压检修需要进入土仓时，通过保压人仓系统3作为进入土仓过渡空间，为作业人员安全提供保障。

如图2，本实用新型的泥水平衡掘进模式工作过程：

盾构机在推进油缸4向前推进掘进的过程中，复合式刀盘1开挖下来的渣土充满前盾2土仓10，进浆管9向土仓10里面一直注入泥水，通过前盾隔板上的工业空气口一起作用来使开挖面保持稳定。刀盘1切削下来的渣土通过螺旋输送机6在集石破碎箱7里面经过二次沉淀处理，达到符合管路的输送要求，通过泥水输送系统输送到地面的泥水分离站，经过循环处理后再经过进浆管9进入泥水室，以此循环掘进。在进行保压检修需要进入土仓13时，通过保压人仓系统3作为进入土仓13过渡空间，为作业人员安全提供保障。

两种模式的转换过程：

当在不稳定地层中，或突遇到的滞水砂层、含水量高的粘土层及高水压砾石层或覆土深及地下水位高的条件下，把土压盾构掘进模式下的皮带输送机6撤掉，换做在螺旋输送机5的末端连接一个可拆卸的密闭的集石破碎箱7，将刀盘1开挖下来的渣土或是小漂石经螺旋输送机5输送，在集石破碎箱7里面经过二次处理，然后通过泥水管路输送到洞外。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本实用新型构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，包括机壳、复合式刀盘、土仓、螺旋输送机、推进油缸、保压人仓系统和密封刷，所述机壳由前盾、中盾和后盾依次固定连接构成，所述刀盘位于机壳前部，所述土仓位于刀盘的后部、前盾壳体内，土仓下部设有出土口，螺旋输送机的下部入口与土仓的出土口相连通，所述推进油缸有多个，分别设置在机壳内壁四周，所述保压人仓系统位于土仓后面、中盾机壳内，所述后盾盾尾设有密封刷，其特征是：所述土仓的后面、前盾隔板上设有工业空气口，同时也是进浆口，进浆口与土仓后面、机壳内的进浆管连通，所述螺旋输送机的尾部下方设有皮带输送机或是在一可拆卸平台上安装的集石破碎装置，螺旋输送机尾部下料口正对皮带输送机前端，或是其下料口与集石破碎装置所含集石破碎箱的进料口连接。

2.根据权利要求1所述的土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，其特征是：所述集石破碎装置包括集石破碎箱，集石破碎箱左侧设有进料口，右侧设有输出端，其内部设有搅拌装置，正侧面设有观察窗。

3.根据权利要求2所述的土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，其特征是：所述搅拌装置包括固定在集石破碎箱两侧板上的转轴，转轴上固定安装有沿转轴间隔排列的多组搅拌叶片，转轴的一端与减速机连接，减速机一端与动力机连接。

4.根据权利要求1所述的土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，其特征是：所述推进油缸为沿机壳内壁均布的32根双油缸，且分成16组。

5.根据权利要求1所述的土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，其特征是：所述密封刷数量有三道。

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