CN208431004U - 一种无管片拼装装置及盾构机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无管片拼装装置，包括端面用于与盾构机的推进油缸相抵的反力架和用于撑紧洞壁的径向可张紧且可缩回的撑紧机构，还包括用于调整反力架和撑紧机构的姿态的姿态油缸，姿态油缸的两端分别与反力架和撑紧机构铰接。该无管片拼装装置可以保证盾构机在硬岩地层施工时无需拼装管片。本实用新型还公开了一种包括上述无管片拼装管片的盾构机。该盾构机既能够在软土地层施工，又能在硬岩地层施工，其地质适应范围大，降低施工成本的同时减少了盾构始发准备工作和时间，提高了掘进速度。

Description

一种无管片拼装装置及盾构机

技术领域

本实用新型涉及隧道掘进装置技术领域，更具体地说，涉及一种无管片拼装装置。此外，本实用新型还涉及一种包括上述无管片拼装装置的盾构机。

背景技术

盾构机作为隧道掘进的专用工程机械，在地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程中得到广泛应用。

现有技术中的盾构机，主要通过在掘进的同时构建隧道之盾即沿隧道拼装管片，来为主机提供其前进或步进的反力。因此，盾构机主要被应用于黏土或软岩等软土地层的隧道施工。而对于硬岩地层的隧道施工来说，由于隧道壁本身具有足够的硬度及强度，无需拼装管片进行隧道衬砌就具有较好的安全性，且能够提供主机前进或步进的反力，因此，在硬岩地层施工时，通常不采用盾构机，而是采用敞开式TBM进行施工。

然而，对于施工距离较长的隧道来说，隧道地层的地质往往并不是单一的，通常是软土地层段和硬岩地层段同时存在。对于这种地层地质复杂的隧道来说，需要采用盾构机和敞开式TBM交替施工，这将增加始发准备工作和时间，严重制约掘进速度，同时增加施工成本。而如果单独采用现有的盾构机进行施工，则在硬岩地层段仍然拼装管片将造成始发准备工作、时间及成本的浪费，若不拼装管片，则将无法提供主机前进或步进的反力。

综上所述，如何提供一种能够为盾构机在硬岩地层施工时提供主机前进的反力的无管片拼装装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种无管片拼装装置，该无管片拼装装置能够为在硬岩地层施工的盾构机提供其掘进的反力。

本实用新型的另一目的是提供一种包括上述无管片拼装装置的盾构机，该盾构机既能够在软土地层工作，又能在硬岩地层工作，其地质适应范围大，降低施工成本的同时减少了盾构始发准备工作和时间，提高了掘进速度。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种无管片拼装装置，包括端面用于与盾构机的推进油缸相抵的反力架和用于撑紧洞壁的径向可张紧且可缩回的撑紧机构，还包括用于调整所述反力架和所述撑紧机构的姿态的姿态油缸，所述姿态油缸的两端分别与所述反力架和所述撑紧机构铰接。

优选地，所述撑紧机构包括与所述姿态油缸铰接的机架和设于所述机架上的至少一个撑靴环，每个所述撑靴环均包括若干块用于拼接成所述撑靴环的撑靴板，所述撑靴板通过撑紧油缸与所述机架相连，所述撑紧油缸的伸缩方向与所述撑靴环的径向一致。

优选地，每块所述撑靴板通过两个所述撑紧油缸与所述机架相连，两个所述撑紧油缸分别设置在所述撑靴板周向的两端。

优选地，每块所述撑靴板和所述机架之间还设有沿所述撑靴环的径向伸缩的伸缩套，所述伸缩套的一端与所述撑靴板相连，另一端与所述机架相连。

优选地，所述伸缩套与所述撑靴板的中心部相连，与所述撑靴板周向的两端分别相连的两个所述撑紧油缸相对于所述伸缩套对称设置。

优选地，所述撑靴环的个数至少为两个，所有所述撑靴环轴向并排设置。

优选地，所述机架设有用于与所述盾构机的拖拽油缸相连以带动所述撑紧机构前进的行走架。

优选地，所述反力架包括若干片用于拼接成所述反力架的钢管片，相邻两片所述钢管片通过连接件可拆卸连接。

优选地，所述姿态油缸的个数为若干个，若干个所述姿态油缸均布在所述反力架和所述撑紧机构之间。

一种盾构机，包括盾构机本体，还包括：

可活动地设于所述盾构机本体中的管片拼装机；

可拆卸地设于所述盾构机本体中、用于根据开挖隧道的地质类型与所述管片拼装机切换工作的无管片拼装装置，所述无管片拼装装置为上述任意一种无管片拼装装置。

本实用新型提供的无管片拼装装置，使用时，将反力架的端面与盾构机的推进油缸相抵，掘进时，使撑紧机构张紧，撑紧洞壁，推进油缸的顶推力直接作用于反力架，反力架通过姿态油缸与撑紧机构相连，姿态油缸将作用于反力架的顶推力传递至撑紧机构，撑紧机构依靠其与洞壁之间的摩擦力抵抗该顶推力，为推进油缸提供顶推反力，从而使盾构机前进，因此，该无管片拼装装置可以保证盾构机在硬岩地层施工时无需拼装管片。

本实用新型提供的盾构机包括管片拼装机和无管片拼装装置，在软土地层施工时，可以通过管片拼装机拼装的隧道管片来为盾构机提供其前进的顶推反力，在硬岩地层施工时，通过无管片拼装装置为盾构机提供前进的顶推反力。因此，该盾构机既能在软土地层施工，又能在硬岩地层施工，其地质适应范围大，降低施工成本的同时减少了盾构始发准备工作和时间，提高了掘进速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的无管片拼装装置具体实施例的剖视图；

图2为本实用新型所提供的无管片拼装装置具体实施例的主视图；

图3为本实用新型所提供的无管片拼装装置具体实施例的左视图；

图4为本实用新型所提供的盾构机在有管片推进模式下的示意图；

图5为本实用新型所提供的盾构机在拼装过渡环管片时的示意图；

图6为本实用新型所提供的盾构机在无管片拼装模式下的示意图；

图7为本实用新型所提供的盾构机在拆除无管片拼装装置、拼装过渡环管片时的示意图；

图8为本实用新型所提供的盾构机在再次回到有管片推进模式下的示意图。

图1至图8中的附图标记如下：

1为反力架、101为钢管片、102为连接件、2为撑紧机构、201为机架、202为撑靴板、203为撑紧油缸、204为伸缩套、3为姿态油缸、4为行走架、5为刀盘、6为盾体、7为推进油缸、8为主驱动、9为托梁、10为管片拼装机、11为螺旋输送机、12为洞壁、13为壁后填充材料、14为隧道管片、1401为管片分块、15为后配套系统、16为拖车滚轮、17为过渡环管片、18为锚杆、19为止水环、20为拖拽油缸、21为无管片拼装装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种无管片拼装装置，该无管片拼装装置能够为在硬岩地层施工的盾构机提供其掘进的反力。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述无管片拼装装置的盾构机，该盾构机既能够在软土地层工作，又能在硬岩地层工作，其地质适应范围大，降低施工成本的同时减少了盾构始发准备工作和时间，提高了掘进速度。

请参考图1至图8，为本实用新型的附图说明。本申请提供一种无管片拼装装置，包括端面用于与盾构机的推进油缸7相抵的反力架1和用于撑紧洞壁12的径向可张紧且可缩回的撑紧机构2，还包括用于调整反力架1和撑紧机构2的姿态的姿态油缸3，姿态油缸3的两端分别与反力架1和撑紧机构2铰接。

需要说明的是，本申请提供的无管片拼装装置主要用于盾构机，使盾构机在硬岩地层施工时无需拼装管片也能工作。为此，本申请中的无管片拼装装置包括用于撑紧洞壁12的撑紧机构2，工作时，依靠撑紧机构2与洞壁12之间的摩擦力来抵抗推进油缸7作用于反力架1上的顶推力，从而为盾构机提供其前进的顶推反力，使盾构机前进。

可以理解的是，撑紧机构2径向可张紧且可缩回，撑紧机构2张紧时，撑紧洞壁12，为盾构机提供其前进的顶推反力；撑紧机构2缩回时，与洞壁12具有一定的间隙，以便于无管片拼装装置的整体前移。本实施例对撑紧机构2的具体结构不做限定，只要撑紧机构2能够径向张紧撑紧洞壁12且可缩回即可。撑紧机构2的撑紧力需要满足设计指标，具体根据实际应用情况来定。撑紧机构2需要具有足够的强度和刚度，以抵抗其撑紧力，避免在撑紧时撑紧机构2碎裂等。

可以理解的是，反力架1的端面用于与推进油缸7的末端相抵，使推进油缸7的推进反力直接作用于反力架1上。工作时，推进油缸7顶在反力架1上，反力架1为推进油缸7提供顶推反力。反力架1需要具有较大的密度，以提高其质量，从而提高惯性，以抵抗推进油缸7的顶推力。

反力架1和撑紧机构2通过姿态油缸3相连，姿态油缸3用于传递从反力架1传来的推进油缸7的顶推力以及撑紧机构2与洞壁12之间的摩擦力。当洞壁12沿非直线延伸时，本申请可通过姿态油缸3调整撑紧机构2与反力架1的相对位置，以使撑紧机构2更好的撑紧洞壁12。

综上所述，本申请提供的无管片拼装装置，使用时，将反力架1的端面与盾构机的推进油缸7相抵，掘进时，使撑紧机构2张紧，撑紧洞壁12，推进油缸7的顶推力直接作用于反力架1，反力架1通过姿态油缸3与撑紧机构2相连，姿态油缸3将作用于反力架1的顶推力传递至撑紧机构2，撑紧机构2依靠其与洞壁12之间的摩擦力抵抗该顶推力，为推进油缸7提供顶推反力，从而使盾构机前进，因此，该无管片拼装装置可以保证盾构机在硬岩地层施工时无需拼装管片。

考虑到撑紧机构2的简单易于实现性，在上述实施例的基础之上，撑紧机构2包括与姿态油缸3铰接的机架201和设于机架201上的至少一个撑靴环；每个撑靴环均包括若干块用于拼接成撑靴环的撑靴板202，撑靴板202通过撑紧油缸203与机架201相连，撑紧油缸203的伸缩方向与撑靴环的径向一致。

也就是说，本实施例通过撑紧油缸203的伸缩来实现撑靴板202的径向张开和径向缩回。

可以理解的是，机架201对撑靴环起固定支撑的作用。优选地，机架201包括与姿态油缸3铰接的支撑环板和与支撑环板的轴线共线的支撑筒，撑靴环套设在支撑筒的外周，且撑靴板202的内壁与支撑筒的外壁之间设有撑紧油缸203，撑紧油缸203的两端分别与撑靴板202的内壁和支撑筒的外壁相连。撑紧油缸203的伸缩方向与撑靴环的径向一致，以使撑靴环沿着径向向外张开或径向缩回。

需要说明的是，本申请对撑靴环的宽度以及个数不做具体限定，撑靴环的宽度越宽或个数越多，则撑靴环撑紧时其与洞壁12的接触面积越大，两者之间的摩擦力越大。因此，可以通过选择合适的撑靴环的宽度及个数来保证撑靴环撑紧时其与洞壁12之间的摩擦力。

另外，本申请对组成每个撑靴环的撑靴板202的具体数量不做限定，优选地，每个撑靴环由八块撑靴板202组成。撑紧时，撑靴板202的外侧紧贴洞壁12，与洞壁12之间形成摩擦力。

考虑到撑靴板202随撑紧油缸203的伸长而撑紧洞壁12时受力的均衡性问题，在上述实施例的基础之上，每块撑靴板202通过两个撑紧油缸203与机架201相连，两个撑紧油缸203分别设置在撑靴板202周向的两端。

也就是说，本实施例中，每块撑靴板202由两个撑紧油缸203驱动，两个撑紧油缸203同步伸缩时，分别推动或拉动撑靴板202的周向的两端，以通过两端带动整个撑靴板202移动，提高整体运动的平稳性。

考虑到撑靴板202的周向长度较长时，为了避免撑靴板202两端受力导致中间部位变形等，在上述实施例的基础之上，每块撑靴板和机架201之间还设有沿撑靴环的径向伸缩的伸缩套204，伸缩套204的一端与撑靴板202相连，另一端与机架201相连。

也就是说，在两个撑紧油缸203之间设置伸缩套204，伸缩套204随着撑紧油缸203的伸缩而伸缩，从而使撑靴板202在撑紧油缸203和伸缩套204的共同作用下径向张开或径向缩回。伸缩套204既具有导向作用，又保证了撑靴板202两端之间的部位的强度，从而避免撑靴板202两端受力而造成撑靴板202中间部位的变形、弯折等。

作为一种优选方案，伸缩套204为方形伸缩套，方形伸缩套包括与机架201相连的第一套管和与撑靴板202相连的第二套管，第二套管可在第一套管内伸缩。

考虑到撑靴板202整体使用寿命的均一性，在上述实施例的基础之上，伸缩套204与撑靴板202的中心部相连，且与撑靴板202的周向的两端分别相连的两个撑紧油缸203相对于伸缩套204对称设置。

也就是说，撑靴板202两端的撑紧油缸203到撑靴板202中心部的力臂相等，而位于撑靴板202中心部的伸缩套204的支撑作用刚好可以平衡两端的力矩。

为了使所有撑靴环整体周向受力更均匀，在上述任意一项实施例的基础之上，撑靴环的个数为至少两个，所有撑靴环轴向并排设置。

考虑到撑紧机构2较重时前进的方便性问题，在上述实施例的基础之上，机架201设有用于与盾构机的拖拽油缸20相连以带动撑紧机构2前进的行走架4。

也就是说，当盾构机掘进一个步进距离后，本实施例通过拖拽油缸20带动撑紧机构2前进。

需要说明的是，行走架4用于与拖拽油缸20的一端铰接，拖拽油缸20的另一端用于与盾构机的托梁9铰接。使用时，当盾构机完成一环管片的步进距离后，撑紧油缸203缩回，带动撑紧机构2缩回，然后通过拖拽油缸20拉动行走架4移动并带动无管片拼装装置整体前进一环管片的步进距离。

为了拆卸和安装的方便，在上述实施例的基础之上，反力架1包括若干片用于拼接成反力架1的钢管片101，相邻两片钢管片101通过连接件102可拆卸连接。

优选地，反力架1由六块钢管片101拼装而成，钢管片101的外侧为圆弧形，拼装完成后形成反力架1的圆形外壁；钢管片101的内侧为直线形，拼装完成后形成反力架1的六边形内壁。

考虑姿态油缸3的具体数量及分布形式，在上述实施例的基础之上，姿态油缸3的个数为若干个，若干个姿态油缸3均布在反力架1和撑紧机构2之间。

优选地，姿态油缸3的个数为18个。

除了上述无管片拼装装置，本实用新型还提供一种盾构机，包括盾构机本体，还包括：

可活动地设于盾构机本体中的管片拼装机10；

可拆卸地设于盾构机本体中、用于根据开挖隧道的地质类型与管片拼装机10切换工作的无管片拼装装置21，该无管片拼装装置21为上述任意一个实施例公开的无管片拼装装置。该盾构机还包括刀盘5、盾体6、推进油缸7、主驱动8、托梁9、螺旋输送机11、隧道管片14、管片分块1401、后配套系统15、拖车滚轮16等结构，这些结构请参考现有技术，本文不再赘述。

也就是说，本实施例提供盾构机不仅包括管片拼装机10，在软土地层施工时可以通过管片拼装机10拼装管片来为其提供前进的顶推反力，还包括无管片拼装装置21，盾构机在硬岩地层施工时，利用无管片拼装装置21为其提供前进的顶推反力。因此，该盾构机既能在软土地层施工，又能在硬岩地层施工，其地质适应范围大，降低施工成本的同时减少了盾构始发准备工作和时间，提高了掘进速度。

请参考图4至图8，为上述盾构机处于不同的施工状态时的示意图。上述盾构机的施工方法如下：

当盾构机在硬岩地层施工时，在将上述任意实施例公开的无管片拼装装置21的各个部件、液压和电气管线安装完毕后，伸长撑紧机构2，使撑紧机构2撑紧在洞壁12上，直至撑紧机构2的撑紧力达到设计指标；然后伸出推进油缸7的活塞杆直至其末端抵紧反力架1的端面；将管片拼装机10退回到盾构机的托梁9最前端并锁定；转动盾构机的刀盘5并启动盾构机，逐渐提高推进油缸7的压力直至预期掘进压力值，掘进机开始掘进，完成一个步进循环的掘进距离后，停机；缩回撑紧机构2；缩回拖拽油缸20，使拖拽油缸20拖动无管片拼装装置前进一个步进循环的掘进距离，再进行下一个步进循环，直至在硬岩地层施工完成。

当盾构机在软土地层施工时，采用管片拼装机10进行隧道管片14拼装，并在隧道管片14的背面与隧道壁之间的空隙中注入壁后填充材料13，以加固隧道管片14，通过隧道管片14为盾构机提供其前进的顶推反力。

当盾构机从软土地层转入硬岩地层时，也即盾构机从有管片推进工作模式转换为无管片推进工作模式时，首先采用管片拼装机10在已拼装完成的隧道管片14的前端拼装过渡环管片17，过渡环管片17与隧道管片14通过螺栓轴向固定；为了防止地层渗水，在过渡环管片17前端加装止水环19；然后对过渡环管片17进行加固，具体地，向过渡环管片17与隧道壁的间隙之间注入壁后填充材料13，并向隧道壁面打入锚杆18，锚杆18的数量根据实际需要来选择；最后，依次按照反力架1、姿态油缸3、撑紧机构2的顺序安装无管片拼装装置21，安装完成后，撑紧机构2的后端应与已拼装完成的过渡环管片17之间预留一定的调整间隙。

当盾构机从硬岩地层转入软土地层时，也即盾构机从无管片推进工作模式转换为有管片推进工作模式时，首先依次按照撑紧机构2、姿态油缸3、反力架1的顺序拆除无管片拼装装置21；再采用管片拼装机10拼装过渡环管片17，本申请对过渡环管片17的数量不做限定，优选地，过渡环管片17的数量至少为两环；再对过渡环管片17进行加固，加固方式可以采用上述加固方式。

需要说明的是，本申请中术语“前端”、“后端”等指示的方位或关系是与盾构机的掘进方向相一致的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的无管片拼装装置及盾构机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无管片拼装装置，其特征在于，包括端面用于与盾构机的推进油缸(7)相抵的反力架(1)和用于撑紧洞壁(12)的径向可张紧且可缩回的撑紧机构(2)，还包括用于调整所述反力架(1)和所述撑紧机构(2)的姿态的姿态油缸(3)，所述姿态油缸(3)的两端分别与所述反力架(1)和所述撑紧机构(2)铰接。

2.根据权利要求1所述的无管片拼装装置，其特征在于，所述撑紧机构(2)包括与所述姿态油缸(3)铰接的机架(201)和设于所述机架(201)上的至少一个撑靴环，每个所述撑靴环均包括若干块用于拼接成所述撑靴环的撑靴板(202)，所述撑靴板(202)通过撑紧油缸(203)与所述机架(201)相连，所述撑紧油缸(203)的伸缩方向与所述撑靴环的径向一致。

3.根据权利要求2所述的无管片拼装装置，其特征在于，每块所述撑靴板(202)通过两个所述撑紧油缸(203)与所述机架(201)相连，两个所述撑紧油缸(203)分别设置在所述撑靴板(202)周向的两端。

4.根据权利要求3所述的无管片拼装装置，其特征在于，每块所述撑靴板(202)和所述机架(201)之间还设有沿所述撑靴环的径向伸缩的伸缩套(204)，所述伸缩套(204)的一端与所述撑靴板(202)相连，另一端与所述机架(201)相连。

5.根据权利要求4所述的无管片拼装装置，其特征在于，所述伸缩套(204)与所述撑靴板(202)的中心部相连，与所述撑靴板(202)周向的两端分别相连的两个所述撑紧油缸(203)相对于所述伸缩套(204)对称设置。

6.根据权利要求2-5任一项所述的无管片拼装装置，其特征在于，所述撑靴环的个数至少为两个，所有所述撑靴环轴向并排设置。

7.根据权利要求6所述的无管片拼装装置，其特征在于，所述机架(201)设有用于与所述盾构机的拖拽油缸(20)相连以带动所述撑紧机构(2)前进的行走架(4)。

8.根据权利要求6所述的无管片拼装装置，其特征在于，所述反力架(1)包括若干片用于拼接成所述反力架(1)的钢管片(101)，相邻两片所述钢管片(101)通过连接件(102)可拆卸连接。

9.根据权利要求8所述的无管片拼装装置，其特征在于，所述姿态油缸(3)的个数为若干个，若干个所述姿态油缸(3)均布在所述反力架(1)和所述撑紧机构(2)之间。

10.一种盾构机，包括盾构机本体，其特征在于，还包括：

可活动地设于所述盾构机本体中的管片拼装机(10)；

可拆卸地设于所述盾构机本体中、用于根据开挖隧道的地质类型与所述管片拼装机(10)切换工作的无管片拼装装置(21)，所述无管片拼装装置(21)为权利要求1-9任一项所述的无管片拼装装置。