CN209228370U - 一种小转弯半径的盾构机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小转弯半径的盾构机，包括前盾、中盾、波形管状结构以及不少于8个的主推进油缸；所述前盾与中盾之间通过波形管状结构进行连接，波形管状结构的一端与前盾固定连接，波形管状结构的另一端与中盾固定连接；所述主推进油缸与盾构机轴向中心线平行，围绕中盾轴向中心线等距离圆环布置于中盾内，主推进油缸缸体与中盾固定连接；所述前盾设置有前盾隔板，主推进油缸的活塞杆与前盾隔板通过球面铰连接。本实用新型不仅缩小了盾构机转弯半径，且无需再单独设置密封装置即可避免转向连接结构处出现漏土渗水。同时，主推进油缸与前盾连接的平面铰变为球面铰，消除了盾构机转向时平面铰接处的侧应力，增加了铰接装置的使用寿命。

Description

一种小转弯半径的盾构机

技术领域

本实用新型是一种盾构机，具体涉及一种小转弯半径的盾构机，属于隧道掘进的设备技术领域。

背景技术

盾构机的盾体通常包括由刀盘、前盾（即切口环）、中盾（即支承环）和尾盾四个部分。在盾构施工过程中经常需要盾构机转向来完成曲线型隧道的施工或者隧道施工过程中的纠偏工作。传统的盾构机转向结构设置在中盾（即支承环）与尾盾之间，并通过连接中盾和尾盾的数个铰接油缸负责转向工作。但其作业过程中存在以下两方面问题：（1）转向连接结构设置在中盾与盾尾之间，在转向连接机构之前存在数米长的盾构机前部结构（即刀盘、前盾和中盾），导致盾构机的转弯半径过大，转向不够灵活。（2）传统盾构机在其转向结构上必须设置密封装置才能保证在作业过程中不会出现漏土渗水等情况出现。

中国专利CN208364124U公开了一种具有多节球面铰接结构的盾构机，并具体公开了采用多节球面铰接结构，解决了转向连接结构设置在中盾与盾尾之间，导致盾构机转弯半径过大的问题。但是，其在所设置的转向连接结构为球面铰，球面铰的活动连接处仍然存在空隙，需要通过密封装置才能避免盾构机发生漏土或渗水问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种小转弯半径的盾构机，在前盾和中盾之间设置波形管状结构作为转向连接结构，不仅缩小了盾构机的转弯半径，而且无需再单独设置密封装置即可以避免CN208364124U的技术方案中将球面铰作为转向连接结构时该结构会出现漏土渗水问题。同时，本实用新型通过将主推进油缸与前盾连接的平面铰变更为球面铰，消除了盾构机转向时平面铰接处受到的侧应力，使盾构机的转向更加灵活，同时增加了铰接装置的使用寿命。此外，由于将盾构机的转向机构设置在了前盾与中盾之间，主推进油缸不仅能够提供盾构机前进的动力，同时主推进油缸还可以提供转向动力，可以不再在中盾与盾尾处设置提供转向动力的铰接油缸，进而节约设备制造成本和降低故障率。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种小转弯半径的盾构机，包括前盾、中盾、波形管状结构以及不少于8个的主推进油缸；所述前盾与中盾之间通过波形管状结构进行连接，波形管状结构的一端与前盾固定连接，波形管状结构的另一端与中盾固定连接；主推进油缸与盾构机轴向中心线平行，围绕中盾轴向中心线等距离圆环布置于中盾内，主推进油缸缸体与中盾固定连接；所述前盾设置有前盾隔板，主推进油缸的活塞杆与前盾隔板通过球面铰连接。当盾构机转向时，在主推进油缸的推动下，前盾开始偏转，波形管状结构产生弯曲形变，最终实现使盾构机转向的目的。本实用新型在盾构机的前盾和中盾之间设置波形管状结构作为转向连接结构，这与CN208364124U的技术方案在实现盾构机小半径转弯的原理是类似，都是通过在盾体各段之间设置活动连接结构，来提高盾构机盾体的摆动幅度，提高盾构机的转向能力，缩小盾构机的转弯半径。同时，将转向连接结构设置在前盾和中盾之间，与传统盾构机的转向连接结构设置在中盾与尾盾之间不同，通过转向点的前移（从中盾后端前移到了中盾前端），实现了转点位置的前移。由上述两个点可知，达到了减小盾构机的转弯半径的目的，但本实用新型的转向连接结构从CN208364124U的球面铰接结构改为了波形管状结构，由于该结构自身不存在缝隙，避免了CN208364124U采用的球面铰接结构自身的缝隙。同时，由于波形管状结构与前盾、中盾均为固定连接，能够做到很好的密封效果，从而避免了转向结构处出现漏土渗水的问题。再者，由于主推进油缸的活塞杆与前盾通过球面铰连接，使主推进油缸不仅能够提供向前的推力，还能通过调整各个主推进油缸的活塞杆伸长量来提供盾构机的转向推力，盾构机不用再另外设置提供转向推力的铰接油缸。此外，由于主推进油缸的活塞杆与前盾通过球面铰连接，不仅实现了控制转向的功能，而且还避免了平面铰接的侧应力对铰的破坏，真正实现了盾构机的灵活转向。

进一步的说，所述中盾前端通过波形管状结构连接前盾，于中盾后端连接有尾盾，所述中盾与尾盾之间设置有与前盾和中盾之间相同的波形管状结构；所述中盾与尾盾之间设置不少于8个主推进油缸；所述主推进油缸与盾构机轴向中心线平行，围绕中盾轴向中心线等距离圆环布置于中盾内，主推进油缸缸体与中盾固定连接；所述尾盾设置有尾盾隔板，主推进油缸的活塞杆与尾盾隔板通过球面铰连接。

再进一步的说，本实用新型所述的盾构机，所述前盾与波形管状结构为焊接；所述中盾与波形管状结构为焊接。

再进一步的说，本实用新型所述的盾构机，所述波形管状结构为钢质波纹管。

再进一步的说，本实用新型所述的盾构机，所述球面铰由铰盖，铰球和铰座组成，铰球置于铰盖和铰座配合形成的凹槽内，铰盖与铰座采用螺栓连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）采用波形管状结构达到了让前盾和中盾之间自由转向的目的，通过转向连接点的前移以及扩大转向连接结构的可转向幅度，缩小了盾构机的转弯半径，有效解决了传统盾构机转向机构设置于中盾与尾盾之间导致转弯半径过大，不利于线路设计的问题。同时还解决了中国专利CN208364124U中盾体采用球面铰作为转向连接结构存在缝隙，需要设置密封结构的问题。

（2）通过采用主推进油缸缸体与中盾固定连接，主推进油缸的活塞杆与前盾通过球面铰连接，实现了主推进油缸同时提供转向动力，中盾和盾尾可以不再单独设置用于提供转向动力的铰接油缸，节约设备制造成本的有益效果。

（3）主推进油缸的活塞杆采用球面铰与前盾连接，扩大了转向范围，有效避免了采用平面铰支座在转向时受到侧应力而产生破坏的问题。

附图说明

图1为本实用新型的波形管状结构与前盾、中盾连接的局部示意图。

图2为本实用新型的波形管状结构立体图。

图3为本实用新型的盾构机转向过程中状态转换的俯视图。

图4为本使用新型实施例2的局部剖面图。

图5为本实用新型中球面铰的结构剖面图。

图6为垂直于盾构机中轴线的中盾剖面图。

其中，1—前盾；11—前盾隔板；2—中盾；3—波形管状结构；4—主推进油缸；41—主推进油缸缸体；42—活塞杆；5—后盾；51—后盾隔板；6—球面铰；61—铰球；62—铰盖；63—铰座；64—铰盖与铰座配合形成的凹槽。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

参照图1，一种小转弯半径的盾构机，包括前盾1、中盾2、波形管状结构3以及不少于8个的主推进油缸4；所述前盾1与中盾2之间通过波形管状结构3进行连接，波形管状结构3的一端与前盾1固定连接，波形管状结构3的另一端与中盾2固定连接；主推进油缸4与盾构机轴向中心线平行，围绕中盾2轴向中心线等距离圆环布置于中盾2内，主推进油缸缸体41与中盾2固定连接；所述前盾1设置有前盾隔板11，主推进油缸4的活塞杆42与前盾隔板11通过球面铰6连接；

图6为垂直于盾构机中轴线的中盾剖面图，主推进油缸4在盾构机轴向上围绕中盾2轴向中心线等距布置。

图5为球面铰6的剖面图，球面铰6主要由铰盖62，铰球61和铰座63组成，通过螺栓连接方式进行配合，铰盖62与铰座63配合后形成凹槽64，铰球61置于凹槽64内。

基本工作原理：参考日常最常见的波形管状结构——波纹管可知，该类结构在轴向上受拉或受压时均非常容易产生弹性形变，具有良好的弯曲性能（波纹管极限状态下可360°弯曲）。

本实施例正是利用波形管状结构3受压和受拉时容易产生弹性形变，弯曲性能好的特性，在盾构机需要转向时，处于图3左侧状态，由盾构机的导向系统计算机根据盾构机的当前状态、地质情况以及隧道线形计算出需要的转向角度以及转向所需的各个位置主推进油缸4的推力和活塞杆42的伸长量。根据计算结果对8个主推进油缸4的活塞杆42的伸长量进行调整，以中盾2的轴向中线为界，位于拟转向侧的主推进油缸4活塞杆42逐步缩小伸长量，前盾1与中盾2之间在该侧的间距缩小，波形管状结构3在该侧被压缩；非转向侧的主推进油缸4的活塞杆42逐步增加伸长量，波形管状结构3在该侧被拉伸；中盾2轴向中线的上下两个主推进油缸活塞杆可以处于浮动状态，不主动进行动作，或根据计算结构主动调整主推进油缸的活塞杆42到适合的长度。通过不同位置的主推进油缸4的活塞杆42的不同动作，前盾1在转向侧与非转向侧受到不同的推力，产生推力差，推动前盾1进行偏转，而波形管状结构也随之产生弹性形变，使前盾的偏转不会收到中盾的约束，最终转换到图3右侧状态，在前盾1的偏转达到预定位置和角度后，由计算机重新计算后续阶段主推进油缸4的状态并重新进行调整活塞杆42，完成转向后半阶段（即回复直线状态）。

波形管状结构3的增加，使前盾与中盾之间的刚性连接改为了柔性连接，解决了传统盾构机整体均为刚性连接，机体摆动幅度由于盾体为刚性连接而受到严重限制的问题，增大了盾体的摆动幅度，使盾体的连接结构不再成为盾构机转向中限制其转向幅度的结构，扩大了盾构机转向的角度范围，减小了盾构机的转弯半径。

公知的，以波纹管为代表的波形管状结构3，其本身是完全密封（有特别需要而开设孔洞的除外），无任何孔隙或缝隙。因此，将其作为连接结构，保证了盾构机的密封性，不需要再设置额外的密封装置。

实施例2：

参照图4，在实施例1的基础上，在中盾2连接有尾盾5，中盾2与尾盾5之间增设一套波形管状结构3，在中盾2与尾盾5之间增设不少于8个主推进油缸4。实施例2的工作原理与实施例1基本相同，但由于增设的波形管状结构3和主推进油缸4。将波形管状结构增加到了两个，主推进油缸由一套增加为两套，即在盾构机盾体长度不变的情况下，盾体上的柔性连接点从一个增加到了两个，即转向点从一个增加到了两个，使转向角度范围又扩大了一倍，进一步扩大了盾构机的转向幅度，进一步增加了盾构机的灵活性。

优选的，所述前盾1与波形管结构3为焊接；所述中盾2与波形管结构3为焊接。

优选的，所述波形管状结构3为钢质波纹管。

优选的，所述球面铰6主要由铰盖62，铰球61和铰座63组成，铰球61置于铰盖62和铰座63配合形成的凹槽64内，铰盖62与铰座63采用螺栓连接。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种小转弯半径的盾构机，其特征在于：包括前盾（1）、中盾（2）、波形管状结构(3)以及不少于8个的主推进油缸(4)；所述前盾(1)与中盾(2)之间通过波形管状结构(3)进行连接，波形管状结构(3)的一端与前盾(1)固定连接，波形管状结构(3)的另一端与中盾(2)固定连接；所述主推进油缸(4)与盾构机轴向中心线平行，围绕中盾（2）轴向中心线等距离圆环布置于中盾（2）内，主推进油缸缸体(41)与中盾(2)固定连接；所述前盾（1）设置有前盾隔板(11)，主推进油缸(4)的活塞杆 (42)与前盾隔板(11)通过球面铰(6)连接。

2.如权利要求1所述的一种小转弯半径的盾构机，其特征在于：所述中盾（2）前端通过波形管状结构（3）连接前盾（1），于中盾（2）后端连接有尾盾（5）；所述中盾（2）与尾盾（5）之间设置有与前盾（1）和中盾（2）之间相同的波形管状结构（3）；所述中盾（2）与尾盾（5）之间设置不少于8个主推进油缸（4）；所述尾盾（5）设置有尾盾隔板（51），主推进油缸(4)的活塞杆（42）与尾盾隔板（51）通过球面铰（6）连接。

3.如权利要求1所述的一种小转弯半径的盾构机，其特征在于:所述前盾（1）与波形管状结构（3）为焊接；所述中盾（2）与波形管状结构（3）为焊接。

4.如权利要求1所述一种小转弯半径的盾构机，其特征在于:所述波形管状结构（3）为钢质波纹管。

5.如权利要求1所述一种小转弯半径的盾构机，其特征在于:所述球面铰（6）由铰盖（62），铰球（61）和铰座（63）组成，铰球（61）置于铰盖（62）和铰座（63）配合形成的凹槽（64）内，铰盖（62）与铰座（63）采用螺栓连接。