CN210068164U - 一种在分布式增阻掘进机上应用的防困装置及掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置及掘进机，其中掘进机的构成至少包括第一增阻管(1)和第二增阻管(2)，二者通过液压缸(3)相连；每个增阻管中布置有多个增阻块(11)；防困装置包括：导向管(4)和防困杆(5)；导向管(4)穿过增阻管的管壁且周圈与管壁固定；防困杆(5)的一端带有凸台，凸台的横截面尺寸大于导向管(4)横截面的内部尺寸；另一端呈尖状，能够从导向管(4)中向外伸出并能够插入外侧岩土体中。在掘进机受困时，通过增阻管外伸的防困杆插入周围岩土体中，能够增加本节的反作用力，提高了利用相邻管之间内部环向布置的液压缸的推或拉作用给邻近节管的前行运动所提供的推或拉力，助使邻近节筒向前运动。

Description

一种在分布式增阻掘进机上应用的防困装置及掘进机

技术领域

本实用新型涉及属于非开挖隧道或管道施工技术领域，尤其涉及一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置及相应的掘进机。

背景技术

目前，地下隧道工程的修建大量采用盾构施工法和顶管施工法施工，这些施工方法均需对掘进装置后方的人工构筑物施加反作用压力才能前行。

随着新技术的发展，最近出现了在软弱岩石或土体中不需要后方的人工构筑物就可前行开挖隧道的掘进技术和装备，这种施工方法中通常使用多节分布式增阻掘进机进行隧道开挖，其通过如下形式的自行驱动前行式掘进机实现：

这种分布式增阻自行进式掘进机通常至少有二节增阻管组成，增阻管的外周分布式布置有多个可伸缩增阻块。

在使用这种分布式增阻掘进机自主掘进过程中，通过届时伸出管周外侧的增阻块向土体挤入施压，获得能推(或拉)动相邻节前行的反作用力，通过在该增阻管与其相邻管之间内部环向布置的多个液压缸推动或拉动另一个管节前行，从而使掘进机完成自主前行。

然而，当周围岩土体与掘进机的增阻管上的增阻块不能紧密接触时，则会导致周围岩土体与增阻管之间产生的轴向推或拉反作用力(统称为增阻力)不足，此时不能使增阻管的相邻筒向前运动，反而在液压缸的作用下发生增阻管的向后运动，最终导致该隧道掘进机受困，不能完成自主前行，需人工干预才能继续前行。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置及掘进机，其能够在掘进机受困时，提供前行的助力，从而能够保证掘进机的自主前行。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

本实用新型提供一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置，其中的掘进机至少包括第一增阻管和第二增阻管，二者通过液压缸相连；每个增阻管中布置有多个增阻块；其中，所述防困装置包括：

导向管和防困杆；

所述导向管穿过增阻管的管壁且周圈与管壁固定；

所述防困杆的一端带有凸台，所述凸台的横截面尺寸大于所述导向管横截面的内部尺寸；另一端呈尖状，能够从导向管中向外伸出并能够插入外侧岩土体中。

更优选地，所述防困杆的轴线方向与掘进机前行方向之间的夹角β满足：180°>β≥90°，且所述防困杆的轴线投影与掘进机轴线平行或重合。

更优选地，所述防困杆的尖状部分为圆锥状或棱锥状。

更优选地，所述防困杆的中间部分的横断面是矩形、圆形、三角形、椭圆形、多边形、扇形、弓形中的任意一种。

更优选地，所述防困装置还包括：

固定在第一增阻管和第二增阻管的管壁和所述导向管间的加强肋。

更优选地，所述防困杆为多个，均匀或非均匀布置在第一增阻管或第二增阻管的周向。

本实用新型还提供一种分布式增阻隧道掘进机，其中，所述掘进机至少包括第一增阻管、第二增阻管和防困装置；

所述第一增阻管和第二增阻管通过液压缸相连；每个增阻管中布置有多个增阻块；

所述防困装置包括：导向管和防困杆；

所述导向管穿过增阻管的管壁且周圈与管壁固定；

所述防困杆的一端带有凸台，所述凸台的横截面尺寸大于所述导向管横截面的内部尺寸；另一端呈尖状，能够从导向管中向外伸出并能够插入外侧岩土体中。

更优选地，所述防困杆的轴线方向与掘进机前行方向之间的夹角β满足：180°>β≥90°，且所述防困杆的轴线投影与掘进机轴线平行或重合。

由上述本实用新型的技术方案可以看出，本实用新型具有如下技术效果：

在掘进机受困时，通过增阻管外伸的防困杆插入周围的岩土体中，能够增加本节的反作用力，提高了利用相邻管之间内部环向布置的液压缸的推或拉作用给邻近节管的前行运动所提供的推或拉力，助使邻近节筒向前运动。进而能够保证掘进机在岩土体中自主前行开挖隧道。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中的C-C视图；

图3为图1中的D-D视图；

图4-1为本实用新型中的防困杆的主视图；

图4-2为本实用新型中的防困杆的侧视图；

图5-1为包括A增阻管和B增阻管的掘进机的工作状况示意图；

图5-2为图5-1中的C-C视图；

图5-3为图5-1中的D-D视图；

图6-1为包括两个增阻管和一个普通管的掘进机的工作状况示意图；

图6-2为图6-1中的C-C视图。

附图中：

第一增阻管1、第二增阻管2、液压缸3、导向管4、防困杆5；增阻块11、耳板12。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案更为清晰，下面结合附图对本实用新型做详细地说明。

实施例一：

本实施例一提供一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置，其结构如图1至图3所示，其中的掘进机至少包括第一增阻管1和第二增阻管2。其中每个增阻管的外圈布置有多个增阻块11，需要增阻时，通过动力设备驱动该增阻块11伸出至增阻管的管壁外侧，不需要增阻时，则缩回至增阻管中。在两个增阻管内部均环向布置有耳板12，用于连接液压缸3；液压缸3与耳板12通过铰接方式安装。耳板12有一个或多个，与耳板12对应安装的液压缸3也相应的为一个或多个。利用液压缸3能够推动或拉动其中一个增阻管沿着隧道开挖方向前行。

其中的防困装置包括：导向管4和防困杆5。

导向管4为空心管或实心杆，其为多个，穿过增阻管的管壁。为了加强该导向管4的抗弯能力，在增阻管的管壁与该导向管4件设置加强肋。

防困杆5由金属材料制成，其可以是空心结构，也可以是实心结构。防困杆5的结构如图4所示，其一端带有凸台，该凸台的横截面尺寸大于导向管4横截面的内部尺寸，以阻止防困杆5从导向管4中脱出；该防困杆5的另一端为尖状，能够自增阻管内部从导向管4中向外伸出并插入增阻管外侧岩土体中。防困杆5中间部分的横断面可以是矩形、圆形、三角形、椭圆形、多边形、扇形、弓形中的任意一种。

上述防困杆5的尖状部分可以是圆锥状，也可以是棱锥状。

上述防困杆5可以通过设置在增阻管内部的动力驱动设备推动其伸出导向管4并插入增阻管外侧岩土体中，也可通过人工楔入增阻管外侧的岩土体中。该动力驱动设备可以是液压驱动设备，也可以是螺旋推杆电力驱动设备等。

上述防困杆5的轴线方向与掘进机前行方向之间的夹角β满足：180°>β≥90°，且该防困杆5的轴线投影与掘进机轴线平行或重合。这样在掘进机前行过程中，通过第一增阻管1上防困杆5的阻挡，能够提供反力阻止相邻第二增阻管2后退，保证推或拉相邻管向前动作。

上述防困杆5均匀或非均匀布置在第一增阻管1的周向，其可对齐布置，也可以错开布置。

上述是以掘进机包括一个第一增阻管1和第二增阻管2为例进行说明的，然而本申请并不局限于此，该掘进机还可以包括更多的增阻管和普通管。

实施例二：

本实用新型实施例二提供一种分布式增阻隧道掘进机，其至少包括第一增阻管1、第二增阻管2以及防困装置。其中第一增阻管1和第二增阻管2的外圈均布置有多个增阻块11，内部均环向布置有耳板12，用于连接液压缸3；液压缸3与耳板12通过铰接方式安装。耳板12有一个或多个，与耳板12对应安装的液压缸3也相应的为一个或多个。利用液压缸3能够推动或拉动其中一个增阻管沿着隧道开挖方向前行。其中的防困装置包括：导向管4和防困杆5。导向管4为空心管或为实心杆，其为多个，穿过增阻管的管壁。防困杆5的一端带有凸台，该凸台的横截面尺寸大于导向管4横截面的内部尺寸，以阻止防困杆5从导向管4中脱出；另一端为尖状，能够自增阻管内部从导向管4中向外伸出并插入增阻管外侧岩土体中。其中的防困杆5的结构以及布置情况与实施例一中的相关描述相同，这里不再详细描述。

本实用新型的工作过程如下：

在掘进机至少包括两个增阻管情况下，掘进机正常掘进自主前行过程中，其中一个增阻管上的增阻块与周围岩土体紧密接触，为另一个增阻管前行提供反力，推动另一个增阻管前行或拉动另一个增阻管靠近自己的尾部。

当其中一个增阻管的增阻块与周围岩土体不能紧密接触导致掘进机自主前行受困时，启动动力驱动设备，带动这个增阻管内部的防困杆5外伸并插入外围岩土体中，利用两个增阻管相邻处的液压缸组推动或拉动另一个增阻管，使另一个增阻管脱离前行拉力或推力不足的受困状态。

下面结合附图5-1、图5-2、图5-3、图6-1和图6-2来详细说明本实用新型的工作情况：

如图5-1、图5-2和图5-3所示，给出了包括A增阻管和B增阻管两节管的掘进机挖掘隧道岩土体的情形，A增阻管布置在掘进工作面一侧，B增阻管布置在开挖完的隧道一侧。

在开挖隧道过程中，A增阻管和B增阻管之间的液压缸3回缩时，A增阻管外侧伸出了增阻块，但是仍然不能为增阻管B提供前行拉力，A增阻管反而在拉动B增阻管前行时出现A增阻管向后滑动或原地不动的情形，此时说明B增阻管得到的拉力不足以前行而被困。

此时需要A增阻管外伸多根防困杆5插入周围的岩土体内，不使A增阻管滑动，从而提高拉动B增阻管的反作用力，然后利用A增阻管与B增阻管之间的液压缸组拉动A增阻管前行，使B增阻管脱离受困状态。而B增阻管是要被拉动前行的，因此它要最大程度地减轻前行阻力，不仅不能外伸防困杆5，还要把所有伸出的增阻块全收缩回来与自己管壁的外壳齐平，以降低被拉动前行过程中的阻力。

由于防困杆5是增阻管发生被困住时使用的，当增阻管不使用它时，可以把它抽出来放在其它地方，图5-3就表示了B增阻管中撤掉防困杆5后的状态。

同理，当A增阻管得不到B增阻管足够的推力而被困不能前行时，即B增阻管外侧的增阻块不能为A增阻管的前行提供推力，反而在推动A增阻管前行时出现B增阻管后退或原地不动的情形。此情况下在B增阻管上外伸多根防困杆5插入周围的岩土体内，为阻止B增阻管后退提供助力，然后利用A增阻管与B增阻管二节管内部沿周向布置的液压缸组推动A增阻管脱离受困状态。上述助力大小可根据防困杆5伸出的深度和数量调整助力的大小。

当A增阻管与B增阻管二节管均受困时，按照上述方法交替使用A增阻管与B增阻管上的防困杆，分别使掘进机的不同管节脱离受困区。

如图6-1和图6-2所示，给出了外周有增阻块的A增阻管和B增阻管以及外周没有增阻块的A1普通管共三个管节的掘进机开挖隧道的实例。

以掘进机前进方向向后排序，靠近掘进工作面的为A1普通管，紧随A1普通管的是A增阻管，最后是B增阻管。A1普通管与A增阻管之间内部沿周向布置有液压缸组。A增阻管和B增阻管之间内部沿周向布置的有液压缸组。

当A增阻管不能前行被困，即B增阻管外侧的增阻块不能为A增阻管的前行提供足够推力，在推动A增阻管前行或在推动普通管A1前行出现B节后退时，将B增阻管的防困杆5外伸插入周围的岩土体内，利用A增阻管和B增阻管之间的多组液压缸3推动A增阻管前行；同时也可以将A1普通管的防困杆5外伸插入周围的岩土体内，以提高对A增阻管的拉力，使A增阻管在前方受拉力和后方受推力联合作用下，尽快脱离受困状态前行；

当B增阻管不能前行被困，即A增阻管外侧的增阻块不能为B增阻管的前行提供足够拉力，在拉动B增阻管前行过程中出现A增阻管后退时，将A增阻管上防困杆5外伸插入周围的岩土体内，利用A增阻管与B增阻管之间的多组液压缸3拉动B增阻管脱离受困状态；同时也可以将A1普通管的防困杆5外伸插入周围的岩土体内，以加大对B增阻管的拉力。

当A增阻管、B增阻管二节均受困时，交替使用上述方法，分别将掘进机的不同管节脱离受困区。

而A1普通管不能前行受困或对工作面岩土体压力不足时，将A增阻管、B增阻管二节的防困杆5均外伸，使A1普通管脱困或增大A1普通管对掘进机前方工作面岩土体的压力。

由上述本申请提供的实施例可以看出，本实用新型在分布式增阻式掘进机受困时，通过调节不同增阻管的外伸防困杆插入周围的岩土体中的次序，能够增加掘进机分节前行时各节得到的助力，利用相邻筒之间内部环向布置的液压缸的推或拉作用给邻近节筒的前行运动提供推或拉力，提高了邻近节筒向前运动的可靠性，进而从整体上提高了掘进机在岩土体中自主前行开挖隧道的应用程度。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本实用新型的。在不脱离本实用新型之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本实用新型之保护范围。因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (7)

1.一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置，其中的掘进机至少包括第一增阻管(1)和第二增阻管(2)，二者通过液压缸(3)相连；每个增阻管中布置有多个增阻块(11)；其特征在于，所述防困装置包括：

导向管(4)和防困杆(5)；

所述导向管(4)穿过增阻管的管壁且周圈与管壁固定；

所述防困杆(5)的一端带有凸台，所述凸台的横截面尺寸大于所述导向管(4)横截面的内部尺寸；另一端呈尖状，能够从导向管(4)中向外伸出并能够插入外侧岩土体中。

2.根据权利要求1所述的一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置，其特征在于，

所述防困杆(5)的轴线方向与掘进机前行方向之间的夹角β满足：180°>β≥90°，且所述防困杆(5)的轴线投影与掘进机轴线平行或重合。

3.根据权利要求1所述的一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置，其特征在于，

所述防困杆(5)的尖状部分为圆锥状或棱锥状。

4.根据权利要求1所述的一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置，其特征在于，

所述防困杆(5)的中间部分的横断面是矩形、圆形、三角形、椭圆形、多边形、扇形、弓形中的任意一种。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置，其特征在于，所述防困装置还包括：

固定在第一增阻管和第二增阻管的管壁和所述导向管(4)间的加强肋。

6.根据权利要求1所述的一种在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置，其特征在于，

所述防困杆(5)为多个，均匀或非均匀布置在第一增阻管(1)或第二增阻管(2)的周向。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的在分布式增阻隧道掘进机上应用的防困装置所应用的一种分布式增阻隧道掘进机，其特征在于，

所述掘进机至少包括第一增阻管(1)、第二增阻管(2)和防困装置；

所述第一增阻管(1)和第二增阻管(2)通过液压缸(3)相连；每个增阻管中布置有多个增阻块(11)；

所述防困装置包括：导向管(4)和防困杆(5)；

所述导向管(4)穿过增阻管的管壁且周圈与管壁固定；

所述防困杆(5)的一端带有凸台，所述凸台的横截面尺寸大于所述导向管(4)横截面的内部尺寸；另一端呈尖状，能够从导向管(4)中向外伸出并能够插入外侧岩土体中。

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