CN210217730U - 一种自行走式盾构机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自行走式盾构机，包括设置于前壳体内的切削搅拌结构、刀盘动力结构、进排泥结构、管道滑模浇筑结构和自行走结构；切削搅拌结构包括用于切削土质的刀盘结构、搅拌棒、隔仓板，刀盘结构与隔仓板之间形成用于收集切削岩土的密封土仓，搅拌棒用于在刀盘结构转动时对密封土仓内的切削岩土进行搅拌；进排泥结构包括入口在密封土仓下部的螺旋输送机、物料传输带、进水管和排水管；自行走结构包括轴向液压运动结构、预先固定在滑模浇筑结构中的钢管、用于给钢管施加夹紧力的夹腿结构。本实用新型提供了一种更加优越更加实用的自行走式盾构机，同时利用滑模浇筑技术来进一步提升盾构机工作效率。

Description

一种自行走式盾构机

技术领域

本实用新型涉及顶管盾构技术领域，特别地，涉及一种用于实现管道滑模现场浇筑的自行走式盾构机。

背景技术

随着我国轨道交通的发展，顶管盾构设备的使用越来越广泛，顶管盾构设备的国产化亦日益迫切，目前我国对顶管盾构机技术要求也越来越高，有必要在引进国外先进顶管盾构设备的同时，不断加强各方面的技术力量，开发适合我国国情和不同地质环境情况下使用的国产顶管盾构机。但是，目前我国的顶管盾构机依旧是顶管式的居多，很少见自行走式的，然而顶管式的操作繁杂、效率很低，所以研发行动迅速的自行走式的顶管盾构机已成为当前亟待解决的重要问题。从目前国内外的发展趋势来看，施工速度快、成本低、钻孔效率高的自行走式盾构机的研发已成为首要的任务。另外，传统顶管机的管片拼装过程也比较的繁琐，从别处运输过来也会增加整个工程的成本。

实用新型内容

为了克服上述技术的不足，降低施工成本，本实用新型提供了一种更加优越更加实用的自行走式盾构机，通过预埋在终凝混凝土中的钢管，配合轴向液压运动结构、夹腿结构来推动盾构机自行走，同时利用滑模浇筑技术来进一步提升盾构机工作效率。

为了实现上述的目的，本实用新型的设计采用如下的技术方案：

一种自行走式盾构机，包括设置于前壳体内的切削搅拌结构、刀盘动力结构、进排泥结构、管道滑模浇筑结构和自行走结构；所述切削搅拌结构包括用于切削土质的刀盘结构、与刀盘结构连接的搅拌棒、隔仓板，所述刀盘结构与所述隔仓板之间形成用于收集切削岩土的密封土仓，所述搅拌棒用于在刀盘结构转动时对密封土仓内的切削岩土进行搅拌；所述刀盘动力结构包括减速机、与减速机连接的动力箱小齿轮和与所述动力箱小齿轮连接的大齿轮；所述进排泥结构包括入口在土仓下部的螺旋输送机、物料传输带、进水管和排水管；所述管道滑模浇筑结构包括滑移支架、与滑移支架连接的模板面板、液压台架；所述自行走结构包括轴向液压运动结构、预先固定在滑模浇筑结构中的钢管、用于给钢管施加夹紧力的夹腿结构。

不可缺少的，自行走盾构机需要配套设置相应的电气结构及监控结构，其中电气结构与液压系统配合来对自行走盾构机构实现电液一体化控制，监控结构用于对自行走盾构机运行过程中的各种参数，如温度、湿度、模板固定和浇筑偏差度等进行监控。

可选地，预先固定在滑模浇筑结构中钢管有三根以上，所述钢管的一端嵌入滑模浇筑结构所浇筑成的终凝混凝土层，钢管的另一端与夹腿结构相连，所述夹腿结构通过液压装置固定在钢管上，轴向液压运动结构与夹腿机构通过液压系统连接。

可选地，轴向液压运动结构是往复循环的运动机构，包括固定功能的液压台架，所述液压台架通过液压杆连接，所述液压杆伸缩方向与钢管的轴向一致；所述夹腿结构在与钢管的接触面设有用于增加夹腿与钢管摩擦力的橡胶薄层，所述夹腿结构的液压油缸与轴向液压运动结构的液压系统连通。

可选地，所述进排泥结构包括进水管、排水管、三通球阀、用于控制三通球阀的球阀油缸、纠偏泵站、换向阀。

更具体地，所述进排泥结构可以由进水管、排水管、两个三通球阀、球阀油缸、隔膜压力表和换向阀组成。

可选地，切削搅拌结构的刀盘结构包括刀盘面板，所述刀盘面板上设置有中心刀、主切削刀、边缘刀和搅拌棒。

可选地，所述切削搅拌结构的刀盘结构包括大刀盘，大刀盘包括多根辐条，辐条上设置多种切削刀头，辐条后面设置多根搅拌棒，刀盘中心有三角鱼尾形切削刀；自行走式盾构机的前壳体分成密封土仓和动力仓，大刀盘的驱动装置设在隔仓板中间。

其中，大刀盘的辐条前面根据不同土质设置不同切削刀头，辐条后面设置数根搅拌棒；同时，大刀盘可以采用中心支承，无需大轴承；前壳体分成密封土仓和动力仓，大刀盘的驱动装置设在隔仓板中间，驱动装置通过行星齿轮减速器和离合器的将动力传递给刀盘，驱使刀具切削岩土。

更优地，所述的刀盘动力结构先由减速机带动动力箱小齿轮，再通过动力箱小齿轮驱动大齿轮旋转，大齿轮通过主轴带动刀盘一起旋转。通过设置合理的减速比，可以有效调节刀盘切削动力。

可选地，前壳体中装有隔仓板，所述隔仓板上设置注浆管，在辐条上和刀盘中心处设有注浆孔；隔仓板下部安装螺旋输送机，螺旋输送机的出土口设在锥形端面。

其中，螺旋输送机可以采用电动机驱动、无中心轴的带式螺旋输送机，其出土口设在锥形端面，能形成较长的土塞，还可以有效增加输送一定尺寸的石块和砾石的能力。

可选地，管道滑模浇筑结构包括模板面板、滑移支架、辐射支撑粱杆、液压台架、钢杆、千斤顶组成，管道滑模浇筑结构还连接一混凝土输送管道。

更具体地，所述的管道滑模浇筑结构由模板面板、滑移支架、辐射支撑粱杆、钢杆、活塞、液压台架、千斤顶等组成；管道滑模浇筑结构还包括前端卡件、后端卡件，活塞与前端卡件为第一组，活塞的缸体、后端卡件为第二组，第一组的前端卡件紧卡，锁紧在原来位置；第二组被液压力顶进，千斤顶即向前推移一段行程，同时带动滑模面板向前移动；液压回油时，第二组的后端卡件紧卡钢杆锁紧，第一组复位，由此循环管道滑模的节节推移。

可选地，相邻的两根钢管之间设置一个的给钢管产生的径向约束力的连接装置。钢管之间有一个简易的连接装置，此装置可以使钢管具有一定的径向约束力，从而使在更换完钢管时，而终凝混凝土尚未浇筑或未完全硬化凝固之前提供更好的支撑力。

可选地，自行走式盾构机构还包括钢管拼接机构，所述钢管拼接机构包括双曲辊机构，所述双曲辊机构的两根曲辊之间的距离可调节，曲辊上设有一层用于加大钢管与曲辊之间摩擦力的橡胶薄层。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型可以实现盾构机的自行行走，增加了地下管道施工的灵活性，通过调整三个夹腿的液压力可以实现适应具有一定曲率的施工路线图。

2、本实用新型在地下空间掘进过程中采用了新的工法，就是利用滑模浇筑的工法，避免了现有盾构作业过程中的管片拼装的繁琐和人力浪费，同时减少了管片运输的诸多不利因素，提高了掘进的自适应性，提高了经济效率，有效地降低了整个工程的施工成本。

3、本实用新型采用滑模浇筑的工法，形成的管道是一个整体，不用再另外进行拼装，增加了整个管道的密封性，与现有的技术相比，降低了工作量，也降低了成本，提高了整个工程项目的经济效益。

4、本实用新型由于在管道成型过程中预先加了三根钢管，在一定程度上增强了这些现场浇筑管道的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型自行走式盾构机的系统结构示意图；

图2为夹腿结构示意图；

图3为螺栓连接臂示意图。

附图标记：1、切削搅拌结构；2、刀盘动力结构；3、进排泥结构；4、管道滑模浇筑结构；5、自行走结构；6、滑模模具；7、混凝土输送管道；8、混凝土搅拌机；9、钢管；10、轴向液压运动结构；11、钢管拼接机构；21、微型液压缸；22、钢管；23、螺栓连接臂；24、橡胶薄层；25、夹腿刚性体；26、复位弹簧。

具体实施方式

参照图1和图2本实用新型为一种自行走式盾构机，包括设置于前壳体内的切削搅拌结构1、刀盘动力结构2、进排泥结构3、管道滑模浇筑结构4和自行走结构5；所述切削搅拌结构1包括用于切削土质的刀盘结构、与刀盘结构连接的搅拌棒、隔仓板，所述刀盘结构与所述隔仓板之间形成用于收集切削岩土的密封土仓，所述搅拌棒用于在刀盘结构转动时对密封土仓内的切削岩土进行搅拌；所述刀盘动力结构2包括减速机、与减速机连接的动力箱小齿轮和与所述动力箱小齿轮连接的大齿轮；所述进排泥结构3包括入口在土仓下部的螺旋输送机、物料传输带、进水管和排水管；所述管道滑模浇筑结构4包括滑移支架、与滑移支架连接的模板面板、液压台架；所述自行走结构5包括轴向液压运动结构10、预先固定在滑模浇筑结构中的钢管22、用于给钢管22施加夹紧力的夹腿结构。

具体地说，刀盘动力结构2驱动切削搅拌结构1负责切削岩土层，然后进排泥结构3就将切削下来的岩土与泥水进水管道输送进来的泥浆进行一定的搅拌处理，使其成为半固态的泥状物，然后又被倾斜的螺旋输送机传送到物料输送带上，由此物料输送带将泥土输送出去。

值得一提的是，因为岩土与泥浆是在密封土仓内进行搅拌的，通过控制螺旋输送机的出料速度，可以控制调节密封土仓内的半固态泥状物压力，保持密封土仓内外压力平衡，降低盾构机构本体的承压力。

不可缺少的，自行走盾构机需要配套设置相应的电气结构及监控结构，其中电气结构与液压系统配合来对自行走盾构机构实现电液一体化控制，监控结构用于对自行走盾构机运行过程中的各种参数，如温度、湿度、模板固定和浇筑偏差度等进行监控。

更进一步地讲，本实用新型的管道是直接在现场浇筑形成的，不需要从把预制混凝土管片运输过来，再通过一些螺栓进行连接拼装。这样不仅可以节省复杂的管片拼装机构，而且还能减少管片间的连接缝，使其更好地减少地下水的泄漏，整个管道的密封性能将会非常的优越于现有管片拼装连接。

可选地，预先固定在滑模浇筑结构中钢管9有三根以上，所述钢管9的一端嵌入滑模浇筑结构所浇筑成的终凝混凝土层，钢管9的另一端与夹腿结构相连，所述夹腿结构通过液压装置固定在钢管22上，轴向液压运动结构10与夹腿机构通过液压系统连接。

更进一步地，本实用新型可以实现盾构机的自行行走，增加了地下管道施工的灵活性，每根钢管22上均连接夹腿，通过调整三个夹腿所产生的轴向推力，可以实现适应具有一定曲率的盾构施工路线图。

同时，本实用新型利用这三根或三根以上的钢管22作为支撑，以给盾构机的行驶提供行驶的反向推力，与现有的顶管机利用已拼装完成的管片作为支撑，更具有灵活性，提高了整个行走的速度，而且相较于现有顶管施工过程中利用管片作为支撑的做法，本实用新型实施例对管片的强度要求更低，相应地对制作管道的材料难度和采购成本也有降低。

可选地，轴向液压运动结构10是往复循环的运动机构，包括固定功能的液压台架，所述液压台架通过液压杆连接，所述液压杆伸缩方向与钢管22的轴向一致；所述夹腿结构在与钢管22的接触面设有用于增加夹腿与钢管22摩擦力的橡胶薄层，所述夹腿结构的液压油缸与轴向液压运动结构10的液压系统连通。

可选地，所述进排泥结构3包括进水管、排水管、三通球阀、用于控制三通球阀的球阀油缸、纠偏泵站、换向阀。

更具体地，所述进排泥结构3可以由进水管、排水管、两个三通球阀、球阀油缸、隔膜压力表和换向阀组成。

可选地，切削搅拌结构1的刀盘结构包括刀盘面板，所述刀盘面板上设置有中心刀、主切削刀、边缘刀和搅拌棒。

可选地，所述切削搅拌结构1的刀盘结构包括大刀盘，大刀盘包括多根辐条，辐条上设置多种切削刀头，辐条后面设置多根搅拌棒，刀盘中心有三角鱼尾形切削刀；自行走式盾构机的前壳体分成密封土仓和动力仓，大刀盘的驱动装置设在隔仓板中间。

其中，大刀盘的辐条前面根据不同土质设置不同切削刀头，辐条后面设置数根搅拌棒；同时，大刀盘可以采用中心支承，无需大轴承；前壳体分成密封土仓和动力仓，大刀盘的驱动装置设在隔仓板中间，驱动装置通过行星齿轮减速器和离合器的将动力传递给刀盘，驱使刀具切削岩土。

更优地，所述的刀盘动力结构2先由减速机带动动力箱小齿轮，再通过动力箱小齿轮驱动大齿轮旋转，大齿轮通过主轴带动刀盘一起旋转。通过设置合理的减速比，可以有效调节刀盘切削动力。

可选地，前壳体中装有隔仓板，所述隔仓板上设置注浆管，在辐条上和刀盘中心处设有注浆孔；隔仓板下部安装螺旋输送机，螺旋输送机的出土口设在锥形端面。

其中，螺旋输送机可以采用电动机驱动、无中心轴的带式螺旋输送机，其出土口设在锥形端面，能形成较长的土塞，还可以有效增加输送一定尺寸的石块和砾石的能力。

可选地，管道滑模浇筑结构4包括模板面板、滑移支架、辐射支撑粱杆、液压台架、钢杆、千斤顶组成，管道滑模浇筑结构4还连接一混凝土输送管道7，混凝土输送管道7连接一混凝土搅拌机8。

更具体地，所述的管道滑模浇筑结构4由模板面板、滑移支架、辐射支撑粱杆、钢杆、活塞、液压台架、千斤顶等组成；管道滑模浇筑结构4还包括前端卡件、后端卡件，活塞与前端卡件为第一组，活塞的缸体、后端卡件为第二组，第一组的前端卡件紧卡，锁紧在原来位置；第二组被液压力顶进，千斤顶即向前推移一段行程，同时带动滑模面板向前移动；液压回油时，第二组的后端卡件紧卡钢杆锁紧，第一组复位，由此循环管道滑模的节节推移。

可选地，相邻的两根钢管22之间设置一个的给钢管22产生的径向约束力的连接装置。钢管22之间有一个简易的连接装置，此装置可以使钢管22具有一定的径向约束力，从而使在更换完钢管22时，而终凝混凝土尚未浇筑或未完全硬化凝固之前提供更好的支撑力。

可选地，钢管22借力式自行走盾构机构还包括钢管拼接机构11，所述钢管拼接机构11 包括双曲辊机构，所述双曲辊机构的两根曲辊之间的距离可调节，曲辊上设有一层用于加大钢管22与曲辊之间摩擦力的橡胶薄层24。

更具体地阐述本实用新型工作方式如下：

本实用新型采用一种滑模现场浇筑工法，就是利用滑模浇筑结构，将现场混合好的混凝土通过混凝土输送管道7输送到滑模模具6中，滑模模具6用于配合混凝土固化成型，待刚度强度达到一定要求后，再通过轴向液压运动结构10、夹腿结构驱动滑模模具6沿着管道轴向缓慢移动。这个移动所依托的承载物体为就是预先放置于管道壁中的三根或多根钢管22。同时，这三根钢管22也是盾构机前行的反力支撑物。

盾构机行走时，夹腿通过液压力固定于钢管22的一端，然后再利用轴向液压运动结构 10给夹腿一与行进方向相反的推力，这样便能实现盾构机的自行走了。由于夹腿结构上用于控制夹腿夹紧的钢管22的微型液压缸21是与整个轴向移动液压运动结构的液压缸相连，所以夹腿对钢管22的夹紧力可以随着盾构机轴向行走阻力的变化而实时变化，从而避免了夹腿在整个过程都是过重负载的情况，有效地提高了夹腿的使用寿命。当夹腿走完在轴向液压台架上的整个行程，液压结构就会泄压，夹腿就会在复位弹簧26的作用下松开钢管22，随后夹腿在轴向液压结构的作用下，移向初始位置。

在此期间，钢管拼接机构11将会自动完成钢管22的拼接，之后，夹腿夹紧钢管22，轴向液压结构再次发挥作用，掘进过程就如此循环往复进行。参照图3，夹腿机构中的设有用于连接夹腿刚性体25的螺栓连接臂23。

所述轴向液压运动结构10是往复循环的运动机构，在具有固定功能的轴向液压运动结构 10上定向轴向移动，从而使得钢管22只会受到轴向的压力，保证了钢管22的稳定性；每次换完钢管22，夹腿就会在液压装置的作用下，夹在钢管22的与接头相反的一端，夹腿装置中也设有橡胶薄层，以实现较大的摩擦力，同时对于此种液压结构设置成自适应的，夹腿的夹紧力随着盾构机在行进过程中所需要的轴向作用实时的变化，这样以防止在行进过程中，出现夹腿夹紧力不足而在钢管22上打滑的现象。

所述的钢管22更换以及对接是一个自动化的过程，可以通过钢管拼接机构11的作用实现，钢管拼接机构11类似于一个双曲辊机构，当需要更换钢管22时，这种结构中两根曲辊的距离增大，使得钢管22自动调入其中，辊上赋有一层橡胶薄层，以求增大摩擦力，然后，随着曲辊的滚动，使得钢管22定向的向前移动，直至和另一个钢管22进行完美的对接。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种自行走式盾构机，其特征在于：包括设置于前壳体内的切削搅拌结构、刀盘动力结构、进排泥结构、管道滑模浇筑结构和自行走结构；所述切削搅拌结构包括用于切削土质的刀盘结构、与刀盘结构连接的搅拌棒、隔仓板，所述刀盘结构与所述隔仓板之间形成用于收集切削岩土的密封土仓，所述搅拌棒用于在刀盘结构转动时对密封土仓内的切削岩土进行搅拌；所述刀盘动力结构包括减速机、与减速机连接的动力箱小齿轮和与所述动力箱小齿轮连接的大齿轮；所述进排泥结构包括入口在密封土仓下部的螺旋输送机、物料传输带、进水管和排水管；所述管道滑模浇筑结构包括滑移支架、与滑移支架连接的模板面板、液压台架；所述自行走结构包括轴向液压运动结构、预先固定在滑模浇筑结构中的钢管、用于给钢管施加夹紧力的夹腿结构。

2.根据权利要求1所述的自行走式盾构机，其特征在于：预先固定在滑模浇筑结构中的钢管有三根以上，所述钢管的一端嵌入滑模浇筑结构所浇筑成的终凝混凝土层，钢管的另一端与夹腿结构相连，所述夹腿结构通过液压装置固定在钢管上，轴向液压运动结构与夹腿机构通过液压系统连接。

3.根据权利要求2所述的自行走式盾构机，其特征在于：轴向液压运动结构是往复循环的运动机构，包括固定功能的液压台架，所述液压台架通过液压杆连接，所述液压杆伸缩方向与钢管的轴向一致；所述夹腿结构在与钢管的接触面设有用于增加夹腿与钢管摩擦力的橡胶薄层，所述夹腿结构的液压油缸与轴向液压运动结构的液压系统连通。

4.根据权利要求1所述的自行走式盾构机，其特征在于：所述进排泥结构包括进水管、排水管、三通球阀、用于控制三通球阀的球阀油缸、纠偏泵站、换向阀。

5.根据权利要求1所述的自行走式盾构机，其特征在于：切削搅拌结构的刀盘结构包括刀盘面板，所述刀盘面板上设置有中心刀、主切削刀、边缘刀和搅拌棒。

6.根据权利要求1所述的自行走式盾构机，其特征在于：所述切削搅拌结构的刀盘结构包括大刀盘，大刀盘包括多根辐条，辐条上设置多种切削刀头，辐条后面设置多根搅拌棒，刀盘中心有三角鱼尾形切削刀；自行走式盾构机的前壳体分成密封土仓和动力仓，大刀盘的驱动装置设在隔仓板中间。

7.根据权利要求6所述的自行走式盾构机，其特征在于：前壳体中装有隔仓板，所述隔仓板上设置注浆管，在辐条上和刀盘中心处设有注浆孔；隔仓板下部安装螺旋输送机，螺旋输送机的出土口设在锥形端面。

8.根据权利要求1所述的自行走式盾构机，其特征在于：管道滑模浇筑结构包括模板面板、滑移支架、辐射支撑粱杆、液压台架、钢杆、千斤顶组成，管道滑模浇筑结构还连接一混凝土输送管道。

9.如权利要求1所述的自行走式盾构机，其特征在于：相邻的两根钢管之间设置一个的给钢管产生的径向约束力的连接装置。

10.如权利要求1所述的自行走式盾构机，其特征在于：还包括钢管拼接机构，所述钢管拼接机构包括双曲辊机构，所述双曲辊机构的两根曲辊之间的距离可调节，曲辊上设有一层用于加大钢管与曲辊之间摩擦力的橡胶薄层。

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