CN210564541U - 一种快速掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种快速掘进机，包括推进履带轮(7)、掘进刀盘(2)、螺旋砂石引流器(3)、绞盘砂石铲(5)和砂石传送带(6)，掘进刀盘(2)是一个中空的圆锥壳体，顶端开口，侧壁对称设置多条纵向排列的挖掘齿爪(4)；螺旋砂石引流器(3)同轴安装圆锥形壳体内，顶端的掘进锥(9)从圆锥壳体顶端开口伸出；使用时，掘进锥(9)在岩壁上钻出定位孔，掘进刀盘(2)上的挖掘齿爪(4)逐渐将孔扩大，螺旋砂石引流器(3)进一步将砂石碎料排出掘进刀盘(2)的圆锥壳体外；绞盘砂石铲(5)与砂石传送带(6)将排出的砂石传送出去，实现隧道的快速掘进。本实用新型适应性强，掘进速度快，工作效率高，施工安全，设备移动方便。

Description

一种快速掘进机

技术领域

本实用新型涉及掘进机，尤其是涉及一种可以进行封闭式、敞开式、半敞开式隧道掘进作业以及全断面掘进的隧道快速掘进机，可以对河道、沟渠进行快速挖掘，设备加以改造后还可对河海水底快速取沙、挖渠、造岛等综合作业。

背景技术

掘进机(tunnel boring machine)，是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备。按掘进机在工作面上的切削过程，分为全断面掘进机和敞开式和半敞开式隧道掘进作业的部分断面掘进机。按破碎岩石原理不同，又可分滚压式(盘形滚刀)掘进机和铣切式掘进机。传统多为滚压式全断面掘进机，适于中硬岩至硬岩。

近些年，随着我国基础设施建设步伐的加快，在高速铁路、城市地铁、矿山开采等大型工程建设中，全断面岩石掘进机凭借其环保、自动化程度高、地质适应性强等诸多优点而得到广泛地使用。这种掘进方法相对于初始的人工钻爆法而言，在机械化程度方面、劳动生产率方面、安全性方面都有很大程度上的提升。全断面岩石掘进机在施工过程中，主要是通过设备最前方刀盘的旋转带动安装在刀盘上的滚刀旋转来破碎岩石。因为岩石具有高硬度和高强度，地质条件也复杂多变，同时全断面岩石掘进机滚刀工作在强挤压、高磨损、强冲击的恶劣工况下，这些都使得全断面岩石掘进机的滚刀成为掘进过程中最容易损坏的零部件。全断面岩石掘进机滚刀的磨损对TBM施工的效率、速度和成本等均会有不同程度的影响。

而在掘进过程中，刀盘是全断面岩石掘进机最主要的部件之一，它肩负着掘进开挖、支撑掌子面的功能，是所有破岩具的安装载体。刀盘所受的载荷是典型的随机载荷，承受大扭矩、大推力和随机突变的冲击载荷，在随机载荷作用下，刀盘的振动表现为受迫弹性体的随机扭转振动和横向振动。所以刀盘的工作条件极其恶劣，受力情况十分复杂，刀盘的合理设计对提高掘进速率、刀盘寿命、刀具寿命和刀盘大轴承寿命，降低挖掘成本等具有重要作用。由于开挖环境恶劣，有时候遇到前方特硬岩层导致刀盘掘不动甚至卡死现象屡见不鲜，从而影响了刀盘的掘进效率及掘进可靠性，因此如何解决掘进过程中刀盘掘不动甚至卡死的问题是目前亟待解决的一个问题。

目前的在强挤压、高磨损、强冲击的恶劣工况下，全断面岩石掘进机的工作效率低，对前方岩层的情况不明，因此，对多种施工作业的要求适应性不强，灵活性差强人意，影响隧道作业的安全性和工程进度；同时，全断面施工的刀盘和施工断面平行推进，行进阻力大，造成其掘进效率低。能源消耗大，都是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于传统隧道掘进机和全断面隧道掘进机的缺点，设计一种掘进速度快、工作效率高、施工安全，成洞条件好，可以进行全断面施工的掘进机。

为了实现本实用新型的目的，提出如下技术方案：

一种快速掘进机，所述快速掘进机包括：

推进履带轮7，所述推进履带轮7支撑整个掘进机1，作为自行掘进机，利用履带式结构施加掘进压力；

掘进刀盘2，所述掘进刀盘2架设在一个驱动轮11上，掘进刀盘2是一个中空的圆锥形，圆锥壳体顶端开口；在所述圆锥壳体侧壁上对称设置多条纵向排列的挖掘齿爪4，所述挖掘齿爪4为弧形条状结构，上边缘带齿或安装滚刀，下边缘焊接固定在圆锥壳体壁上，下边缘处的圆锥壳体侧壁切开一个口，与弧形挖掘齿爪4共同形成了一个砂石排出口8，将挖掘齿爪4切割下来的砂石排入掘进刀盘2圆锥壳体内；

螺旋砂石引流器3，所述螺旋砂石引流器3安装在顶端开口的掘进刀盘2的圆锥形壳体内，与掘进刀盘2同轴；螺旋砂石引流器3顶端的掘进锥9从圆锥壳体顶端开口伸出；使用时，首先由掘进锥9在岩壁上钻出定位孔，然后固定在掘进刀盘2的挖掘齿爪4逐渐将孔扩大，与掘进刀盘2同轴旋转的螺旋砂石引流器3进一步将砂石碎料排出掘进刀盘2的圆锥壳体外；最后形成隧道的快速掘进。

所述掘进机1还包括绞盘砂石铲5和砂石传送带6，所述绞盘砂石铲5设置在掘进刀盘2的圆锥壳体下方，与砂石传送带6配合将排出的砂石传送出去。

所述掘进刀盘2的主体是由两部分构成，前一部分为顶端开口的锥形壳体12，后一部分为圆柱形壳体13，多个条状形的挖掘齿爪4设置在锥形壳体12侧壁，纵向对称排列，每一条挖掘齿爪4与锥形壳体12侧壁共同形成砂石排出口8；所述螺旋砂石引流器3的掘进锥9伸出锥形壳体12顶端开口。

所述螺旋砂石引流器3是一个回转圆锥形结构，中心为驱动轴11，所述驱动轴11上固定螺旋叶10，驱动轴11前端形成掘进锥9，伸出锥形壳体12的顶端开口；掘进时，该掘进锥9处于掘进机最前端。

所述挖掘齿爪4为碳化铬复合耐磨板，周边齿条或滚刀以及掘进锥9为耐磨性能高、使用寿命长的硬质合金块。

所述掘进机1在地地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，进行敞开式开挖或半敞开式开挖。

所述掘进机1用作全断面掘进机使用时，根据隧道直径扩大掘进刀盘2的圆锥壳体底部直径；在圆锥壳体后设置支撑性管片构成的围壳，作为护盾；设置衬砌、回填、灌浆设备实现隧道掘进机开挖、出碴、衬砌、回填、灌浆工序的循环，进行盾构式作业。

本实用新型的掘进机的优点在于：

1、本掘进机适应性强，可以进行敞开式和半敞开式隧道掘进作业以及隧道全断面掘进；

2、掘进速度快，工作效率高，可以实现隧道掘进机开挖、出碴、衬砌、回填、灌浆等工序的连续循环作业；

2、施工安全，施工作业可以在护盾的保护下有效地进行；

3、成洞条件好，开挖面光滑平整，无超挖，对围岩基本无扰动；

4、在掘进时可以直接的观测到洞壁岩性的变化，有利于地质图描绘和施工安全；

5、刀盘耐磨性能高，使用寿命长；

6、主机结构和系统设备移动方便，可以自行布置，充分满足洞内施工要求。

附图说明

图1是本实用新型快速掘进机整体结构示意图；

图2显示本掘进机的局部透视图；

图3显示掘进刀盘结构；

图4显示螺旋砂石引流器结构。

其中：

1掘进机、2掘进刀盘、3螺旋砂石引流器、4挖掘齿爪、5绞盘砂石铲、6砂石传送带、7推进履带轮、8砂石排出口、9掘进锥、10螺旋叶片、11驱动轴、12锥形壳体、13圆柱形壳体

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进一步详细说明。

图1和图2是本实用新型快速掘进机整体结构示意图，并显示掘进机的刀盘和螺旋砂石引流器局部结构的透视图。如图所示，掘进机整体采用履带式结构，推进履带轮7支撑整个掘进机，作为自行掘进机，进入现场部署灵活方便，掘进时，利用履带式结构施加压力，便于操控整个掘进工作；掘进刀盘2架设在前方的驱动轮11上；掘进刀盘2是一个中空的圆锥形，圆锥壳体顶端开口；在圆锥壳体侧壁上对称设置多条纵向挖掘齿爪4，挖掘齿爪4为弧形条状结构，上边缘带齿或滚刀，挖掘砂石，下边缘焊接固定在圆锥壁上，下边缘处的圆锥壳体侧壁切开一个口，与弧形挖掘齿爪4共同形成了一个砂石排出口8，将挖掘齿爪4切割下来的砂石排入掘进刀盘2圆锥壳体内；

螺旋砂石引流器3安装在顶端开口的掘进刀盘2的圆锥形壳体内，与掘进刀盘2同轴；螺旋砂石引流器3顶端的掘进锥9从圆锥壳体顶端开口伸出；使用时，首先由掘进锥9在岩壁上钻出定位孔，然后固定在掘进刀盘2的挖掘齿爪4逐渐将孔扩大，最后形成隧道的快速掘进。

本实用新型快速掘进机采用钻进和切削式或滚压式掘进同时进行，减小了掘进的阻力，大大提高了效率。

由于掘进刀盘2的圆锥壳体的旋转，其侧壁的砂石排出口8将挖掘齿爪4切割下来的砂石推到圆锥壳体内，与掘进刀盘2同轴旋转的螺旋砂石引流器3进一步将砂石碎料排出掘进刀盘2的圆锥壳体外；

掘进刀盘2的圆锥壳体下方设置绞盘砂石铲5和砂石传送带6，二者配合将排出的砂石传送出去，完成掘进工作。

相对于传统的敞开式开挖或半敞开式开挖作业，排出的砂石聊不会堆积，因而影响作业的连续性，提高了掘进的进度。

本掘进机可以进行敞开式开挖或半敞开式开挖，以适于地地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其开挖是从隧道中心逐步扩大，即使土层较差，也无需借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式或半敞开式开挖，在处理孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方式容易。本掘进机在敞开式或半敞开式开挖时对地层的扰动小，不会产生超挖量，暴露时间也可以控制到尽量少，实现安全作业。

本掘进机还可以用作全断面掘进机使用，根据隧道直径适当扩大掘进刀盘2的圆锥壳体底部直径，在圆锥壳体后设置支撑性管片构成的围壳，作为护盾进行盾构式作业，设置衬砌、回填、灌浆设备，挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。设置衬砌、回填、灌浆设备，使挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行，实现了隧道掘进机开挖、出碴、衬砌、回填、灌浆等工序的循环作业。

图3显示掘进刀盘结构；掘进刀盘2的主体是由两部分构成，前一部分为顶端开口的锥形壳体12，后一部分为圆柱形壳体13，多个条状形的挖掘齿爪4设置在锥形壳体12侧壁，纵向对称排列，每一条挖掘齿爪4与锥形壳体12侧壁共同形成砂石排出口8；如图所示，螺旋砂石引流器3的掘进锥9伸出锥形壳体12的顶端开口。

图4显示螺旋砂石引流器结构。螺旋砂石引流器3是一个回转圆柱形结构，中心为驱动轴11，驱动轴11上固定螺旋叶10，驱动轴11前端形成掘进锥9，伸出锥形壳体12的顶端开口；掘进时，该掘进锥9处于掘进机最前端。

本实用新型的挖掘齿爪4碳化铬复合耐磨板，周边齿条和掘进锥9为耐磨性能高的硬质合金块，使用寿命长。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种快速掘进机，其特征在于，所述快速掘进机包括：

推进履带轮(7)，所述推进履带轮(7)支撑整个掘进机(1)，作为自行掘进机，利用履带式结构施加掘进压力；

掘进刀盘(2)，所述掘进刀盘(2)架设在一个驱动轴(11)上，掘进刀盘(2)是一个中空的圆锥形，圆锥壳体顶端开口；在所述圆锥壳体侧壁上对称设置多条纵向排列的挖掘齿爪(4)，所述挖掘齿爪(4)为弧形条状结构，上边缘带齿或安装滚刀，下边缘焊接固定在圆锥壳体壁上，下边缘处的圆锥壳体侧壁切开一个口，与弧形挖掘齿爪(4)共同形成了一个砂石排出口(8)，将挖掘齿爪(4)切割下来的砂石排入掘进刀盘(2)圆锥壳体内；

螺旋砂石引流器(3)，所述螺旋砂石引流器(3)安装在顶端开口的掘进刀盘(2)的圆锥形壳体内，与掘进刀盘(2)同轴；螺旋砂石引流器(3)顶端的掘进锥(9)从圆锥壳体顶端开口伸出；使用时，首先由掘进锥(9)在岩壁上钻出定位孔，然后固定在掘进刀盘(2)的挖掘齿爪(4)逐渐将孔扩大，与掘进刀盘(2)同轴旋转的螺旋砂石引流器(3)进一步将砂石碎料排出掘进刀盘(2)的圆锥壳体外；最后形成隧道的快速掘进。

2.根据权利要求1所述的快速掘进机，其特征在于：所述掘进机(1)还包括绞盘砂石铲(5)和砂石传送带(6)，所述绞盘砂石铲(5)设置在掘进刀盘(2)的圆锥壳体下方，与砂石传送带(6)配合将排出的砂石传送出去。

3.根据权利要求2所述的快速掘进机，其特征在于：所述掘进刀盘(2)的主体是由两部分构成，前一部分为顶端开口的锥形壳体(12)，后一部分为圆柱形壳体(13)，多个条状形的挖掘齿爪(4)设置在锥形壳体(12)侧壁，纵向对称排列，每一条挖掘齿爪(4)与锥形壳体(12)侧壁共同形成砂石排出口(8)；所述螺旋砂石引流器(3)的掘进锥(9)伸出锥形壳体(12)顶端开口。

4.根据权利要求3所述的快速掘进机，其特征在于：所述螺旋砂石引流器(3)是一个回转圆锥形结构，中心为驱动轴(11)，所述驱动轴(11)上固定螺旋叶(10)，驱动轴(11)前端形成掘进锥(9)，伸出锥形壳体(12)的顶端开口；掘进时，该掘进锥(9)处于掘进机最前端。

5.根据权利要求4所述的快速掘进机，其特征在于：所述挖掘齿爪(4)为碳化铬复合耐磨板，周边齿条或滚刀以及掘进锥(9)为耐磨性能高、使用寿命长的硬质合金块。

6.根据权利要求1-5其中之一所述的快速掘进机，其特征在于：所述掘进机(1)用作全断面掘进机使用时，根据隧道直径扩大掘进刀盘(2)的圆锥壳体底部直径；在圆锥壳体后设置支撑性管片构成的围壳，作为护盾；设置衬砌、回填、灌浆设备实现隧道掘进机开挖、出碴、衬砌、回填、灌浆工序的循环，进行盾构式作业。

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