一種泥水平衡式馬蹄形盾構的製造方法
2023-06-10 00:19:21
一種泥水平衡式馬蹄形盾構的製造方法
【專利摘要】本發明為一種用於隧道建設的泥水平衡式馬蹄形盾構機，包括盾構機殼，機殼前方的刀盤組，刀盤後方的泥漿循環系統、布置在盾構殼體周圍的推進千斤頂、可移動雙頭管片拼裝機和其他輔助裝置。其工作原理是：利用圓形刀盤和異形刀盤組成的刀盤組切削出馬蹄形隧道；利用有壓泥漿保持開挖面穩定性；盾尾設置三道鋼絲盾尾刷並用油脂填充密封，其中最後一道可以進行更換；盾殼末端設有一道向盾尾方向傾斜的止漿鋼板防止泥漿滲漏；切削下來的土體通過出漿管送至地面，同時由進漿管補充新鮮泥漿以保持泥水壓力；利用可移動雙頭管片拼裝機拼裝弧形管片和非弧形管片。
【專利說明】一種泥水平衡式馬蹄形盾構機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種隧道挖掘機械，特別涉及一種用於建造地下建築物的泥水平衡式馬蹄形盾構機。
【背景技術】
[0002]目前，盾構法已經成為城市隧道掘進的主要方式之一，該施工方法對地層擾動輕微，對環境破壞較小。現有的盾構機斷面形式多為圓形，其優點是結構形式較好，特別是在軟弱地層中，圓形隧道能夠使管片處於相對合理的受力狀態中。然而，圓形隧道的問題就是其空間利用率較低，且不是所有地質條件都需要建設圓形隧道，在側壓力係數較小的地層中，圓形隧道的結構優勢就無法充分發揮出來。矩形隧道的空間利用效率高於圓形隧道，圓形隧道的結構形式優於矩形隧道，兩種結構形式的結合一馬蹄形隧道在結構形式和空間利用方面均具有一定的優勢。馬蹄形隧道一般都採用礦山法或新奧法等方法進行開挖，其缺點是對地層的擾動和環境的影響均較大，且難以控制，不能滿足城市中日益嚴格的環境保護要求，這大大限制了馬蹄形隧道的適用範圍。
[0003]因此，研發一種結構形式合理且空間利用效率較高的新型盾構是一項具有長遠意義的課題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種用於隧道建設的泥水平衡式馬蹄形盾構機，其開挖面是以一定壓力的泥漿維持的，它既具有較高的空間利用率和相對合理的結構形式，又兼具盾構法隧道的各種優勢。
[0005]本發明是通過如下技術方案實現的:一種應用於城市隧道建設的泥水平衡式馬蹄形盾構機，包括盾構殼體、刀盤組、進漿管、出漿管、滑道和推進千斤頂；
刀盤組位於盾構殼體I前部，用於切削土體，由圓形刀盤2和異形刀盤5組成，圓形刀盤2位於上方，異形刀盤5位於下方，圓形刀盤2突出於異形刀盤5前一段距離；圓形刀盤和異形刀盤上設置有刮刀18 ;圓形刀盤2中心處通過軸3與動力系統連接，其兩邊對稱處連接主軸承，切削範圍為與其直徑相同的圓形區域；異形刀盤5形狀為曲邊槽形，曲邊為半徑略大於上方圓形刀盤2的圓弧，通過兩個曲軸4與動力系統連接，其切削範圍為略大於異形刀盤5的曲邊槽形區域，進而與圓形區域組成馬蹄形區域；
進漿管6位於盾構殼體I內上部，其一端位於盾構殼體I後端中部，另一端位於盾構殼體I前端上部，且位於圓形刀盤2頂部；出眾管7位於盾構殼體I內下部，其一端位於盾構殼體I後端中部，另一端位於盾構殼體I前端下部；
滑道10垂直布置於盾構殼體I內，升降機11位於滑道10上，且能上下轉動；
雙頭管片拼裝機13由弧形管片拼裝機19、非弧形管片拼裝機20、拼裝機軸承12和液壓千斤頂21組成，弧形管片拼裝機19通過液壓千斤頂21連接拼裝機軸承12，非弧形管片拼裝機20通過液壓千斤頂21連接拼裝機軸承12，使雙頭管片拼裝機13能在拼裝機軸承12為軸進行旋轉，拼裝機軸承12連接升降機11，使雙頭管片拼裝機13能上下移動，通過油壓千斤頂21調整雙頭管片拼裝機13的長度，以滿足管片拼裝的需要；所述弧形管片拼裝機19 一端為弧形吸盤，用於拼裝拱頂的弧形管片；所述非弧形管片拼裝機20為由兩個平面吸盤22組成的可伸縮式吸盤，用於拼裝非弧形管片，兩個吸盤22能獨立旋轉，兩個吸盤22之間的角度可調節，以吸附不同形狀的管片；
推進千斤頂9均勻布置於盾構殼體I四周，一端連接液壓系統，另一端的支頂頂在已拼裝好的管片16上，以提供推進反力；
盾構殼體I的尾部設有三道鋼絲盾尾刷15，三道鋼絲盾尾刷15之間充填滿盾尾油脂，盾構殼體I殼末端設有一道向盾尾方向傾斜的止漿鋼板14，起到防止開挖面泥漿滲漏的作用。
[0006]本發明中，曲軸4與異性刀盤5的連接採用間隙配合併用脂潤滑，使異形刀盤僅產生平動而不發生轉動。
[0007]本發明中，位於盾構殼體I尾部的最後一道鋼絲盾尾刷可以進行更換。
[0008]本發明中，所述管片16通過電瓶車17運送到雙頭管片拼裝機13處。
[0009]本發明的工作原理是:利用刀盤組切削前方土體；通過泥漿循環系統，調整支護壓力以保持開挖面穩定性；切削下來的土體通過刀盤組的開口進入泥水艙，再由泥漿循環系統輸送至地面泥水處理池；盾尾設有三道鋼絲盾尾刷，在三道盾尾刷之間填充盾尾油脂，其中靠近盾構機頭的一道盾尾刷前在設置一道向盾尾方向傾斜的止漿鋼板。
[0010]上述盾構機環形刀盤組採用滾刀和刮刀相結合的方式，其組合形式可以根據實際地層情況進行調整，以提高該盾構機的適用範圍。
[0011]上述盾構機的異形刀盤由動力系統通過兩個曲軸驅動，兩個曲軸以同樣的角速度帶動異形刀盤切削土體。曲軸與異形刀盤的連接採用間隙配合，並用脂潤滑，使異形刀盤僅產生平動而不發生轉動。
[0012]上述盾構機採用新型雙頭管片拼裝機，其自身可以上下移動，一端為弧形吸盤，用於拼裝拱頂的弧形管片；另一端為由兩個平面吸盤組成的可伸縮式吸盤，同時兩個吸盤也可以轉動。當兩個吸盤併攏時，可用於拼裝側牆及底板的矩形管片，當用於拼裝側牆和底板交界處的L形管片時，可轉動兩個吸盤使其夾角為一定的度數，同時調整拼裝機的數值位置和拼裝臂的長度。在拼裝非弧形管片時，拼裝完成後必須縮短拼裝臂長度以拼裝機能夠旋轉。
[0013]根據上述技術方案，本發明具有以下優點:
1.利用圓形刀盤和異形刀盤對盾構前方土體進行切削，可以開挖不同形式的馬蹄形斷面的隧道。
[0014]2.通過調整刀盤的開口率、刮刀和滾刀的組合及布置，以及膨潤土泥漿的配比可以提高本發明的地層適應性，拓展其適用範圍；
3.為保證刀盤組的正常工作，盾構機採用兩套獨立的動力系統，分別用於驅動圓形刀盤和異形刀盤，並可根據地層情況，調整其輸出功率。
[0015]4.所採用的新型雙頭管片拼裝機經過專門的設計，集成了兩種拼裝設備，能同時適用於不同形狀管片的拼裝，無需為非弧形管片單獨配置一個拼裝機，節省了盾構機內的空間，並降低了盾構機的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為馬蹄形盾構機結構示意圖；
圖2為圓形刀盤構造圖；
圖3為異形刀盤構造圖；
圖4為A-A剖面圖，即雙頭管片拼裝機構造圖；
圖5為雙頭管片拼裝機管片拼裝示意圖。其中:(a)為L形管片，(b)為矩形管片，(c)為弧形管片。
[0017]圖中標號:1為盾構殼體，2為圓形刀盤，3為軸，4為曲軸，5為異形刀盤，6為進漿管，7為出眾管,8為主軸承,9為推進千斤頂，10為滑道,11為升降機，12為拼裝機軸承，13為雙頭管片拼裝機，14為止眾鋼板,15為鋼絲盾尾刷，16為管片，17為18為刮刀，19為弧形管片拼裝機，20為非弧形管片拼裝機，21為液壓千斤頂，22為吸盤。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例結合附圖進一步說明本發明。
[0019]實施例1:如圖1、圖2和圖3所示，本發明的馬蹄形盾構機包括:盾構殼體1，盾構殼體I前端的刀盤組(由圓形刀盤2和異形刀盤5組成)，雙頭管片拼裝機13及其他輔助裝置。圓形刀盤2和異形刀盤5上設置刮刀18。刀盤2通過軸3與盾構殼體I連接，並由主軸承8與動力系統相連；刀盤5同過曲軸4與盾構殼體I連接，並由主軸承8與動力系統連接。
[0020]如圖1所示，刀盤組後為進漿管6和出漿管7。盾構機切削下來的土體通過出漿管7運送至地面，同時由進漿管6補充新泥漿，整個循環過程的同時需保持一定的泥漿壓力以維持開挖面穩定。
[0021]如圖1所示，沿著盾構殼體I四周布置著推進千斤頂9，推進千斤頂9支頂在已拼裝好的管片16上以提供推進的反力，從而保證盾構的平衡推進。
[0022]如圖1所示，雙頭管片拼裝機13連接在拼裝機軸承12上，可來回移動和旋轉，拼裝機軸承連接在升降機11上，升降機11可沿垂直的滑道10上下移動，通過油壓千斤頂21調整臂長，以滿足管片拼裝的需要。
[0023]如圖4所示，雙頭管片拼裝機13 —端為弧形管片拼裝機19，另一端為非弧形管片拼裝機20，在弧形管片拼裝機19、非弧形管片拼裝機20與拼裝機軸承12之間裝有液壓千斤頂21。非弧形管片拼裝機20由兩個獨立可旋轉的吸盤22組成，兩個吸盤22之間的角度可以調節，以吸附不同形狀的管片16。管片16由電瓶車17運送至雙頭管片拼裝機16處。
[0024]如圖1所示，盾構殼體I的盾尾設有三道鋼絲盾尾刷15，在三道鋼絲刷之間充填滿盾尾油脂(未標出)，用以封堵泥漿。盾殼末端設有一道向盾尾方向傾斜的止漿鋼板14，起到防止開挖面泥漿滲漏的作用。盾構推進過程中，可不斷補充密封油脂和更換盾尾刷，以保持其密封作用。
[0025]如圖5所示，為雙頭管片拼裝機13在拼裝不同形狀管片時的姿態示意圖。
【權利要求】
1.一種泥水平衡式馬蹄形盾構機，包括盾構殼體、刀盤組、進漿管、出漿管、滑道和推進千斤頂；其特徵在於: 刀盤組位於盾構殼體(I)前部，用於切削土體，由圓形刀盤(2)和異形刀盤(5)組成，圓形刀盤(2)位於上方，異形刀盤(5)位於下方，圓形刀盤(2)突出於異形刀盤(5)前一段距離；圓形刀盤和異形刀盤上設置有刮刀(18);圓形刀盤(2)中心處通過軸(3)與動力系統連接，其兩邊對稱處連接主軸承，切削範圍為與其直徑相同的圓形區域；異形刀盤(5)形狀為曲邊槽形，曲邊為半徑略大於上方圓形刀盤(2)的圓弧，通過兩個曲軸(4)與動力系統連接，其切削範圍為略大於異形刀盤(5)的曲邊槽形區域，進而與圓形區域組成馬蹄形區域； 進眾管(6)位於盾構殼體(I)內上部，其一端位於盾構殼體(I)後端中部，另一端位於盾構殼體(I)前端上部，且位於圓形刀盤(2)頂部；出漿管(7)位於盾構殼體(I)內下部，其一端位於盾構殼體(I)後端中部，另一端位於盾構殼體(I)前端下部； 滑道(10)垂直布置於盾構殼體(I)內，升降機(11)位於滑道(10)上，且能上下轉動； 雙頭管片拼裝機(13)由弧形管片拼裝機(19)、非弧形管片拼裝機(20)、拼裝機軸承(12)和液壓千斤頂(21)組成，弧形管片拼裝機(19)通過液壓千斤頂(21)連接拼裝機軸承(12)，非弧形管片拼裝機(20)通過液壓千斤頂(21)連接拼裝機軸承(12)，使雙頭管片拼裝機(13)能在拼裝機軸承(12)為軸進行旋轉，拼裝機軸承(12)連接升降機(11)，使雙頭管片拼裝機(13)能上下移動，通過油壓千斤頂(21)調整雙頭管片拼裝機(13)的長度，以滿足管片拼裝的需要；所述弧形管片拼裝機(19) 一端為弧形吸盤，用於拼裝拱頂的弧形管片；所述非弧形管片拼裝機(20)為由兩個平面吸盤(22)組成的可伸縮式吸盤，用於拼裝非弧形管片，兩個吸盤(22)能獨立旋轉，兩個吸盤(22)之間的角度可調節，以吸附不同形狀的管片； 推進千斤頂(9)均勻布置於盾構殼體(I)四周，一端連接液壓系統，另一端的支頂頂在已拼裝好的管片(16)上，以提供推進反力； 盾構殼體(I)的尾部設有三道鋼絲盾尾刷(15)，三道鋼絲盾尾刷(15)之間充填滿盾尾油脂，盾構殼體(I)殼末端設有一道向盾尾方向傾斜的止漿鋼板(14)，起到防止開挖面泥漿滲漏的作用。
2.根據權利要求1所述的泥水平衡式馬蹄形盾構機，其特徵在於曲軸(4)與異性刀盤(5)的連接採用間隙配合併用脂潤滑，使異形刀盤僅產生平動而不發生轉動。
3.根據權利要求1所述的泥水平衡式馬蹄形盾構機，其特徵在於位於盾構殼體(I)尾部的最後一道鋼絲盾尾刷可以進行更換。
4.根據權利要求1所述的泥水平衡式馬蹄形盾構機，其特徵在於所述管片(16)通過電瓶車(17)運送到雙頭管片拼裝機(13)處。
【文檔編號】E21D9/08GK104153784SQ201410320260
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】張子新, 李佳宇, 朱葉艇 申請人:同濟大學