一種泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種用于隧道建設(shè)的泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)機，包括盾構(gòu)機殼，機殼前方的刀盤組，刀盤后方的泥漿循環(huán)系統(tǒng)、布置在盾構(gòu)殼體周圍的推進(jìn)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(wěn)定性；盾尾設(shè)置三道鋼絲盾尾刷并用油脂填充密封，其中最后一道可以進(jìn)行更換；盾殼末端設(shè)有一道向盾尾方向傾斜的止?jié){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(jìn)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(gòu)機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道挖掘機械，特別涉及一種用于建造地下建筑物的泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)機。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，盾構(gòu)法已經(jīng)成為城市隧道掘進(jìn)的主要方式之一，該施工方法對地層擾動輕微，對環(huán)境破壞較小?，F(xiàn)有的盾構(gòu)機斷面形式多為圓形，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)形式較好，特別是在軟弱地層中，圓形隧道能夠使管片處于相對合理的受力狀態(tài)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(zhì)條件都需要建設(shè)圓形隧道，在側(cè)壓力系數(shù)較小的地層中，圓形隧道的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢就無法充分發(fā)揮出來。矩形隧道的空間利用效率高于圓形隧道，圓形隧道的結(jié)構(gòu)形式優(yōu)于矩形隧道，兩種結(jié)構(gòu)形式的結(jié)合一馬蹄形隧道在結(jié)構(gòu)形式和空間利用方面均具有一定的優(yōu)勢。馬蹄形隧道一般都采用礦山法或新奧法等方法進(jìn)行開挖，其缺點是對地層的擾動和環(huán)境的影響均較大，且難以控制，不能滿足城市中日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，這大大限制了馬蹄形隧道的適用范圍。
[0003]因此，研發(fā)一種結(jié)構(gòu)形式合理且空間利用效率較高的新型盾構(gòu)是一項具有長遠(yuǎn)意義的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于隧道建設(shè)的泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)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(jié)構(gòu)形式，又兼具盾構(gòu)法隧道的各種優(yōu)勢。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種應(yīng)用于城市隧道建設(shè)的泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)機，包括盾構(gòu)殼體、刀盤組、進(jìn)漿管、出漿管、滑道和推進(jìn)千斤頂；
刀盤組位于盾構(gòu)殼體I前部，用于切削土體，由圓形刀盤2和異形刀盤5組成，圓形刀盤2位于上方，異形刀盤5位于下方，圓形刀盤2突出于異形刀盤5前一段距離；圓形刀盤和異形刀盤上設(shè)置有刮刀18 ;圓形刀盤2中心處通過軸3與動力系統(tǒng)連接，其兩邊對稱處連接主軸承，切削范圍為與其直徑相同的圓形區(qū)域；異形刀盤5形狀為曲邊槽形，曲邊為半徑略大于上方圓形刀盤2的圓弧，通過兩個曲軸4與動力系統(tǒng)連接，其切削范圍為略大于異形刀盤5的曲邊槽形區(qū)域，進(jìn)而與圓形區(qū)域組成馬蹄形區(qū)域；
進(jìn)漿管6位于盾構(gòu)殼體I內(nèi)上部，其一端位于盾構(gòu)殼體I后端中部，另一端位于盾構(gòu)殼體I前端上部，且位于圓形刀盤2頂部；出衆(zhòng)管7位于盾構(gòu)殼體I內(nèi)下部，其一端位于盾構(gòu)殼體I后端中部，另一端位于盾構(gòu)殼體I前端下部；
滑道10垂直布置于盾構(gòu)殼體I內(nèi)，升降機11位于滑道10上，且能上下轉(zhuǎn)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)，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(diào)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，用于拼裝拱頂?shù)幕⌒喂芷?；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，用于拼裝非弧形管片，兩個吸盤22能獨立旋轉(zhuǎn)，兩個吸盤22之間的角度可調(diào)節(jié)，以吸附不同形狀的管片；
推進(jìn)千斤頂9均勻布置于盾構(gòu)殼體I四周，一端連接液壓系統(tǒng)，另一端的支頂頂在已拼裝好的管片16上，以提供推進(jìn)反力；
盾構(gòu)殼體I的尾部設(shè)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(gòu)殼體I殼末端設(shè)有一道向盾尾方向傾斜的止?jié){鋼板14，起到防止開挖面泥漿滲漏的作用。
[0006]本發(fā)明中，曲軸4與異性刀盤5的連接采用間隙配合并用脂潤滑，使異形刀盤僅產(chǎn)生平動而不發(fā)生轉(zhuǎn)動。
[0007]本發(fā)明中，位于盾構(gòu)殼體I尾部的最后一道鋼絲盾尾刷可以進(jìn)行更換。
[0008]本發(fā)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(fā)明的工作原理是:利用刀盤組切削前方土體；通過泥漿循環(huán)系統(tǒng)，調(diào)整支護(hù)壓力以保持開挖面穩(wěn)定性；切削下來的土體通過刀盤組的開口進(jìn)入泥水艙，再由泥漿循環(huán)系統(tǒng)輸送至地面泥水處理池；盾尾設(shè)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(gòu)機頭的一道盾尾刷前在設(shè)置一道向盾尾方向傾斜的止?jié){鋼板。
[0010]上述盾構(gòu)機環(huán)形刀盤組采用滾刀和刮刀相結(jié)合的方式，其組合形式可以根據(jù)實際地層情況進(jìn)行調(diào)整，以提高該盾構(gòu)機的適用范圍。
[0011]上述盾構(gòu)機的異形刀盤由動力系統(tǒng)通過兩個曲軸驅(qū)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采用間隙配合，并用脂潤滑，使異形刀盤僅產(chǎn)生平動而不發(fā)生轉(zhuǎn)動。
[0012]上述盾構(gòu)機采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，用于拼裝拱頂?shù)幕⌒喂芷?；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(zhuǎn)動。當(dāng)兩個吸盤并攏時，可用于拼裝側(cè)墻及底板的矩形管片，當(dāng)用于拼裝側(cè)墻和底板交界處的L形管片時，可轉(zhuǎn)動兩個吸盤使其夾角為一定的度數(shù)，同時調(diào)整拼裝機的數(shù)值位置和拼裝臂的長度。在拼裝非弧形管片時，拼裝完成后必須縮短拼裝臂長度以拼裝機能夠旋轉(zhuǎn)。
[0013]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1.利用圓形刀盤和異形刀盤對盾構(gòu)前方土體進(jìn)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(diào)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(fā)明的地層適應(yīng)性，拓展其適用范圍；
3.為保證刀盤組的正常工作，盾構(gòu)機采用兩套獨立的動力系統(tǒng)，分別用于驅(qū)動圓形刀盤和異形刀盤，并可根據(jù)地層情況，調(diào)整其輸出功率。
[0015]4.所采用的新型雙頭管片拼裝機經(jīng)過專門的設(shè)計，集成了兩種拼裝設(shè)備，能同時適用于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(jié)省了盾構(gòu)機內(nèi)的空間，并降低了盾構(gòu)機的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為馬蹄形盾構(gòu)機結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圓形刀盤構(gòu)造圖；
圖3為異形刀盤構(gòu)造圖；
圖4為A-A剖面圖，即雙頭管片拼裝機構(gòu)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(biāo)號:1為盾構(gòu)殼體，2為圓形刀盤，3為軸，4為曲軸，5為異形刀盤，6為進(jìn)漿管，7為出衆(zhòng)管,8為主軸承,9為推進(jìn)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為止衆(zhòng)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(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0019]實施例1:如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的馬蹄形盾構(gòu)機包括:盾構(gòu)殼體1，盾構(gòu)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(shè)置刮刀18。刀盤2通過軸3與盾構(gòu)殼體I連接，并由主軸承8與動力系統(tǒng)相連；刀盤5同過曲軸4與盾構(gòu)殼體I連接，并由主軸承8與動力系統(tǒng)連接。
[0020]如圖1所示，刀盤組后為進(jìn)漿管6和出漿管7。盾構(gòu)機切削下來的土體通過出漿管7運送至地面，同時由進(jìn)漿管6補充新泥漿，整個循環(huán)過程的同時需保持一定的泥漿壓力以維持開挖面穩(wěn)定。
[0021]如圖1所示，沿著盾構(gòu)殼體I四周布置著推進(jìn)千斤頂9，推進(jìn)千斤頂9支頂在已拼裝好的管片16上以提供推進(jìn)的反力，從而保證盾構(gòu)的平衡推進(jìn)。
[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(zhuǎn)，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(diào)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(zhuǎn)的吸盤22組成，兩個吸盤22之間的角度可以調(diào)節(jié)，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(gòu)殼體I的盾尾設(shè)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(biāo)出)，用以封堵泥漿。盾殼末端設(shè)有一道向盾尾方向傾斜的止?jié){鋼板14，起到防止開挖面泥漿滲漏的作用。盾構(gòu)推進(jìn)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(tài)示意圖。
【權(quán)利要求】
1.一種泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)機，包括盾構(gòu)殼體、刀盤組、進(jìn)漿管、出漿管、滑道和推進(jìn)千斤頂；其特征在于: 刀盤組位于盾構(gòu)殼體(I)前部，用于切削土體，由圓形刀盤(2)和異形刀盤(5)組成，圓形刀盤(2)位于上方，異形刀盤(5)位于下方，圓形刀盤(2)突出于異形刀盤(5)前一段距離；圓形刀盤和異形刀盤上設(shè)置有刮刀(18);圓形刀盤(2)中心處通過軸(3)與動力系統(tǒng)連接，其兩邊對稱處連接主軸承，切削范圍為與其直徑相同的圓形區(qū)域；異形刀盤(5)形狀為曲邊槽形，曲邊為半徑略大于上方圓形刀盤(2)的圓弧，通過兩個曲軸(4)與動力系統(tǒng)連接，其切削范圍為略大于異形刀盤(5)的曲邊槽形區(qū)域，進(jìn)而與圓形區(qū)域組成馬蹄形區(qū)域； 進(jìn)衆(zhòng)管(6)位于盾構(gòu)殼體(I)內(nèi)上部，其一端位于盾構(gòu)殼體(I)后端中部，另一端位于盾構(gòu)殼體(I)前端上部，且位于圓形刀盤(2)頂部；出漿管(7)位于盾構(gòu)殼體(I)內(nèi)下部，其一端位于盾構(gòu)殼體(I)后端中部，另一端位于盾構(gòu)殼體(I)前端下部； 滑道(10)垂直布置于盾構(gòu)殼體(I)內(nèi)，升降機(11)位于滑道(10)上，且能上下轉(zhuǎn)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)，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(diào)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，用于拼裝拱頂?shù)幕⌒喂芷?；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，用于拼裝非弧形管片，兩個吸盤(22)能獨立旋轉(zhuǎn)，兩個吸盤(22)之間的角度可調(diào)節(jié)，以吸附不同形狀的管片； 推進(jìn)千斤頂(9)均勻布置于盾構(gòu)殼體(I)四周，一端連接液壓系統(tǒng)，另一端的支頂頂在已拼裝好的管片(16)上，以提供推進(jìn)反力； 盾構(gòu)殼體(I)的尾部設(shè)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(gòu)殼體(I)殼末端設(shè)有一道向盾尾方向傾斜的止?jié){鋼板(14)，起到防止開挖面泥漿滲漏的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)機，其特征在于曲軸(4)與異性刀盤(5)的連接采用間隙配合并用脂潤滑，使異形刀盤僅產(chǎn)生平動而不發(fā)生轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)機，其特征在于位于盾構(gòu)殼體(I)尾部的最后一道鋼絲盾尾刷可以進(jìn)行更換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥水平衡式馬蹄形盾構(gòu)機，其特征在于所述管片(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(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】張子新, 李佳宇, 朱葉艇 申請人:同濟大學(xué)