CN103670433B - 短距离重合断面掘进机 - Google Patents

Abstract

一种短距离重合断面掘进机，依次由刀盘、驱动、护盾、推进及支撑系统、尾部支撑系统、出渣输送机连接而成，其特征是：所述的推进及支撑系统由至少两个主梁推进撑靴系统组成；每个主梁推进撑靴系统包括主梁、推进油缸和撑靴，撑靴呈X型布置，撑靴的每个方位角上均设有至少一对撑靴脚。本发明通过整机合理设计，尤其是主梁推进撑靴系统的模块化设计，以及撑靴的设计达到多次重合开挖断面的目的，解决地铁过站的断面开挖问题，也为其它掘进机的发展改进提供一种新的思路。

Description

短距离重合断面掘进机

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，尤其涉及一种用于地铁过站、非圆形断面开挖的新型掘进机。

背景技术

针对非圆形断面的开挖，目前有钻爆法和全断面仿形开挖两种方式。钻爆法施工一般都人工打眼或凿岩机打眼放炮的方式开挖，对环境破坏扰动较大，有较大的安全隐患。特别对于城市、煤矿、有易燃易爆气体的区域等是限制钻爆法的使用。全断面仿形开挖法施工需要全断面仿形掘进机和相应的支护措施，整机的投资成本高，设备结构复杂，整机设备长，组装空间限制，施工成本高昂，尤其对于短距离断面开挖，如地铁过站等，而且并不是所有断面形状都能够无盲区的仿形开挖。

针对地铁过站的施工，使用什么样的设备和采用如何方式进行施工，是迫切需要解决的问题。此专利“短距离重合断面掘进机”和“重合开挖工法”主要解决在围岩可以自稳下的地铁过站、非圆形断面的开挖问题。

发明内容

本发明所要解决的是针对地铁过站、短距离非圆形断面的开挖等技术问题，提供一种短距离重合断面掘进机。

为了解决以上技术问题采用以下技术方案：一种短距离重合断面掘进机，依次由刀盘、驱动、护盾、推进及支撑系统、尾部支撑系统、出渣输送机连接而成，所述的推进及支撑系统由至少两个主梁推进撑靴系统组成；每个主梁推进撑靴系统包括主梁、推进油缸和撑靴，撑靴呈X型布置，撑靴的每个方位角上均设有至少一对撑靴脚。

所述主梁推进撑靴系统中的撑靴由撑靴脚、撑靴导向柱、撑靴油缸、撑靴滑动架组成；主梁前端与驱动连接，滑动架导轨设置在主梁上，撑靴滑动架滑动设置在滑动架导轨上，推进油缸与滑动架导轨平行设置，推进油缸设置在主梁前端与撑靴滑动架之间，撑靴脚和撑靴滑动架之间设有撑靴导向柱和撑靴油缸。

所述的刀盘为平面刀盘或锥形刀盘，驱动主要由箱体、马达、减速装置、主轴承、密封、环件组成，刀盘通过法兰与驱动的环件相连，护盾布置在驱动的四周，主梁前端通过法兰与驱动的箱体连接，尾部支撑系统与主梁后端连接，出渣输送机设置在尾部支撑系统后部。

所述的尾部支撑系统包括尾部滑动架、尾部垂直调整油缸、尾部撑靴脚、尾部导向柱、尾部支撑油缸、尾部水平调整油缸、尾部支撑架；尾部滑动架设置在主梁后端，尾部滑动架上设有尾部垂直调整油缸和尾部水平调整油缸，尾部支撑架活动设置在尾部滑动架上，尾部撑靴脚和尾部支撑架之间设有尾部导向柱和尾部支撑油缸。

依次由刀盘、驱动、护盾、至少两个主梁推进撑靴系统、尾部支撑系统、出渣输送机连接而成并由控制系统进行控制；刀盘在驱动的驱动下切削岩面，通过刀盘集渣斗收集岩渣由出渣输送机出渣，每个主梁推进撑靴系统配置一个X型布置的撑靴。

半工掘进模式时的工作过程如下：开始掘进时，主梁上的所有撑靴撑紧岩壁，尾部支撑系统收起离开底部岩壁，刀盘、护盾、驱动、主梁在推进油缸作用下，向前掘进一个油缸行程，尾部支撑系统伸出撑紧支撑在底部岩壁上，主梁上的所有撑靴缩回离开岩壁，推进油缸复位带动撑靴恢复到初始状态，开始下一工作循环准备，一个换步掘进的工作模式完成。

全工掘进模式时的工作过程如下：包括两个主梁推进撑靴系统，分别命名为第一主梁推进撑靴系统、第二主梁推进撑靴系统；第一主梁上的第一撑靴撑紧岩壁，第一撑靴在第一推进油缸的伸出作用下掘进一个行程，刀盘、护盾、驱动、第一主梁、第二主梁、第二推进油缸、第二撑靴、尾部支撑系统向前移动一个第一推进油缸的行程，此时第二撑靴撑紧岩壁，第一撑靴缩回，第二推进油缸伸出一个油缸行程，第一推进油缸快速回收复位，准备下一个交替掘进状态。

本发明短距离重合断面掘进机可以多次重合开挖和掘进模式特点是其他掘进机所不具备的。本发明精化设备，又降低设备及施工成本。在使用本发明进行地铁过站施工、及巷道施工后，可以根据需要断面情况对断面进行人工修正得到最终的断面形状。

本发明考虑了多次重合开挖、无支护连续掘进对撑靴布置空间的要求，通过合理布局撑靴的撑靴脚的方位角，撑靴支撑点在上部，使短距离重合断面掘进机能够实现重合掘进，完成非圆形断面开挖，不同于其它掘进机的支撑方式。在围岩可以自稳地质下，使岩石承受的局部应力减小，分散了对岩石的扰动，对软围岩的有良好适应性，能够实现多次重合掘进得到需要的断面。

本发明具有进行半工掘进模式和全工掘进模式。半工掘进模式换步时，不能进行掘进，即只有撑靴撑紧岩壁时，才能掘进；全工掘进模式，不需要后支撑进行换步，采用主梁推进撑靴交替推进掘进。

本发明通过整机合理设计，尤其是主梁推进撑靴系统的模块化设计，以及撑靴的设计达到多次重合开挖断面的目的，解决地铁过站的断面开挖问题，也为其它掘进机的发展改进提供一种新的思路。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1A-A方向的剖视图。

图3为图1B-B方向的剖视图。

图4为主梁推进撑靴系统的结构示意图。

图5为短距离重合断面掘进机施工工法示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种短距离重合断面掘进机，依次由刀盘1、驱动2、护盾3、推进及支撑系统、尾部支撑系统7、出渣输送机8连接而成并由控制系统进行控制。推进及支撑系统由两个串联设置的主梁推进撑靴系统组成，具有换步掘进模式和不换步掘进模式两种模式应对不同的围岩，并且主梁推进撑靴系统中撑靴的布置方位使掘进机可以进行多次重合开挖，每一个撑靴由多对撑靴脚分散撑靴对岩石的局部应力，减小对岩石的扰动。

刀盘1为平面刀盘或锥形刀盘，刀盘1通过法兰与驱动2的环件相连，刀盘进行岩石破碎并通过集渣斗收集岩渣。驱动2主要由箱体、马达、减速装置、主轴承、密封、环件组成，驱动2的作用是为刀盘1的旋转提供动力扭矩。护盾3布置在驱动2的四周，可以调节与围岩岩壁的压力和减震的作用。尾部支撑系统7设置在最后一个主梁推进撑靴系统的后部，用于换步时的支撑和调向。出渣输送机8设置在尾部支撑系统7后部，用于掘进机的出渣处理。

如图2、4所示，每个主梁推进撑靴系统均包括主梁4、推进油缸5、和撑靴6，撑靴由撑靴脚6-1、撑靴导向柱6-2、撑靴油缸6-3、撑靴滑动架6-4和滑动架导轨6-5组成。主梁4通过法兰与驱动2的箱体连接，主梁4上设有推进油缸5及呈X型布置的撑靴，撑靴6的每个方位角上均设有一对撑靴脚6-1，撑靴脚撑紧岩壁，提供反力。滑动架导轨6-5设置在主梁4上，滑动架导轨6-5是撑靴6的移动轨道。撑靴滑动架6-4滑动设置在滑动架导轨6-5上，推进油缸5与滑动架导轨6-5平行设置，推进油缸5设置在主梁前端与撑靴滑动架之间，撑靴滑动架6-4是撑靴6的载体通过推进油缸5在滑动架导轨6-5上滑动。撑靴油缸6-3和撑靴导向柱6-4连接在撑靴滑动架与撑靴脚之间，撑靴油缸执行伸出或缩回撑靴脚的动作；撑靴导向柱是撑靴脚的导向机构，保证撑靴脚能正确方位撑紧岩壁。

撑靴的多对撑靴脚的布置分散了对岩石的扰动，使岩石承受的局部应力减小，对软围岩的有良好适应性。撑靴顶天立地的支撑方式，保证短距离重合掘进机进行多次重合开挖时，撑靴能够有效支撑岩壁。

如图3所示，尾部支撑系统7包括尾部滑动架7-1、尾部垂直调整油缸7-2、尾部撑靴脚7-3、尾部导向柱7-4、尾部支撑油缸7-5、尾部水平调整油缸7-6、尾部支撑架7-7；尾部滑动架设置在主梁后端，尾部滑动架上设有尾部垂直调整油缸和尾部水平调整油缸，尾部支撑架活动设置在尾部滑动架上，尾部撑靴脚和尾部支撑架之间设有尾部导向柱和尾部支撑油缸。

两种掘进模式详细说明：

半工掘进模式时，工作过程是：掘进机开始掘进时，主梁上的所有撑靴撑紧岩壁，尾部支撑系统收起离开底部岩壁，刀盘、护盾、驱动、主梁在推进油缸作用下，向前掘进一个油缸行程，尾部支撑系统伸出撑紧支撑在底部岩壁上，主梁上的所有撑靴缩回离开岩壁，推进油缸复位带动撑靴恢复到初始状态，开始下一工作循环准备，一个换步掘进的工作模式完成。

全工掘进模式时，工作过程是：包括两个主梁推进撑靴系统，分别命名为第一主梁推进撑靴系统、第二主梁推进撑靴系统。第一主梁上的第一撑靴撑紧岩壁，第一撑靴在第一推进油缸的伸出作用下掘进一个行程，刀盘、护盾、驱动、第一主梁、第二主梁、第二推进油缸、第二撑靴、尾部支撑系统向前移动一个第一推进油缸的行程，此时第二撑靴撑紧岩壁，第一撑靴缩回，第二推进油缸伸出一个油缸行程，第一推进油缸快速回收复位，准备下一个交替掘进状态。

由以上两个主梁推进撑靴系统下的掘进机两种掘进模式可知，若是多个主梁推进撑靴系统下，可以进行主梁推进撑靴系统的分组实现全工掘进模式。同时说明，半工掘进模式下，撑靴接触岩壁的面积多，对岩石扰动下，更适应岩石软弱的地质，而全工掘进模式，更适用岩石坚硬的地质，可以实现快速的掘进。

如图5所示，短距离重合断面掘进机施工工法即掘进机采用一次以上重合开挖的方式得到开挖断面的施工方法，保证了一次开挖后截面，能够满足二次开挖时撑靴支撑岩壁要求。

Claims (6)

1.一种短距离重合断面掘进机，依次由刀盘、驱动、护盾、推进及支撑系统、尾部支撑系统、出渣输送机连接而成，其特征是：所述的推进及支撑系统由至少两个主梁推进撑靴系统组成；每个主梁推进撑靴系统包括主梁、推进油缸和撑靴，撑靴呈X型布置，撑靴支撑在隧道岩壁的上下方位，撑靴的每个方位角上均设有至少一对撑靴脚；所述主梁推进撑靴系统中的撑靴由撑靴脚、撑靴导向柱、撑靴油缸、撑靴滑动架组成；主梁前端与驱动连接，滑动架导轨设置在主梁上，撑靴滑动架滑动设置在滑动架导轨上，推进油缸与滑动架导轨平行设置，推进油缸设置在主梁前端与撑靴滑动架之间，撑靴脚和撑靴滑动架之间设有撑靴导向柱和撑靴油缸。

2.根据权利要求1所述的短距离重合断面掘进机，其特征是：所述的刀盘为平面刀盘或锥形刀盘，驱动主要由箱体、马达、减速装置、主轴承、密封、环件组成，刀盘通过法兰与驱动的环件相连，护盾布置在驱动的四周，主梁前端通过法兰与驱动的箱体连接，尾部支撑系统与主梁后端连接，出渣输送机设置在尾部支撑系统后部。

3.根据权利要求1所述的短距离重合断面掘进机，其特征是：所述的尾部支撑系统包括尾部滑动架、尾部垂直调整油缸、尾部撑靴脚、尾部导向柱、尾部支撑油缸、尾部水平调整油缸、尾部支撑架；尾部滑动架设置在主梁后端，尾部滑动架上设有尾部垂直调整油缸和尾部水平调整油缸，尾部支撑架活动设置在尾部滑动架上，尾部撑靴脚和尾部支撑架之间设有尾部导向柱和尾部支撑油缸。

4.根据权利要求1所述的短距离重合断面掘进机，其特征是：依次由刀盘、驱动、护盾、至少两个主梁推进撑靴系统、尾部支撑系统、出渣输送机连接而成并由控制系统进行控制；刀盘在驱动的驱动下切削岩面，通过刀盘集渣斗收集岩渣由出渣输送机出渣，每个主梁推进撑靴系统配置一个X型布置的撑靴。

5.根据权利要求1所述的短距离重合断面掘进机，其特征是半工掘进模式时的工作过程如下：开始掘进时，主梁上的所有撑靴撑紧岩壁，尾部支撑系统收起离开底部岩壁，刀盘、护盾、驱动、主梁在推进油缸作用下，向前掘进一个油缸行程，尾部支撑系统伸出撑紧支撑在底部岩壁上，主梁上的所有撑靴缩回离开岩壁，推进油缸复位带动撑靴恢复到初始状态，开始下一工作循环准备，一个换步掘进的工作模式完成。

6.根据权利要求1所述的短距离重合断面掘进机，其特征是全工掘进模式时的工作过程如下：包括两个主梁推进撑靴系统，分别命名为第一主梁推进撑靴系统、第二主梁推进撑靴系统；第一主梁上的第一撑靴撑紧岩壁，第一撑靴在第一推进油缸的伸出作用下掘进一个行程，刀盘、护盾、驱动、第一主梁、第二主梁、第二推进油缸、第二撑靴、尾部支撑系统向前移动一个第一推进油缸的行程，此时第二撑靴撑紧岩壁，第一撑靴缩回，第二推进油缸伸出一个油缸行程，第一推进油缸快速回收复位，准备下一个交替掘进状态。