CN114135292B - 一种竖井掘进机及其模块化复用型盾体 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块化复用型盾体，包括若干块沿环向互相拼接为一体的外圈分块、若干块沿环向互相拼接为一体的内圈分块，各所述内圈分块的外侧壁分别与各自对应的所述外圈分块的内侧壁形成可拆卸连接，且各所述内圈分块的内侧壁分别与竖井掘进机的驱动装置的输出端动力连接。如此，由于外圈分块与内圈分块之间形成可拆卸连接，因此，盾体由模块化的零部件组成，在面对相似开挖直径的需要时，只需将内圈分块与外圈分块拆卸后，将外圈分块留在竖井中作为永久支护，并将内圈分块移除后重新与新的外圈分块进行组装连接即可，实现了外圈分块和内圈分块的通用性和互换性，实现了内圈分块的重复使用。本发明还公开一种竖井掘进机，其有益效果如上所述。

Description

一种竖井掘进机及其模块化复用型盾体

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，特别涉及一种模块化复用型盾体。本发明还涉及一种竖井掘进机。

背景技术

随着国民经济的快速发展，我国城市化进程不断加快，今后相当长的时期内，国内的城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道、铁路隧道、公路隧道、市政管道等隧道工程将需要大量的隧道掘进机。

隧道掘进机是一种高智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的隧道施工重大技术装备，其工作原理是用刀盘破碎岩石，再进行出碴。国内通常将隧道掘进机分为两类，即敞开式隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)和护盾式隧道掘进机(简称盾构机)。其中，TBM主要适用于围岩性较好的硬岩地层，而盾构机主要适用于富含泥水或泥砂的软土地层。

竖井掘进机是一种特殊的隧道掘进机，其运用场合广泛且极其重要。竖井掘进机在施工完毕后盾体外壳作为永久支护将留在竖井中。对于大型乃至超大型竖井掘进机其盾体外圆尺寸极大(15m以上)，对于单一直径且批量大的产品中，其盾体平台部分的零部件加工精度的一次性极难保证，互换性极难。并且，市场上常见的大型竖井掘的盾体平台多为定制化，没有系统性且通用化的加工方案，导致盾体的零部件的通用性较差，往往在有相似开挖直径的需要时，各个盾体的零部件无法实现通用，必须重新加工、组装。

因此，如何实现盾体零部件的通用性和互换性，实现盾体零部件的重复使用，是本领域技术人员面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化复用型盾体，能够实现盾体零部件的通用性和互换性，实现盾体零部件的重复使用。本发明的另一目的是提供一种竖井掘进机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种模块化复用型盾体，包括若干块沿环向互相拼接为一体的外圈分块、若干块沿环向互相拼接为一体的内圈分块，各所述内圈分块的外侧壁分别与各自对应的所述外圈分块的内侧壁形成可拆卸连接，且各所述内圈分块的内侧壁分别与竖井掘进机的驱动装置的输出端动力连接。

优选地，所述外圈分块及所述内圈分块在环向上均分布有8～16个。

优选地，各所述外圈分块的外侧壁均为曲率一致的圆弧面，且各所述外圈分块的内侧壁均为平面。

优选地，各所述内圈分块的外侧壁均为与所述外圈分块的内侧壁配合的平面，且各所述内圈分块的内侧壁均为与所述输出端的外圆面配合的圆弧面。

优选地，相邻两个所述内圈分块的周向侧壁的外侧区域均开设有用于释放残余应力的间隙空腔，且所述间隙空腔内填塞有具有弹性的封堵支撑块。

优选地，相邻两个所述内圈分块的周向侧壁的内侧区域形成可拆卸连接。

优选地，各所述内圈分块的外侧壁分别与各自对应的所述外圈分块的内侧壁之间通过周向连接板相连。

优选地，相邻两个所述外圈分块的周向侧壁之间以及相邻两个所述内圈分块的周向侧壁之间均通过径向连接板相连。

优选地，各所述周向连接板及各所述径向连接板上均穿设有用于连接定位的定位销以及用于加强连接的紧固件。

本发明还提供一种竖井掘进机，包括驱动装置和模块化复用型盾体，所述模块化复用型盾体具体为上述任一项所述的模块化复用型盾体。

本发明所提供的模块化复用型盾体，主要包括外圈分块和内圈分块。其中，外圈分块同时分布有多块，且各个外圈分块在盾体中沿环向(或周向)方向分布并互相拼接为一体式结构，形成整个盾体的外缘结构。内圈分块同样同时分布有多块，且各个内圈分块在盾体中沿环向(或周向)方向分布并互相拼接为一体式结构，形成整个盾体的内圈结构。同时，各个内圈分块的外侧壁分别与各自对应的外圈分块的内侧壁形成可拆卸连接，从而可实现内圈分块与外圈分块之间的连接及拆卸操作。并且，各个内圈分块的内侧壁分别与竖井掘进机的驱动装置的输出端形成动力连接，以使驱动装置的输出端将动力输出至各个内圈分块上，进而传递至各个外圈分块上，实现对整个盾体的动力驱动。如此，本发明所提供的模块化复用型盾体，由于盾体的外缘结构由多个结构相同的外圈分块拼接而成，而盾体的内圈结构由多个结构相同的内圈分块拼接而成，且外圈分块与内圈分块之间形成可拆卸连接，因此，盾体的整体结构由模块化的零部件组成，在面对相似开挖直径的需要时，只需将内圈分块与外圈分块拆卸后，将外圈分块留在竖井中作为永久支护，并将内圈分块移除后重新与新的外圈分块进行组装连接即可，实现了外圈分块和内圈分块的通用性和互换性，实现了内圈分块的重复使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1中所示的A-A截面结构示意图。

图3为外圈分块的具体结构示意图。

图4为内圈分块的具体结构示意图。

图5为间隙空腔的具体结构示意图。

图6为封堵支撑块的具体结构示意图。

图7为图1中所示的D-D截面结构示意图。

图8为图1中所示的E-E截面结构示意图。

其中，图1—图8中：

输出端—a；

外圈分块—1，内圈分块—2，间隙空腔—3，封堵支撑块—4，周向连接板—5，径向连接板—6，定位销—7，紧固件—8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1中所示的A-A截面结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，模块化复用型盾体主要包括外圈分块1和内圈分块2。

其中，外圈分块1同时分布有多块，且各个外圈分块1在盾体中沿环向(或周向)方向分布并互相拼接为一体式结构，形成整个盾体的外缘结构。

内圈分块2同样同时分布有多块，且各个内圈分块2在盾体中沿环向(或周向)方向分布并互相拼接为一体式结构，形成整个盾体的内圈结构。

同时，各个内圈分块2的外侧壁分别与各自对应的外圈分块1的内侧壁形成可拆卸连接，从而可实现内圈分块2与外圈分块1之间的连接及拆卸操作。

并且，各个内圈分块2的内侧壁分别与竖井掘进机的驱动装置的输出端a形成动力连接，以使驱动装置的输出端a将动力输出至各个内圈分块2上，进而传递至各个外圈分块1上，实现对整个盾体的动力驱动。

如此，本实施例所提供的模块化复用型盾体，由于盾体的外缘结构由多个结构相同的外圈分块1拼接而成，而盾体的内圈结构由多个结构相同的内圈分块2拼接而成，且外圈分块1与内圈分块2之间形成可拆卸连接，因此，盾体的整体结构由模块化的零部件组成，在面对相似开挖直径的需要时，只需将内圈分块2与外圈分块1拆卸后，将外圈分块1留在竖井中作为永久支护，并将内圈分块2移除后重新与新的外圈分块1进行组装连接即可，实现了外圈分块1和内圈分块2的通用性和互换性，实现了内圈分块2的重复使用。

如图3、图4所示，图3为外圈分块1的具体结构示意图，图4为内圈分块2的具体结构示意图。

在关于外圈分块1及内圈分块2的一种可选实施例中，该外圈分块1及内圈分块2在盾体的环向方向上分别设置有8～16个。以外圈分块1及内圈分块2分别设置有8个为例，由于各个外圈分块1的结构相同，且各个内圈分块2的结构相同，因此各个外圈分块1及内圈分块2在盾体的周向上均匀分布，且每个外圈分块1及每个内圈分块2互相对应，每组外圈分块1及内圈分块2分别占据45°圆心角区域，互相拼接后形成盾体的外圈结构和内圈结构。

一般的，考虑到竖井掘进的需求，各个外圈分块1的外侧壁均为曲率一致的圆弧面，如此设置，各个外圈分块1互相拼接后即可保证形成曲率半径相等的整圆外圈结构，进而保证竖井掘进隧道的外径尺寸。

同时，为便于与内圈分块2之间的连接，各个外圈分块1的内侧壁均为平面。相应的，各个内圈分块2的外侧壁也均为平面，并且与各个外圈分块1的内侧壁匹配，两者能够互相紧贴。并且，为便于与竖井掘进机的驱动装置的输出端a相连，各个内圈分块2的内侧壁均与圆弧面，以便与输出端a的外圆面配合连接，同时可搭配铰接座进行间接相连，并通过内圈分块2上的螺丝孔和销轴孔进行定位连接。如此设置，外圈分块1的整体形状为底边是圆弧面的等腰梯形结构，而内圈分块2的整体形状为顶边是圆弧面的等腰梯形结构，从而使得周向上相邻的两个外圈分块1能够通过腰边互相紧贴实现互相拼接，同理，周向上相邻的两个内圈分块2也能够通过腰边互相紧贴实现互相拼接。

如图5所示，图5为间隙空腔3的具体结构示意图。

另外，考虑到盾体的整体尺寸较大，在运输时通过只能进行分块运输，而在达到工地后，工件(如内圈分块2)的残余应力会逐步释放导致工地装配时需要花费大量的时间进行修整，针对此，本实施例在相邻两个内圈分块2的周向侧壁的外侧区域均开设了间隙空腔3，以通过该间隙空腔3为各个内圈分块2提供残余应力的释放空间，同时由于该间隙空腔3也覆盖了部分外圈分块1，因此也为对应的外圈分块1提供了部分残余应力的释放空间。一般的，该间隙空腔3呈三角形，如此能够使内圈分块2沿周向方向释放应力，也能够使外圈分块1沿径向方向释放应力。当然，间隙空腔3的具体形状并不固定，具体也根据实际应力释放需求进行调整。

如图6所示，图6为封堵支撑块4的具体结构示意图。

进一步的，为保证结构完整性，本实施例还在各个间隙空腔3内填塞有封堵支撑块4。具体的，该封堵支撑块4具有弹性，能够通过弹性形变塞入到各个间隙空腔3内，增加支撑强度，并且适应释放了残余应力后导致微观结构不同的各个间隙空腔3的安装环境。

如图8所示，图8为图1中所示的E-E截面结构示意图。

此外，考虑到外圈分块1整体将在竖井掘进完成层后留在竖井中，而内圈分块2可以移除后重复使用，为便于内圈分块2的拆卸工作，本实施例中，相邻两个内圈分块2的周向侧壁的内侧区域形成可拆卸连接(外侧区域开设有间隙空腔3)。具体的，本实施例在相邻两个内圈分块2的周向侧壁的内侧区域之间设置有径向连接板6，以通过该径向连接板6实现相邻两个内圈分块2的可拆卸连接。同时，本实施例还在径向连接板6上穿设有定位销7和若干个紧固件8，以通过定位销7实现相邻两个内圈分块2的互相定位，并通过各个紧固件8加强两个内圈分块2之间的连接稳定性。

同理，相邻两个外圈分块1之间也可以通过径向连接板6实现连接，并通过可以在径向连接板6上穿设定位销7和紧固件8，此处不再赘述。考虑到外圈分块1拼接后无需拆卸，因此各个外圈分块1可分别与对应的径向连接板6通过焊接工艺实现固定连接。

如图7所示，图7为图1中所示的D-D截面结构示意图。

至于内圈分块2与外圈分块1之间的连接，本实施例中在各个内圈分块2的外侧壁与各自对应的外圈分块1的内侧壁之间均设置有周向连接板5，以通过该周向连接板5实现各个内圈分块2与外圈分块1之间的可拆卸连接。具体的，在周向连接板5上可穿设定位销7进行对应的内圈分块2与外圈分块1的互相定位，同时通过螺栓等紧固件8实现螺纹连接，并利用紧固件8加强两者之间的连接稳定性。

当然，内圈分块2与外圈分块1之间的连接方式，并不仅限于上述通过周向连接板5搭配定位销7和紧固件8的情况，还可以采用键槽连接结构、卡接连接结构等。

另外，本实施例所提供的模块化复用型盾体，在组装加工时，第一步首先进行外圈分块1的组焊。具体的，在加工时，按竖井掘进机开挖直径的外圆直径及45°角方位划基准线，同时以内外圈连接面位置尺寸划出外圈分块1与内圈分块2之间的径向连接板5的中心线。同时，在区域内用调整垫片调出2mm的基准平面，保证多组基准点，合格后，沿分块线采用特定尺寸的工艺块进行限位，从而确定焊接时整个工件的焊接基准以及后续的拼装基准。

接着，依照图纸将各个外圈分块1进行焊接，其中外圈分块1两侧的径向连接板6不进行焊接。径向连接板6的外形都相同，且径向连接板6机加完配合面后配对焊接然后再对空隙进行加工，焊接时组对插入焊接，保证了相邻两个径向连接板6的装配关系，减少焊接变形对装配关系的影响。

然后，将外圈分块1按照地面所划好的基准线基准进行组合，预留径向连接板6的安装位置，并点焊在地面上固定好。将各外圈分块1之间的径向连接板6整体吊入，再将径向连接板6与各外圈分块1进行整体焊接，同时预留机加量。而外圈分块1与内圈分块2相配合的周向连接板5需在拆分后单独将配合面进行机加，这是因为周向连接板5的外形不完全一致，组对焊接不容易实现。

最后，对制作完毕的外圈分块1进行编号，比如8块时，编号为1～8，制作时对应做标记移植，根据分块编号，按现场实际场地分工位分开后续加工。一般的，外圈分块1可分为4组，具体为分块①+⑤、分块②+⑥、分块③+⑦、分块④+⑧两两一组。

第二步进行内、外圆整体合拢、组焊。首先，确定主体中心，在平台上放样多个同心基准圆、八边形、分度线、分块线等，按图中定位尺寸定位工艺垫板，调平多处垫板水平3mm以内。

然而，按顺序将外圈的8个外圈分块1按顺序拼接成整体，再在各个外圈分块1之间的径向连接板6上穿工艺销，以便保证定位精度，并加螺栓加固。

之后，按顺序将各个内圈分块2吊入，注意对齐45°分块线，保证外圈与外圈之间的间隙控制，同时调整整体隔板平面度10mm内。再在各个内圈分块2之间的径向连接板6上穿工艺销，以便保证定位精度，并加螺栓加固。

最后，将外圈分块1与内圈分块2之间的周向连接板5吊入，再穿上工艺销，以便保证定位精度，并加螺栓加固，合格后在周向连接板5的上端面处加焊加强块进行连接。

第三步在焊接完毕后按照图纸对各个周向连接板5及径向连接板6进行加工，加工前对工件进行时效处理，减少加工变形。

第四步在整个盾体加工完毕后发往工地进行组装，预留间隙空腔3的地方根据设计情况进行焊接。

第五步中，当有相似开挖直径的需要时，盾体的内圈可拆卸后重新使用，盾体的外圈可重新按照第一步组焊后，再通过第二步与盾体的内圈进行重新组装。

本实施例还提供一种竖井掘进机，包括驱动装置和模块化复用型盾体，其中，该模块化复用型盾体的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种模块化复用型盾体，其特征在于，包括若干块沿环向互相拼接为一体的外圈分块(1)、若干块沿环向互相拼接为一体的内圈分块(2)，各所述内圈分块(2)的外侧壁分别与各自对应的所述外圈分块(1)的内侧壁形成可拆卸连接，且各所述内圈分块(2)的内侧壁分别与竖井掘进机的驱动装置的输出端(a)动力连接；

相邻两个所述内圈分块(2)的周向侧壁的外侧区域均开设有间隙空腔(3)，所述间隙空腔(3)覆盖了部分所述外圈分块(1)的内壁，用于供对应的所述内圈分块(2)沿周向方向释放应力以及供对应的所述外圈分块(1)沿径向释放应力；

所述间隙空腔(3)内填塞有具有弹性的封堵支撑块(4)，以增加支撑强度并分别适应释放了残余应力后微观结构不同的各个所述间隙空腔(3)的安装环境。

2.根据权利要求1所述的模块化复用型盾体，其特征在于，所述外圈分块(1)及所述内圈分块(2)在环向上均分布有8～16个。

3.根据权利要求2所述的模块化复用型盾体，其特征在于，各所述外圈分块(1)的外侧壁均为曲率一致的圆弧面，且各所述外圈分块(1)的内侧壁均为平面。

4.根据权利要求3所述的模块化复用型盾体，其特征在于，各所述内圈分块(2)的外侧壁均为与所述外圈分块(1)的内侧壁配合的平面，且各所述内圈分块(2)的内侧壁均为与所述输出端(a)的外圆面配合的圆弧面。

5.根据权利要求1所述的模块化复用型盾体，其特征在于，相邻两个所述内圈分块(2)的周向侧壁的内侧区域形成可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的模块化复用型盾体，其特征在于，各所述内圈分块(2)的外侧壁分别与各自对应的所述外圈分块(1)的内侧壁之间通过周向连接板(5)相连。

7.根据权利要求6所述的模块化复用型盾体，其特征在于，相邻两个所述外圈分块(1)的周向侧壁之间以及相邻两个所述内圈分块(2)的周向侧壁之间均通过径向连接板(6)相连。

8.根据权利要求7所述的模块化复用型盾体，其特征在于，各所述周向连接板(5)及各所述径向连接板(6)上均穿设有用于连接定位的定位销(7)以及用于加强连接的紧固件(8)。

9.一种竖井掘进机，包括驱动装置和模块化复用型盾体，其特征在于，所述模块化复用型盾体具体为权利要求1-8任一项所述的模块化复用型盾体。