[发明专利]一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用布置在隧道掘进装置外侧多个筒式或杆式螺旋推进装置推动，配合掘进装置前方挖土，实现在地下岩土中自驱动行走式隧道掘进装置与方法，属于非开挖地下隧道或管道施工领域。

背景技术

目前，地下工程的修建将大量遇到在地面建筑物基础或地下建筑物或构筑物之间隧道穿行施工的问题。现应用广泛的非开挖施工技术，诸如盾构法和顶管法的长距离和灵活转弯穿行性难以满足地下空间的施工要求。使得城市地下管网建设和地下空间开发受到很大限制。同时，上述二种技术均需依赖于后方人工结构或构筑物提供掘进装置前进的反力，因此使得掘进装置的行走速度既受到后方支护结构的安装时间影响，又使得支护结构在承受径向使用荷载的同时，还要承担作为掘进装置前行反力的临时施工荷载影响，其结果制约了隧道的施工速度和增加了支护结构不必要的厚度，浪费了支护材料。自行走式隧道或管道施工技术及相应掘进设备的出现，为降低这些不必要的影响提供一种有效的技术和装备。

发明内容

为了克服现有掘进装置所存在的土体施工过程中，必须对掘进装置后方的人工构筑物施加反作用压力才能前行的问题，本发明提出了一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种多螺旋自驱动行走式隧道掘进装置，由1节以上的筒体依次连接组成，在作为驱动节的筒体的周向成对-布置螺旋推进装置；螺旋推进装置由作为旋转轴的横截面为圆筒形或多边形的筒体或棒体或杆体和在其周向上缠绕的螺纹组成；在作为驱动节的筒体的外侧沿轴向布置1个以上螺旋推进装置，即组成由掘进装置筒体外侧螺旋推进装置1环以上的推进装置组；所述螺旋推进装置的轴线与筒体的轴线平行。

在上述掘进装置所有筒体上或部分筒体上布置螺旋推进装置。

在上述各节筒体之间使用沿内侧周边布置的液压缸组连接。

掘进装置的各节筒体的横截面形状为多边形或圆形。

所述螺旋推进装置的全部螺纹伸出到掘进装置筒体外侧或部分螺纹伸出到掘进装置的筒体外侧。

所述螺旋推进装置上缠绕的螺纹的方向分别有左旋和右旋。

螺纹伸出到掘进装置外侧的螺旋推进装置按其筒体上的螺纹旋向成对布置。

螺纹的横截面形状类型为矩形、三角形、锯齿形、梯形、多边形或圆形。

多螺旋自驱动行走式隧道掘进技术方案按下列步骤开挖隧道：

使用单节或多节布置有螺旋推进装置的隧道掘进装置，在安装在掘进装置内部或后部扭矩驱动源(扭矩驱动源可以是液压式或电力式通过减变速机构)的作用下，带动与扭矩驱动源相连接的螺旋推进装置的轴旋转，使螺纹全部或部分伸出到掘进装置体外侧螺旋推进装置筒体上的螺纹切削周围岩土体，在旋转螺纹上的土体产生的沿掘进装置轴向反力作用下，给掘进装置提供各节前进的反力，推动掘进装置向前自驱动前行。

当单节带有螺旋推进装置的驱动力不足以驱动掘进装置前行时，可以使用多节带有螺旋推进装置的掘进装置，以增大掘进装置对前方工作面前行推力。

当需要掘进装置转弯时：

可采用控制不同侧的螺旋推进装置的转速来实现。当欲向左转弯时，加大布置在掘进装置外侧右侧螺旋推进装置的转速；当欲向右转弯时，加大布置在掘进装置外侧左侧螺旋推进装置的转速；当欲向上转弯时，加大布置在掘进装置外侧下侧螺旋推进装置的转速；当欲向下转弯时，加大布置在掘进装置外侧上侧螺旋推进装置的转速。

对于由多节组成的掘进装置，除采用由单节组成的掘进装置控制转弯同样的方式外，还需采取：

当需要向左转弯时，分别控制连接二节掘进装置筒体内侧右侧的液压缸伸长；当需要向右转弯时，分别控制连接二节掘进装置筒体内侧左侧的液压缸伸长；当需要向上转弯时，分别控制连接二节掘进装置筒体内侧下侧的液压缸伸长；当需要向下转弯时，分别控制连接二节掘进装置筒体内侧上侧的液压缸伸长。

本发明的原理如下：

隧道或管道掘进采用多螺旋自驱动行走式隧道掘进技术及其装置的原理是在掘进装置筒体外部，利用周向设置的N(N≥1)个伸出的螺旋推进装置，在掘进装置外侧的岩土中旋转，在螺旋推进装置的螺纹上的岩土体轴向反力作用下，推动掘进装置在土中不依赖后方人工构筑物提供反力自驱动前行。为提高掘进装置对前方岩土体工作面的作用力，可以采用每节均带有螺旋推进装置的L(L≥1)节筒体，形成由多节自驱动节组成的掘进装置，在岩土体中自驱动前行开挖隧道。

本发明可以获得如下有益效果：