[发明专利]一种泥水平衡式马蹄形盾构机

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道挖掘机械，特别涉及一种用于建造地下建筑物的泥水平衡式马蹄形盾构机。

背景技术

目前，盾构法已经成为城市隧道掘进的主要方式之一，该施工方法对地层扰动轻微，对环境破坏较小。现有的盾构机断面形式多为圆形，其优点是结构形式较好，特别是在软弱地层中，圆形隧道能够使管片处于相对合理的受力状态中。然而，圆形隧道的问题就是其空间利用率较低，且不是所有地质条件都需要建设圆形隧道，在侧压力系数较小的地层中，圆形隧道的结构优势就无法充分发挥出来。矩形隧道的空间利用效率高于圆形隧道，圆形隧道的结构形式优于矩形隧道，两种结构形式的结合—马蹄形隧道在结构形式和空间利用方面均具有一定的优势。马蹄形隧道一般都采用矿山法或新奥法等方法进行开挖，其缺点是对地层的扰动和环境的影响均较大，且难以控制，不能满足城市中日益严格的环境保护要求，这大大限制了马蹄形隧道的适用范围。

因此，研发一种结构形式合理且空间利用效率较高的新型盾构是一项具有长远意义的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于隧道建设的泥水平衡式马蹄形盾构机，其开挖面是以一定压力的泥浆维持的，它既具有较高的空间利用率和相对合理的结构形式，又兼具盾构法隧道的各种优势。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种应用于城市隧道建设的泥水平衡式马蹄形盾构机，包括盾构壳体、刀盘组、进浆管、出浆管、滑道和推进千斤顶；

刀盘组位于盾构壳体1前部，用于切削土体，由圆形刀盘2和异形刀盘5组成，圆形刀盘2位于上方，异形刀盘5位于下方，圆形刀盘2突出于异形刀盘5前一段距离；圆形刀盘和异形刀盘上设置有刮刀18；圆形刀盘2中心处通过轴3与动力系统连接，其两边对称处连接主轴承，切削范围为与其直径相同的圆形区域；异形刀盘5形状为曲边槽形，曲边为半径略大于上方圆形刀盘2的圆弧，通过两个曲轴4与动力系统连接，其切削范围为略大于异形刀盘5的曲边槽形区域，进而与圆形区域组成马蹄形区域；

进浆管6位于盾构壳体1内上部，其一端位于盾构壳体1后端中部，另一端位于盾构壳体1前端上部，且位于圆形刀盘2顶部；出浆管7位于盾构壳体1内下部，其一端位于盾构壳体1后端中部，另一端位于盾构壳体1前端下部；

滑道10垂直布置于盾构壳体1内，升降机11位于滑道10上，且能上下转动；

双头管片拼装机13由弧形管片拼装机19、非弧形管片拼装机20、拼装机轴承12和液压千斤顶21组成，弧形管片拼装机19通过液压千斤顶21连接拼装机轴承12，非弧形管片拼装机20通过液压千斤顶21连接拼装机轴承12，使双头管片拼装机13能在拼装机轴承12为轴进行旋转，拼装机轴承12连接升降机11，使双头管片拼装机13能上下移动，通过油压千斤顶21调整双头管片拼装机13的长度，以满足管片拼装的需要；所述弧形管片拼装机19一端为弧形吸盘，用于拼装拱顶的弧形管片；所述非弧形管片拼装机20为由两个平面吸盘22组成的可伸缩式吸盘，用于拼装非弧形管片，两个吸盘22能独立旋转，两个吸盘22之间的角度可调节，以吸附不同形状的管片；

推进千斤顶9均匀布置于盾构壳体1四周，一端连接液压系统，另一端的支顶顶在已拼装好的管片16上，以提供推进反力；

盾构壳体1的尾部设有三道钢丝盾尾刷15，三道钢丝盾尾刷15之间充填满盾尾油脂，盾构壳体1壳末端设有一道向盾尾方向倾斜的止浆钢板14，起到防止开挖面泥浆渗漏的作用。

本发明中，曲轴4与异性刀盘5的连接采用间隙配合并用脂润滑，使异形刀盘仅产生平动而不发生转动。

本发明中，位于盾构壳体1尾部的最后一道钢丝盾尾刷可以进行更换。

本发明中，所述管片16通过电瓶车17运送到双头管片拼装机13处。

本发明的工作原理是：利用刀盘组切削前方土体；通过泥浆循环系统，调整支护压力以保持开挖面稳定性；切削下来的土体通过刀盘组的开口进入泥水舱，再由泥浆循环系统输送至地面泥水处理池；盾尾设有三道钢丝盾尾刷，在三道盾尾刷之间填充盾尾油脂，其中靠近盾构机头的一道盾尾刷前在设置一道向盾尾方向倾斜的止浆钢板。

上述盾构机环形刀盘组采用滚刀和刮刀相结合的方式，其组合形式可以根据实际地层情况进行调整，以提高该盾构机的适用范围。

上述盾构机的异形刀盘由动力系统通过两个曲轴驱动，两个曲轴以同样的角速度带动异形刀盘切削土体。曲轴与异形刀盘的连接采用间隙配合，并用脂润滑，使异形刀盘仅产生平动而不发生转动。