[发明专利]一种矩形盾构机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道盾构施工技术领域，尤其是指一种矩形盾构机及其控制方法。

背景技术

随着城市地下空间的大规模的开发，盾构法施工技术因其对地上、地下构筑物、周边环境影响小，保证交通通行、减少道路中断、管线搬迁等优势，越来越多地被应用于城市道路、地下共同沟、地铁隧道施工，纵观国内外盾构技术的发展，其趋势将是多元化和多样化的。在隧道断面方面，除了向超大直径断面隧道发展以外，也向异形断面隧道发展。从隧道的使用功能来分析，公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、人行地道、地下共同沟的断面形式以矩形或类矩形最为合适，最为经济，因而矩形盾构的研发和应用意义十分重大。

然而，矩形盾构技术在发展的同时也面临着诸多的挑战，其中，切削刀盘的控制方法就是重要的挑战之一。通常的刀盘控制方法不能保证矩形盾构多刀盘之间的切削始终保持同步进行，这样会影响隧道施工质量。因此，有必要对现有矩形盾构刀盘的控制方法进行改进。另外，切削刀盘也是重要的挑战之一。通常的切削刀盘不能实现全断面切削作用，将直接影响隧道施工质量。

其次，管片拼装机也是重要的挑战之一。通常的管片拼装机只能实现六个方向的自由度调节，然而在实际的拼装过程中，管片的实际位置并不会这么规则的沿着这六个自由度，因此会造成实际拼装管片过程中造成管片定位的不准确，影响管片拼装的速度以及质量。

另外，用于连接盾构壳体的密封结构也是重要的挑战之一。目前，现有盾构的前后段壳体一般会通过铰接方式连接起来，为了防止泥水倒灌，在前后壳体的搭接处安装密封结构。而在现有大断面矩形或类矩形盾构壳体的加工制造中，很难保证其前后段壳体外周的尺寸精度，因而，在安装铰接后，前段壳体和后段壳体之间存在间隙尺寸有偏差。若仅采用普通现有的方式密封，则会导致压密量的不均匀。

因此，对现有的矩形盾构进行改进是本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明提供了一种矩形盾构机，包括前段壳体、后段壳体、设置于所述前段壳体前端的刀盘装置、设置于所述后段壳体上的管片拼装系统，以及设置于所述前段壳体与所述后段壳体之间的铰接密封结构，其中：

所述刀盘装置包括按设定角度差设置于所述前段壳体的前端的第一刀盘和第二刀盘、位于所述第一刀盘和所述第二刀盘后方的偏心多轴异形刀盘、用于驱动所述第一刀盘作圆周运动的第一刀盘驱动、用于驱动所述第二刀盘作圆周运动的第二刀盘驱动、以及用于驱动所述偏心多轴异形刀盘作偏心回转运动的偏心多轴异形刀盘驱动，其中，所述第一刀盘与所述第二刀盘均为X形辐条式结构刀盘，所述设定角度差为80度至100度，所述第一刀盘与所述第二刀盘的中心距小于所述第一刀盘与所述第二刀盘的半径之和。

本发明的矩形盾构机，刀盘装置由在第一个工作面切削的第一刀盘和第二刀盘两个大刀盘以及在第二个工作面切削的偏心多轴异形刀盘组成，使其能进行超大矩形断面的矩形隧道施工。第一刀盘和第二刀盘在第一个工作面对开挖面主要部分进行挖掘，并同时支护开挖面的土体，利用偏心多轴异形刀盘对第一刀盘和第二刀盘所切削断面的间隙进行第二个工作面进行切削，使整个开挖面呈矩形，完成全断面切削。第一刀盘和第二刀盘的设计应保证了相互之间不发生碰撞，以使第一刀盘和第二刀盘在矩形断面中切削最大面积，在第一刀盘和第二刀盘切削面积外切削不到的部分由偏心多轴异形刀盘进行切削，并且偏心多轴异形刀盘的切削面积大于第一刀盘和第二刀盘不能切削的面积，使整个开挖面呈矩形，从而达到全断面切削。

本发明矩形盾构机的进一步改进在于，所述设定角度差为90度。

本发明矩形盾构机的进一步改进在于，所述第一刀盘和所述第二刀盘均包括刀盘座和沿圆周对称设置于所述刀盘座上的两个扇形刀盘。

本发明矩形盾构机的进一步改进在于，所述前段壳体的前端面开设有供所述第一刀盘驱动的第一驱动轴穿设的第一连接孔和供所述第二刀盘驱动的第二驱动轴穿设的第二连接孔，所述第一驱动轴通过高强螺栓与所述第一刀盘的刀盘座相连接，所述第二驱动轴通过高强螺栓与所述第二刀盘的刀盘座相连接。

本发明矩形盾构机的进一步改进在于，所述偏心多轴异形刀盘包括中间连接杆和对称设置于所述中间连接杆两端的两个长条形刀盘。

本发明矩形盾构机的进一步改进在于，所述偏心多轴异形刀盘驱动包括主轴承座、固接于所述主轴承座上的偏心曲轴和固接于所述偏心曲轴上的轴承支座，所述轴承支座通过高强螺栓与所述偏心多轴异形刀盘相连接。