專利名稱：單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種隧道掘進機械領(lǐng)域，具體涉及ー種單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機。
背景技術(shù)：
敞開式全斷面隧道硬巖掘進機(簡稱敞開式TBM)以施工進度快、安全可靠性高、環(huán)保及對圍巖擾動小等特點在國內(nèi)外隧道建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。它是ー種集開挖、出碴、支護和通風(fēng)防塵等多種功能為一體的大型高效隧道施工機械。開敞式TBM主要適用于硬巖地質(zhì)的隧道施工，采用盤形滾刀擠壓破碎的方法進行開挖，與傳統(tǒng)的鉆爆方法相比，具有以下明顯特點其一、快速。敞開式TBM集多種功能于一體，可以實現(xiàn)連續(xù)掘進，能同時完成破·巖、出碴、支護等作業(yè)，實現(xiàn)了エ廠化施工，掘進速度較快，效率較高；其ニ、TBM采用滾刀進行破巖，避免了爆破作業(yè)，圍巖不會受爆破振動而破壞，洞壁完整光滑，超挖量少；其三、高效。TBM施工速度快，縮短了エ期，較大地提高了經(jīng)濟效益和社會效益；同時由于超挖量小，節(jié)省了大量襯砌費用；TBM施工機械化程度高，降低了勞動強度、降低了材料消耗；其四、安全。改善了作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境，減輕了勞動強度，避免了爆破施工可能造成的人員傷亡，事故大大減少；其五、環(huán)保。TBM施工不用炸藥爆破，施工現(xiàn)場環(huán)境污染??；施工沉降小，有利于地面建筑物的保護；TBM施工減少了長大隧道的輔助導(dǎo)坑數(shù)量，保護了生態(tài)環(huán)境；其六、自動化、信息化程度高。TBM采用了計算機控制、傳感器、激光導(dǎo)向、測量、超前地質(zhì)探測、通訊技術(shù)，是集機、光、電、氣、液、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套設(shè)備，具有自動化程度高的優(yōu)點。TBM具有施工數(shù)據(jù)采集功能，TBM姿態(tài)管理功能，施工數(shù)據(jù)管理功能，施工數(shù)據(jù)實時遠傳功能，實現(xiàn)信息化施工。由于TBM具有以上諸多優(yōu)點，在地下隧道施工中被廣泛應(yīng)用。1851年美國人Charles Wilson發(fā)明第一臺連續(xù)掘進TMB，至今已有100多年的歷史。直到上世紀7(Γ80年代，隨著機械エ業(yè)技術(shù)的進歩，國外TBM技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，而這期間國內(nèi)TBM基本處于停滯狀態(tài)。早在上世紀60年代中期我國已開始研制ΤΒΜ，70年代上海水エ機械廠研制了 3. 5m,5. 8m,6m直徑的掘進機，這期間國內(nèi)共研制了 50多臺TBM,由于加工エ藝、設(shè)備的可靠性和技術(shù)性能存在問題，未能得到推廣。80年代后期，我國的弓I水工程、鐵路隧道工程開始引進國外TBM，國外TBM承包商將TBM施工技術(shù)引入了中國，在這些工程上，TBM創(chuàng)造了可喜成績，推動了國內(nèi)TBM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。目前大多數(shù)的長大和特長隧道大都優(yōu)先采用TBM施工，TBM已成我國工程施工不可缺少的機械設(shè)備之一。本世紀以來，隨著我國的機械エ業(yè)的快速發(fā)展，敞開式TBM的研制開發(fā)已被列入國家973計劃，研制開發(fā)敞開式TBM的條件已經(jīng)成熟。隨著我國對掘進機需求量的大幅増加，國家對掘進機的研發(fā)也加大了カ度,通過國家的大力開發(fā)，用于軟巖隧道施工的盾構(gòu)機在國內(nèi)已有多家廠商能夠自主地完成各類盾構(gòu)機的設(shè)計和生產(chǎn)，技術(shù)已較為成熟，在市場占有率上己能和國外強手進行抗衡。但用于硬巖隧道施工的敞開式TBM仍被幾個發(fā)達國的幾家制造商所壟斷，主要有美國羅賓斯公司、德國海瑞克公司、德國維爾特公司，造成這種現(xiàn)象的主要原因是我們沒有硬巖掘進機的關(guān)鍵技術(shù)和自主產(chǎn)權(quán)，加大硬巖掘進機的研發(fā)工作已是當務(wù)之急。為了更好地研究敞開式TBM，我們把這幾個廠家的產(chǎn)品按結(jié)構(gòu)型式進行分類，大致如下單撐靴式，其結(jié)構(gòu)特點是具有一對巨大的撐靴機構(gòu)，推進油缸以一定的夾角連接在靴板上，掘進時主機前部不能離開隧道底面。該類設(shè)備的主要缺點為其一、單對水平浮動支撐，若隨洞底巖石破碎，整機易下沉，一旦機頭下沉，糾正較難；其二、在軟巖地質(zhì)下，在撐靴區(qū)域有塌陷時，撐靴不能有效避開塌陷區(qū)，影響換步和掘進；其三、遇軟巖時，由于單對水平支撐板與巖石接觸面積所限，接地比壓較大，巖壁易塌陷；其四、撐靴姿態(tài)控制較困難，鋼拱架密集區(qū)換步時易損壞鋼拱架，換步速度慢；其五、單個撐靴油缸，體積龐大；調(diào)向油缸安裝在撐靴油缸上，功能過于集中，造成設(shè)備的局部空間狹小，特別是小直徑TBM更為明 顯，主大梁內(nèi)部清碴困難。其次為雙凱支撐式，其結(jié)構(gòu)特點是具有兩組套在內(nèi)凱上并可在內(nèi)凱上前后移動的外凱撐靴，兩組外凱把整個TBM支撐起來，掘進時主機前部不接觸隧道底部，該類設(shè)備的主要缺點為其一、有兩對外凱，主機前部還有夾緊缸裝置和前支撐油缸，機械長度較長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)彎半徑較大，欠靈活；其二、整個主機為懸臂結(jié)構(gòu)，掘進時振動大，硬巖地質(zhì)段更為明顯；其三、掘進中不能調(diào)向，只能換步時調(diào)向。

實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機，整機結(jié)構(gòu)設(shè)計空間合理，撐靴姿態(tài)控制準確，操作靈活，內(nèi)凱清碴較易處理。本實用新型所采用的技術(shù)方案為單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機，包括由刀盤、刀盤驅(qū)動機構(gòu)、主軸承和機頭架構(gòu)成的掘進主體,撐靴機構(gòu)、主大梁、推進油缸和后支撐機構(gòu)，所述的撐靴機構(gòu)由外凱、撐靴油缸、撐靴和撐靴導(dǎo)向柱組成，所述撐靴機構(gòu)具有一對外凱，外凱由兩個半塊組成，外凱套裝在主大梁的滑道上并沿滑道前后運動，撐靴油缸設(shè)置在外凱上，撐靴與撐靴油缸的活塞桿相連，撐靴導(dǎo)向柱設(shè)置在外凱和撐靴之間。本實用新型，外凱上撐靴油缸的個數(shù)為兩個或者兩個以上。本實用新型，所述的推進油缸，一端連接在主大梁上，另一端連接在撐靴機構(gòu)的外凱上。本實用新型，所述后支撐機構(gòu)主要由水平調(diào)向油缸、垂直調(diào)向油缸、后支撐油缸、支腳和安裝其他附屬機構(gòu)的連接件組成，水平調(diào)向油缸和垂直調(diào)向油缸構(gòu)成對該掘進機進行姿態(tài)調(diào)整的調(diào)向機構(gòu)，設(shè)置在連接件上的后支撐油缸的一端與支腳連接。由于采用上述技術(shù)方案，本實用新型創(chuàng)造具備如下有益效果其一、采用一對外凱支撐，外凱套裝在主大梁的滑道上，沿滑道前后運動，結(jié)構(gòu)簡單；主機總長度較短，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活；外凱上可設(shè)計多塊支撐靴板和撐靴油缸，可根據(jù)巖石情況、支撐力的大小選擇油缸撐緊數(shù)量；每根推進油缸均可獨立動作，可靈活控制撐靴姿態(tài)，有效避開隧道內(nèi)的鋼拱架。其二、掘進時護盾可以以一定的力抵緊巖面，有效減小主機的振動。其三、撐靴機構(gòu)和調(diào)向機構(gòu)分開設(shè)置，整機結(jié)構(gòu)設(shè)計空間合理，上部空間和下部空間寬敞，內(nèi)凱清碴較易處理。


[0015]圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中沿A-A線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖I中沿B-B線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖I中沿C-C線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記1、掘進主體，101、刀盤，102、機頭架，103、頂護盾，104、側(cè)護盾，105、底
支撐，2、主大梁，3、推進油缸，4、撐靴機構(gòu)，401、外凱，402、撐靴油缸，403、靴板，404、撐靴導(dǎo)向柱，5、后支撐機構(gòu)，501、水平調(diào)向油缸，502、垂直調(diào)向油缸，503、后支撐油缸，504、支腳。
具體實施方式
如圖所示，單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機，主要由掘進主體I、主大梁
2、推進油缸3、撐靴機構(gòu)4和后支撐機構(gòu)5組成，所述的掘進主體I主要由刀盤101、刀盤驅(qū)動機構(gòu)、主軸承、機頭架102、頂護盾103、側(cè)護盾104和底支撐105構(gòu)成，在掘進過時護盾可以一定力抵緊巖面，有效減小主機的震動；所述撐靴機構(gòu)4由外凱401、撐靴油缸402、撐靴403和撐靴導(dǎo)向柱404組成，外凱401套裝在主大梁的滑道上并沿滑道前后運動，撐靴油缸402設(shè)置在外凱401上，撐靴403與撐靴油缸402的活塞桿相連，撐靴導(dǎo)向柱404設(shè)置在外凱401和撐靴403之間，本實用新型，所述撐靴機構(gòu)4具有一對外凱，外凱由兩個半塊連接組成，采用ー對外凱支撐，外凱沿主大梁上的滑道前后運動，結(jié)構(gòu)簡單；且主機總長度較短，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活。所述撐靴機構(gòu)中的油缸個數(shù)為兩個或者兩個以上，可以根據(jù)巖石情況、支撐カ的大小選擇油缸的數(shù)量。所述的推進油缸3，一端連接在主大梁2上，另一端連接在撐靴機構(gòu)4的外凱401上。所述后支撐機構(gòu)5主要由水平調(diào)向油缸501、垂直調(diào)向油缸502、后支撐油缸503、支腳504和安裝其他附屬機構(gòu)的連接件組成，水平調(diào)向油缸501和垂直調(diào)向油缸502構(gòu)成對該掘進機進行姿態(tài)調(diào)整的調(diào)向機構(gòu)，設(shè)置在連接件上的后支撐油缸503的活塞端與支腳504連接，帶動支腳504運動用于撐緊巖面或者松開。本實用新型單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機僅指掘進機主機，其主要對掘進機主機中的支撐方式作出改進，并不包含其他附屬機構(gòu)和后配套，因此如果需要在該掘進機主機外加其他附屬機構(gòu)和后配套，這些其他附屬機構(gòu)與后配套和現(xiàn)有技術(shù)中是相同的。該掘進機通過以下幾個步驟來寫成隧道掘進工作，操作程序如下第一歩，掘進撐靴機構(gòu)中的撐靴油缸動作，帶動靴板撐緊巖面，收回后支撐機構(gòu)；護盾以一定的力抵緊巖面，轉(zhuǎn)動刀盤，推進油缸活塞桿逐漸伸出，機械向前推進；推進到ー個行程后，停止推進和刀盤轉(zhuǎn)動；第二步，換步將后支撐機構(gòu)撐到地面，撐靴機構(gòu)中的撐靴油缸往回收縮，即收回撐靴；推進油缸活塞桿收回，就帶著撐靴機構(gòu)沿滑道向前移動，達到一個掘進行程時停止；[0028]第三步，調(diào)向(如需要)利用機械后部的豎直和水平調(diào)向油缸對機械的姿態(tài)進行調(diào)整；第四步，重復(fù)第一步，完成下一個掘進循環(huán)。如此 反復(fù)，重復(fù)第一到第四步就可以完成TBM的持續(xù)掘進工作。上述內(nèi)容僅用于論述技術(shù)方案而非對本實用新型做任何限制，凡是根據(jù)本實用新型實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、變更及等效結(jié)構(gòu)的變化，均屬于本實用新型的技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求1.單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機，包括由刀盤、刀盤驅(qū)動機構(gòu)、主軸承和機頭架構(gòu)成的掘進主體(1)，撐靴機構(gòu)(4)、主大梁(2)、推進油缸(3)和后支撐機構(gòu)(5)，其特征在于所述的撐靴機構(gòu)(4)由外凱(401)、撐靴油缸(402)、撐靴(403)和撐靴導(dǎo)向柱(404)組成，所述撐靴機構(gòu)(4)具有一對外凱，外凱由兩個半塊組成，外凱(401)套裝在主大梁的滑道上并沿滑道前后運動，撐靴油缸(402)設(shè)置在外凱(401)上，撐靴(403)與撐靴油缸(402)的活塞桿相連，撐靴導(dǎo)向柱(404)設(shè)置在外凱(401)和撐靴(403)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機，其特征是外凱(401)上撐靴油缸的個數(shù)為兩個或者兩個以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機，其特征是所述的推進油缸(3)，一端連接在主大梁(2)上，另一端連接在撐靴機構(gòu)(4)的外凱(401)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機，其特征是所述后支撐機構(gòu)(5)主要由水平調(diào)向油缸(501)、垂直調(diào)向油缸(502)、后支撐油缸(503)、支腳(504)和安裝其他附屬機構(gòu)的連接件組成，水平調(diào)向油缸(501)和垂直調(diào)向油缸(502)構(gòu)成對該掘進機進行姿態(tài)調(diào)整的調(diào)向機構(gòu)，設(shè)置在連接件上的后支撐油缸(503)的一端與支腳(504)連接。
專利摘要單凱支撐型敞開式全斷面隧道硬巖掘進機，包括掘進主體，撐靴機構(gòu)、主大梁、推進油缸和后支撐機構(gòu)，所述的撐靴機構(gòu)由外凱、撐靴油缸、撐靴和撐靴導(dǎo)向柱組成，所述撐靴機構(gòu)具有一對外凱，外凱由兩個半塊組成，外凱套裝在主大梁的滑道上并沿滑道前后運動，撐靴油缸設(shè)置在外凱上，撐靴與撐靴油缸的活塞桿相連，撐靴導(dǎo)向柱設(shè)置在外凱和撐靴之間。該裝置結(jié)構(gòu)簡單；主機總長度較短，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活；外凱上可設(shè)計多塊支撐靴板和撐靴油缸，可根據(jù)巖石情況、支撐力的大小選擇油缸撐緊數(shù)量；每根推進油缸均可獨立動作，可靈活控制撐靴姿態(tài)，有效避開隧道內(nèi)的鋼拱架。
文檔編號E21D9/087GK202788865SQ201220385879
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者張紅耀 申請人:張紅耀