一種隧道掘進機掘進方法及應用該方法的非開挖隧道掘進機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧道掘進機掘進方法及應用該方法的非開挖隧道掘進機，該方法主要包括：步驟1：挖掘刀盤在挖掘區(qū)域進行掘進機一次推進行程量的掘進，形成點掘進區(qū)域；步驟2：挖掘刀盤變軌，按步驟1繼續(xù)進行掘進機一次推進行程量的掘進，形成下一個點掘進區(qū)域；步驟3：重復完成若干次步驟2，形成若干個點掘進區(qū)域，由若干個點掘進區(qū)域相連而成的第一個中間掘進區(qū)域；步驟4：挖掘刀盤在整體挖掘區(qū)域內進行變軌，順次完成步驟1、步驟2及步驟3，形成下一個中間掘進區(qū)域；步驟5：重復完成若干次步驟4，形成若干個中間掘進區(qū)域，若干個中間掘進區(qū)域相連完成整體掘進區(qū)域的面掘進工作。本發(fā)明能減少正面的阻力，便于簡化整體掘進系統結構。
【專利說明】
一種隧道掘進機掘進方法及應用該方法的非開挖隧道掘進機
技術領域
[0001]本發(fā)明具體涉及一種隧道掘進機掘進方法及應用該方法的非開挖隧道掘進機。
【背景技術】
[0002]隧道掘進機是城市地鐵建設和管廊施工建設中速度快、質量好、安全性能高的先進技術裝備。采用隧道掘進機施工的區(qū)間隧道，可以做到對土體弱擾動，不影響地面建筑物和交通，減少地上、地下的大量拆迀。這種設備的技術開發(fā)與應用，在各國地下工程領域均具有十分廣闊的前景。
[0003]隧道掘進機是非開挖隧道施工的主要裝備，其掘進方法是:采用直徑略大于機外徑的大刀盤旋轉挖掘，大刀盤均布多把挖土刀具，同步“吃土”，其土渣經由土倉、通過輸送機械運出至地表，此傳統方法的技術特征是多刀同面、同步旋挖、強力頂推、強力旋轉、土倉平衡、輸送運土。
[0004]現有非開挖隧道掘進裝備，通常采用直徑略大于個截面的大刀盤旋挖掘進，多有土倉，在整個刀盤扭動時，需要巨大的驅動矩扭力和巨大的掘進推力，令整個旋挖掘進過程中存在能耗大和掘進速度低等缺陷，且對不同地質工況的適應能力有限，挖掘過程中遇到硬質巖石往往需要停工爆破，影響交付工程。為此，為了提升掘進速度、適應快速推進的隧道掘進設備，有必要對設備的掘進方法進行改進。
[0005]

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供了一種隧道掘進機掘進方法，可適應小推力掘進機，刀盤驅動扭矩小，能耗小，掘進速度快，便于簡化整體掘進系統結構。
[0007]本發(fā)明描述的一種隧道掘進機掘進方法，其特征在于:它采用可相對于掘進機的機頭進行移動的挖掘刀盤進行掘進，該挖掘方法將掘進區(qū)域分為若干個中間掘進區(qū)域，所述若干個中間掘進區(qū)域拼接為整體掘進區(qū)域；
該方法包括以下步驟:
步驟1:挖掘刀盤在挖掘區(qū)域進行掘進機一次推進行程量的掘進，形成點掘進區(qū)域；步驟2:挖掘刀盤在整體挖掘區(qū)域內進行變軌，按步驟I繼續(xù)進行掘進機一次推進行程量的掘進，形成下一個點掘進區(qū)域；
步驟3:重復完成若干次步驟2，形成若干個點掘進區(qū)域，由所述若干個點掘進區(qū)域相連而成的第一個中間掘進區(qū)域；
步驟4:挖掘刀盤在整體挖掘區(qū)域內進行變軌，順次完成步驟1、步驟2及步驟3，形成下一個中間掘進區(qū)域；
步驟5:重復完成若干次步驟4，形成若干個中間掘進區(qū)域，所述若干個中間掘進區(qū)域相連完成整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作。
[0008]在具體的掘進施工過程中，合理設置中間掘進區(qū)域的密度，是完全可以在完成上述步驟5后實現整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作。
[0009]如完成上述步驟5后，如所有中間掘進區(qū)域相連仍存在遺漏區(qū)域而未能完成整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作，則按步驟I或者按步驟I和步驟2的組合，通過一個或若干個點掘進區(qū)域對遺漏區(qū)實現按掘進機一次推進行程量進行補充行程量的面掘進工作。
[0010]本發(fā)明所述的隧道掘進機掘進方法，其可通過三種刀具實現:
1、所述挖掘刀盤為沖擊錘，所述的點掘進區(qū)域形成過程中，沖擊錘通過撞擊完成對點掘進區(qū)域進行掘進;在步驟2中，沖擊錘在完成上一步驟的點掘進區(qū)域挖掘后，退回并變軌再進行下一個點掘進區(qū)域的掘進。期間，沖擊錘通過來回反復撞擊完成對同一的點掘進區(qū)域進行掘進，每一次對該點掘進區(qū)域進行撞擊后沿反方向退回，再進行下一次的撞擊動作。
[0011]2.挖掘刀盤為具有端面切削刃的切削刀具，該切削刀具通過端面刃對點掘進區(qū)域進行端面擠壓旋轉切削，該切削刀具完成對前一個點掘進區(qū)域的切削動作后，反向退回，再變軌前行對后一個點掘進區(qū)域進行切削動作。
[0012]3.所述挖掘刀盤為具有雙面刃的切削刀具，該切削刀具通過端面的刀刃完成對第一個點掘進區(qū)域的進行端面擠壓旋轉切削動作后，直接變軌對后續(xù)的點掘進區(qū)域通過側面的刀刃進行側面銑削動作。
[0013]本發(fā)明所述的隧道掘進機掘進方法，其在具體實施過程中，對于中間掘進區(qū)域的形成可采取下述兩種形式:
1.所述步驟2中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行以整體掘進區(qū)域的中心為圓心的圓周方向變軌，步驟3及步驟4中形成的每一個中間掘進區(qū)域構成環(huán)形掘進區(qū)域;所述步驟4中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行逐漸接近或逐漸遠離整體掘進區(qū)域的中心方向變軌。
[0014]2.所述步驟2中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行逐漸接近或逐漸遠離整體掘進區(qū)域的中心方向變軌，步驟3及步驟4中形成的每一個中間掘進區(qū)域構成徑向的線形掘進區(qū)域；所述步驟4中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行以整體掘進區(qū)域的中心為圓心的圓周方向變軌。
[0015]進一步來說，基于上述技術方案，本發(fā)明所述的隧道掘進機掘進方法，在具體的施工過程中，可以就具體步驟進行細化:在步驟2中形成的下一個點掘進區(qū)域與上一步驟的點掘進區(qū)域相連接;在步驟4中形成的下一個中間掘進區(qū)域與上一個中間掘進區(qū)域相連接。
[0016]另外地，上述任一技術方案所述的隧道掘進機掘進方法，該挖掘刀盤的一次進給掘進面小于掘進機半徑，更有利于是實現小區(qū)域形成整體掘進，實現以更小的挖掘力快速完成隧道截面的掘進。
[0017]同時，本發(fā)明還提供了一種非開挖隧道掘進機，它包括機頭，機頭上安裝可相對于機頭進行移動的挖掘刀盤，所述挖掘刀盤按照上述任一技術方案所述的掘進方法完成對整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用可相對于掘進機的機頭進行移動的挖掘刀盤進行掘進，并將掘進區(qū)域分為若干個中間掘進區(qū)域，通過由點掘進區(qū)域形成中間掘進區(qū)域，再由中間掘進區(qū)域形成最終整體掘進面的全面掘進，形成點環(huán)面或者點線面的掘進方法，改善傳統笨重大刀盤多刀同步旋挖掘進的缺陷，減少正面的阻力和刀盤旋轉動力下降，可適應小推力掘進機，刀盤驅動扭矩小，能耗小，掘進速度快，便于簡化整體掘進系統結構，有效實現掘進機整體輕量化、大幅度地節(jié)能減排，有效解決原有存在掘進推力大，刀盤驅動扭矩大，能耗大，掘進速度低等缺陷。
[0019]
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明最佳實施例的掘進軌跡示意圖。
[0021 ]圖2是本發(fā)明第二種實施例的掘進軌跡示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明所述挖掘刀盤的驅動原理示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明所述挖掘刀盤在隧道掘進機內的工作狀態(tài)結構示意圖。
[0024]
【具體實施方式】
[0025]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明描述的一種隧道掘進機掘進方法，它為本發(fā)明的最佳實施例，它采用可相對于掘進機的機頭進行移動的挖掘刀盤進行掘進，該挖掘方法將掘進區(qū)域分為若干個中間掘進區(qū)域，若干個中間掘進區(qū)域拼接為整體掘進區(qū)域；
該方法包括以下步驟:
步驟1:挖掘刀盤在挖掘區(qū)域進行掘進機一次推進行程量的掘進，形成點掘進區(qū)域，期間，如挖掘刀盤未能在一次吃刀的情況下完成掘進機一次推進行程量的掘進，那么，該挖掘刀盤可在該點掘進區(qū)域施行多次掘進，直至完成掘進機一次推進行程量的掘進，再進入下一步驟。
[0027]步驟2:挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行變軌，然后按步驟I繼續(xù)進行掘進機一次推進行程量的掘進，形成與上一步驟的點掘進區(qū)域相連接的下一個點掘進區(qū)域；
步驟3:重復完成若干次步驟2，形成若干個點掘進區(qū)域，由所述若干個點掘進區(qū)域相連而成的第一個中間掘進區(qū)域；
步驟4:挖掘刀盤在整體挖掘區(qū)域內進行變軌，順次完成步驟1、步驟2及步驟3，形成與下一個中間掘進區(qū)域與上一個中間掘進區(qū)域相連接的下一個中間掘進區(qū)域；
步驟5:重復完成若干次步驟4，形成若干個中間掘進區(qū)域，所述若干個中間掘進區(qū)域相連完成整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作。
[0028]在具體的掘進施工過程中，合理設置中間掘進區(qū)域的密度，是完全可以在完成上述步驟5后實現整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作。
[0029]如完成上述步驟5后，如所有中間掘進區(qū)域相連仍存在遺漏區(qū)域而未能完成整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作，則按步驟I或者按步驟I和步驟2的組合，通過一個或若干個點掘進區(qū)域對遺漏區(qū)實現按掘進機一次推進行程量進行補充行程量的面掘進工作。
[0030]本實施例中，對于中間掘進區(qū)域的形成可采取下述施工形式:上述步驟2中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行以整體掘進區(qū)域的中心為圓心的圓周方向變軌，該圓周方向除了圖I所示的同一圓周方向，還可實現不同半徑的圓周變軌或者是周向的“Z”型變軌，使得步驟3及步驟4中最終形成的每一個中間掘進區(qū)域構成環(huán)形掘進區(qū)域;此時，與圓周方向變軌方式配合，步驟4中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行逐漸接近或逐漸遠離整體掘進區(qū)域的中心方向變軌，以此形成了形成點、環(huán)、面的掘進方法，形成環(huán)狀覆蓋的形式進而構成對整體掘進區(qū)域的掘進。
[0031]另外地，上述任一技術方案所述的隧道掘進機掘進方法，該挖掘刀盤的一次進給掘進面小于掘進機半徑，更有利于是實現小區(qū)域形成整體掘進，實現以更小的挖掘力快速完成隧道截面的掘進。
[0032]本發(fā)明所述隧道掘進機掘進方法的第二種實施例:
參見圖2所示，本實施例與上述最佳實施例的基本步驟一致，稍有不同的步驟3和步驟4的變軌形式，具體是:步驟2中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行逐漸接近或逐漸遠離整體掘進區(qū)域的中心方向變軌，該逐漸接近或逐漸遠離整體掘進區(qū)域的中心方向變軌的形式不限于圖2所示的直線變軌形式，它還可以是在不同的半徑上實施變軌或者是徑向的“Z”型變軌，只要滿足是逐漸接近或逐漸遠離整體掘進區(qū)域的中心方向變軌即可，該變軌方式使得步驟3及步驟4中形成的每一個中間掘進區(qū)域構成徑向的線形掘進區(qū)域;所述步驟4中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行以整體掘進區(qū)域的中心為圓心的圓周方向變軌，以此形成了形成點、線、面的掘進方法，通過扇形覆蓋的形式進而構成對整體掘進區(qū)域的掘進。
[0033]上述實施例中，還可以根據具體工況將整體掘進區(qū)域(即隧道掘進端面)分為每個為圓周方向一定度數(例如90度或者180度)的若干個分區(qū)域，按照上述的掘進方法順次對各個分區(qū)域實施全面掘進，最終完成對整體掘進區(qū)域的掘進工作。
[0034]以上實施例所體現本發(fā)明所述的隧道掘進機掘進方法，其可通過三種刀具實現:
1、挖掘刀盤為圓截面的沖擊錘，可使用地質鉆探器械中的潛孔錘。所述的點掘進區(qū)域形成過程中，沖擊錘通過撞擊完成對點掘進區(qū)域進行掘進，留下一個與沖擊錘直徑大小的掘進坑。期間，沖擊錘通過來回反復撞擊完成對同一的點掘進區(qū)域進行掘進(即俗稱的“吃土”)，每一次對該點掘進區(qū)域進行撞擊后沿反方向退回，再進行下一次的撞擊動作。為了避免產生遺漏區(qū)域，沖擊錘的撞擊掘進方式采用點掘進區(qū)域部分疊合方式，即下一個的點掘進區(qū)域與上一個點掘進區(qū)域部分重疊，多出的部分為月牙形構成下一個點掘進區(qū)域的實際掘進(吃土 )部分。
[0035]2.該挖掘刀盤為具有端面切削刃的圓盤狀切削刀具，該切削刀具是在前端面設置切削刃，其切削原理是剪切力切削，該類切削刀具在機械刀具領域中是常用端面加工刀具，該刀具工作時是通過端面刃對點掘進區(qū)域進行端面擠壓旋轉切削。在掘進機掘進施工時，該切削刀具完成對前一個點掘進區(qū)域的切削動作后，留下一個與切削刀具直徑大小的掘進坑，隨后反向退回，再變軌前行對后一個點掘進區(qū)域進行切削動作。期間，為了避免產生遺漏區(qū)域，切削刀具的掘進方式采用點掘進區(qū)域部分疊合方式，即下一個的點掘進區(qū)域與上一個點掘進區(qū)域部分重疊，多出的部分為月牙形構成下一個點掘進區(qū)域的實際掘進(吃土)部分。
[0036]3.所述挖掘刀盤為具有雙面刃的切削刀具，該類刀具在端面與側面均設置有刀刃，其切削原理是剪切力切削，通過端面刀刃對切削的正面進行旋轉擠壓切削，通過側面刀刃對切削區(qū)域進行銑削，該類切削刀具在機械刀具領域中是常用機械加工刀具。在本掘進方法中，該切削刀具通過端面的刀刃完成對第一個點掘進區(qū)域的進行端面擠壓旋轉切削動作后，直接變軌對后續(xù)的點掘進區(qū)域通過側面的刀刃進行側面銑削動作。
[0037]上述掘進方法，可通過如圖3所示的驅動裝置進行驅動，該驅動裝置包括繞掘進機中軸旋轉的中心轉架2，中心轉架2上設置有縱向軸3，該縱向軸3上設置有可沿縱向軸3上下移動的縱向驅動件4，該縱向驅動件4可為液壓油缸、氣缸、電動升降器或者連桿機構，該縱向驅動件4上連接有用于驅動挖掘刀盤前后移動的進給伸縮驅動件5，挖掘刀盤隨著進給伸縮驅動件5的前后伸縮，可實現上述沖擊錘或具有端面切削刃的圓盤狀切削刀具在掘進工作中的進退動作，或者實現將具有雙面刃的切削刀具輸送至掘進區(qū)域。最后通過中心轉架
2、縱向軸3、縱向驅動件4及進給伸縮驅動件5相互配合工作，即可實現上述最佳實施例的點、環(huán)、面或第二種實施例的點、線、面掘進方法。
[0038]除了上述驅動方法，一般機械設計人員或者是機械操作工，特別是機床的設計人員或者操作工，均可容易或者其他的驅動方式，只要實現整體轉動、在整體轉動基礎上實現上下移動、隨即在上下移動的機構上實現前后伸縮進給即可，這些都可以是常規(guī)常見的機械驅動部件。
[0039]同時，基于上述掘進方法，本發(fā)明還提供了一種非開挖隧道掘進機，它包括機頭6，機頭6上安裝可相對于機頭進行移動的挖掘刀盤7，所述挖掘刀盤7按照上述任一技術方案所述的掘進方法完成對整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作。期間，挖掘刀盤7在進行掘進時產生的渣物(例如是泥土、碎石等)通過排渣管道8實行連續(xù)或間歇地向地表面排出。排渣管道8的排渣方式可通過螺桿、輸送帶或者是高壓氣流等方式進行排渣。
[0040]綜上，本發(fā)明采用可相對于掘進機的機頭進行移動的挖掘刀盤進行掘進，并將掘進區(qū)域分為若干個中間掘進區(qū)域，通過由點掘進區(qū)域形成中間掘進區(qū)域，再由中間掘進區(qū)域形成最終整體掘進面的全面掘進，形成點環(huán)面或者點線面的掘進方法，改善傳統笨重大刀盤多刀同步旋挖掘進的缺陷，減少正面的阻力和刀盤旋轉動力下降，可適應小推力掘進機，刀盤驅動扭矩小，能耗小，掘進速度快，便于簡化整體掘進系統結構，有效實現掘進機整體輕量化、大幅度地節(jié)能減排，有效解決原有存在掘進推力大，刀盤驅動扭矩大，能耗大，掘進速度低等缺陷。
【主權項】
1.一種隧道掘進機掘進方法，其特征在于:它采用可相對于掘進機的機頭進行移動的挖掘刀盤進行掘進，該挖掘方法將掘進區(qū)域分為若干個中間掘進區(qū)域，所述若干個中間掘進區(qū)域拼接為整體掘進區(qū)域； 該方法包括以下步驟: 步驟1:挖掘刀盤在挖掘區(qū)域進行掘進機一次推進行程量的掘進，形成點掘進區(qū)域； 步驟2:挖掘刀盤在整體挖掘區(qū)域內進行變軌，按步驟I繼續(xù)進行掘進機一次推進行程量的掘進，形成下一個點掘進區(qū)域； 步驟3:重復完成若干次步驟2，形成若干個點掘進區(qū)域，由所述若干個點掘進區(qū)域相連而成的第一個中間掘進區(qū)域； 步驟4:挖掘刀盤在整體挖掘區(qū)域內進行變軌，順次完成步驟1、步驟2及步驟3，形成下一個中間掘進區(qū)域； 步驟5:重復完成若干次步驟4，形成若干個中間掘進區(qū)域，所述若干個中間掘進區(qū)域相連完成整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作。2.根據權利要求1所述的隧道掘進機掘進方法，其特征在于:所述挖掘刀盤為沖擊錘，所述的點掘進區(qū)域形成過程中，沖擊錘通過撞擊完成對點掘進區(qū)域進行掘進;在步驟2中，沖擊錘在完成上一步驟的點掘進區(qū)域挖掘后，退回并變軌再進行下一個點掘進區(qū)域的掘進。3.根據權利要求2所述的隧道掘進機掘進方法，其特征在于:所述沖擊錘通過來回反復撞擊完成對同一的點掘進區(qū)域進行掘進，每一次對該點掘進區(qū)域進行撞擊后沿反方向退回，再進行下一次的撞擊動作。4.根據權利要求1所述的隧道掘進機掘進方法，其特征在于:所述挖掘刀盤為具有端面切削刃的切削刀具，該切削刀具通過端面刃對點掘進區(qū)域進行端面擠壓旋轉切削，該切削刀具完成對前一個點掘進區(qū)域的切削動作后，反向退回，再變軌前行對后一個點掘進區(qū)域進行切削動作。5.根據權利要求1所述的隧道掘進機掘進方法，其特征在于:所述挖掘刀盤為具有雙面刃的切削刀具，該切削刀具通過端面的刀刃完成對第一個點掘進區(qū)域的進行端面擠壓旋轉切削動作后，直接變軌對后續(xù)的點掘進區(qū)域通過側面的刀刃進行側面銑削動作。6.根據權利要求1至5任一權利要求所述的隧道掘進機掘進方法，其特征在于:所述步驟2中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行以整體掘進區(qū)域的中心為圓心的圓周方向變軌，步驟3及步驟4中形成的每一個中間掘進區(qū)域構成環(huán)形掘進區(qū)域;所述步驟4中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行逐漸接近或逐漸遠離整體掘進區(qū)域的中心方向變軌。7.根據權利要求1至5任一權利要求所述的隧道掘進機掘進方法，其特征在于:所述步驟2中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行逐漸接近或逐漸遠離整體掘進區(qū)域的中心方向變軌，步驟3及步驟4中形成的每一個中間掘進區(qū)域構成徑向的線形掘進區(qū)域;所述步驟4中的挖掘刀盤在挖掘區(qū)域內進行以整體掘進區(qū)域的中心為圓心的圓周方向變軌。8.根據權利要求1至5任一權利要求所述的隧道掘進機掘進方法，其特征在于:所述步驟2中形成的下一個點掘進區(qū)域與上一步驟的點掘進區(qū)域相連接，所述步驟4中形成的下一個中間掘進區(qū)域與上一個中間掘進區(qū)域相連接。9.根據權利要求1至5任一權利要求所述的隧道掘進機掘進方法，其特征在于:所述挖掘刀盤的一次進給掘進面小于掘進機半徑。10.一種非開挖隧道掘進機，其特征在于:它包括機頭，機頭上安裝可相對于機頭進行移動的挖掘刀盤，所述挖掘刀盤按照權利要求1至9任一權利要求所述的掘進方法完成對整體掘進區(qū)域按掘進機一次推進行程量的面掘進工作。
【文檔編號】E21D9/10GK105863662SQ201610063389
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月31日
【發(fā)明人】梁定輝, 梁軍, 梁慧妍
【申請人】佛山市藝彩玻璃鋼制品有限公司