《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》是中鐵工程裝備集團有限公司於2015年7月29日申請的專利，該專利申請號為2015104538357，公布號為CN105041328A，公布日為2015年11月11日，發明人是李建斌、賈連輝、於少輝、范磊、董艷萍、龔廷民、王小濤。
《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》提出一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，包括設定在前端的刀盤裝置、相鄰於刀盤裝置後部的驅動系統、支撐整個設備的護盾結構、設定在刀盤裝置後部的螺旋輸送機、後配套系統和主推系統，所述護盾結構的截面呈馬蹄形，護盾結構包括前盾、尾盾，前盾和尾盾通過鉸接油缸連線，驅動系統安裝在前盾內並與前端的刀盤裝置連線。該發明是一種高效盾構機，施工效率高，採用土壓平衡原理進行掘進，對地層擾動小；在開挖大馬蹄形斷面時能夠很好調節掌子面與前盾的土壓力平衡效果，有效地減少了地表沉降，擁有流暢的排渣能力；邊開挖邊現場襯砌，使異形隧道一次襯砌成型，降低了施工成本、經濟實用。
2021年6月24日，《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》獲得第二十二屆中國專利銀獎。
（概述圖為《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機
- 公布號：CN105041328A
- 申請人：中鐵工程裝備集團有限公司
- 發明人：李建斌、賈連輝、於少輝、范磊、董艷萍、龔廷民、王小濤
- 申請號：2015104538357
- 申請日：2015年7月29日
- 公布日：2015年11月11日
- 地址：河南省鄭州市經濟技術開發區第六大街99號
- 代理機構：鄭州優盾智慧財產權代理有限公司
- 代理人：張紹琳
- Int. Cl.：E21D9/08(2006.01)I；E21D11/00(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
盾構技術不用大量拆遷，不用開挖地面，地面上無噪音、無塵土、不擾民，而且全部採用自動化控制，工程進度較快，因此，是一種既可減少工程污染，又可大幅度節約工程投資的施工技術。其中，頂管機是一種採用盾構法的集機械、電子、液壓、雷射和控制等技術於一體的高度機械化和自動化的開挖襯砌成套設備。
隨著中國地下交通網路的發展，大斷面異形盾構在城市軌道和交通隧道的建設將有較大的需求。馬蹄形隧道開挖通常使用全斷面鑽爆法、台階法、CD法、CRD法、雙側壁導坑法等等，採用土壓平衡的盾構模式開挖極為少見，且盾構施工工法中多為管片拼裝形式，從施工成本上考慮，隧道現澆襯砌具有優勢，加之若又能實現異形斷面的盾構開挖，將兩者有效的結合是工程中亟待解決的難題。
發明內容
專利目的
《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》的目的是針對專利背景的不足，提出一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，能夠開挖超大大馬蹄形斷面，無開挖盲區，能控制地表沉，能實現邊開挖作業邊現場襯砌支護的異形盾構機。
技術方案
《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》的技術方案：一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，包括設定在前端的刀盤裝置、相鄰於刀盤裝置後部的驅動系統、支撐整個設備的護盾結構、設定在刀盤裝置後部的螺旋輸送機、後配套系統和主推系統，所述護盾結構的截面呈馬蹄形，護盾結構包括前盾、尾盾，前盾和尾盾通過鉸接油缸連線，驅動系統安裝在前盾內並與前端的刀盤裝置連線。
所述刀盤裝置包括三個圓刀盤、兩個楔形偏心迴轉刀盤和一個漏斗形偏心迴轉刀盤，圓刀盤為輻條式刀盤；漏斗形偏心迴轉刀盤包括刀梁、刀具、曲軸、減速機和電機，刀樑上固定有若干刀具，刀梁後部連線有三個或四個曲軸，減速機和電機安裝在曲軸上。
三個圓刀盤與楔形偏心迴轉刀盤、漏斗形偏心迴轉刀盤在同一個平面上。
三個圓刀盤呈輻射狀分布在前方的一個平面上，楔形偏心迴轉刀盤和漏斗形偏心迴轉刀盤呈輻射狀分布在後方一個平面上。
所述後配套系統包括皮帶機、渣車、噴漿機械手、鋼拱架安裝機和模板台車，皮帶機位於螺旋輸送機後端、且內置於承載梁；噴漿機械手安裝在承載梁前端且能圍繞承載梁360°旋轉；噴漿機械手後方的承載樑上設定有鋼拱架安裝機、承載梁中部外圍設定有可進行大馬蹄形隧道襯砌的模板台車。
所述主推系統位於尾盾後端，主推系統包括萬向球鉸、承載梁、撐靴組I、撐靴組II，尾盾與承載梁之間通過萬向球鉸連線，撐靴組I和撐靴組II均位於承載梁尾端。
所述主推系統包括履帶行走、輔助撐靴和主撐靴、承載梁、萬向球鉸，履帶行走位於承載梁尾端，承載梁尾端分別與輔助撐靴和主撐靴的一端連線，輔助撐靴另一端依附於已襯砌完畢隧道的內部上表面，主撐靴另一端依附於已襯砌完畢隧道下部的仰拱塊上。
改善效果
《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》是一種高效盾構機，施工效率高，採用土壓平衡原理進行掘進，對地層擾動小；在開挖大馬蹄形斷面時能夠很好調節掌子面與前盾的土壓力平衡效果，有效地減少了地表沉降，擁有流暢的排渣能力；邊開挖邊現場襯砌，使異形隧道一次襯砌成型，降低了施工成本、經濟實用。
附圖說明
圖1為《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》中實施例1的結構示意圖。
圖1
圖2為刀盤裝置的結構示意圖。
圖3為漏斗形偏心迴轉刀盤的側視圖。
圖4為漏斗形偏心迴轉刀盤的結構示意圖。
圖5為《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》中實施例2的結構示意圖。
圖5
其中：1.刀盤裝置，101.楔形偏心迴轉刀盤，102.圓刀盤，103.漏斗形偏心迴轉刀盤，1031.刀具，1032.刀梁，1033.曲軸，1034.減速機，1035.電機，2.驅動系統，3.護盾結構，301.前盾，302.尾盾，303.鉸接油缸，4.螺旋輸送機，5.後配套系統，501.皮帶機，502.渣車，503.噴漿機械手，504.鋼拱架安裝機，505.模板台車，6.助推系統，601.萬向球鉸，602.承載梁，603.撐靴組I，604.撐靴組II，701.履帶行走，702.輔助撐靴，703.主撐靴。
技術領域
《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》屬於異形隧道施工設備技術領域，尤其涉及一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的掘進設備。
權利要求
1.一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，包括設定在前端的刀盤裝置（1）、相鄰於刀盤裝置後部的驅動系統（2）、支撐整個設備的護盾結構（3）、設定在刀盤裝置後部的螺旋輸送機（4）、後配套系統（5）和主推系統（6），其特徵在於：所述護盾結構（3）的截面呈馬蹄形，護盾結構包括前盾（301）、尾盾（302），前盾（301）和尾盾（302）通過鉸接油缸（303）連線，驅動系統（2）安裝在前盾（301）內並與前端的刀盤裝置（1）連線；所述刀盤裝置（1）包括三個圓刀盤（102）、兩個楔形偏心迴轉刀盤（101）和一個漏斗形偏心迴轉刀盤（103），圓刀盤（102）為輻條式刀盤；漏斗形偏心迴轉刀盤（103）包括刀梁（1032）、刀具（1031）、曲軸（1033）、減速機（1034）和電機（1035），刀梁（1031）上固定有若干刀具（1032），刀梁（1031）後部連線有三個或四個曲軸（1033），減速機（1034）和電機（1035）安裝在曲軸（1033）上。
2.根據權利要求1所述的一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，其特徵在於：三個圓刀盤（102）與楔形偏心迴轉刀盤（101）、漏斗形偏心迴轉刀盤（103）在同一個平面上。
3.根據權利要求1所述的一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，其特徵在於：三個圓刀盤（102）呈輻射狀分布在前方的一個平面上，楔形偏心迴轉刀盤（101）和漏斗形偏心迴轉刀盤（103）呈輻射狀分布在後方一個平面上。
4.根據權利要求1所述的一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，其特徵在於：所述後配套系統（5）包括皮帶機（501）、渣車（502）、噴漿機械手（503）、鋼拱架安裝機（504）和模板台車（505），皮帶機（201）位於螺旋輸送機（4）後端、且內置於承載梁（602）；噴漿機械手（503）安裝在承載梁（602）前端且能圍繞承載梁360°旋轉；噴漿機械手（503）後方的承載樑上設定有鋼拱架安裝機（504）、承載梁中部外圍設定有可進行大馬蹄形隧道襯砌的模板台車。
5.根據權利要求1~4之一所述的一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，其特徵在於：所述主推系統（6）位於尾盾（302）後端，主推系統（6）包括萬向球鉸（601）、承載梁（602）、撐靴組I（603）、撐靴組II（604），尾盾（302）與承載梁（602）之間通過萬向球鉸（601）連線，撐靴組I（603）和撐靴組II（604）均位於承載梁（602）尾端。
6.根據權利要求1~4之一所述的一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，其特徵在於：所述主推系統（6）包括履帶行走（701）、輔助撐靴（702）和主撐靴（703）、承載梁（602）、萬向球鉸（601），履帶行走（701）位於承載梁（602）尾端，承載梁（602）尾端分別與輔助撐靴（702）和主撐靴（703）的一端連線，輔助撐靴（702）另一端依附於已襯砌完畢隧道的內部上表面，主撐靴（703）另一端依附於已襯砌完畢隧道下部的仰拱塊上。
實施方式
- 實施例1
如圖1～3所示，一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機，包括設定在前端的刀盤裝置1、相鄰於刀盤裝置後部的驅動系統2、支撐整個設備的護盾結構3、設定在刀盤裝置後部的螺旋輸送機4、後配套系統5和主推系統6，所述護盾結構3的截面呈馬蹄形，護盾結構包括前盾301、尾盾302，前盾301和尾盾302通過鉸接油缸303連線，驅動系統2安裝在前盾301內並與前端的刀盤裝置1連線。
所述刀盤裝置1包括三個圓刀盤102、兩個楔形偏心迴轉刀盤101和一個漏斗形偏心迴轉刀盤103，圓刀盤102為輻條式刀盤；漏斗形偏心迴轉刀盤103包括異形的刀梁1032、刀具1031、曲軸1033、減速機1034和電機1035，刀梁1031上固定有多種刀具1032，刀梁1031後部連線有三個或四個曲軸1033，減速機1034和電機1035安裝在曲軸1033上。三個圓刀盤102、兩個楔形偏心迴轉刀盤101和一個漏斗形偏心迴轉刀盤103組成的刀盤裝置是一種組合式刀盤，其中組合式刀盤的旋轉中心與三個圓刀盤102的中心同心，三個圓刀盤102的旋轉軸相互平行。
該實施例中，三個圓刀盤102與楔形偏心迴轉刀盤101、漏斗形偏心迴轉刀盤103在同一個平面上。或者三個圓刀盤102呈輻射狀分布在前方的一個平面上，楔形偏心迴轉刀盤101和漏斗形偏心迴轉刀盤103呈輻射狀分布在後方一個平面上。
所述後配套系統5包括皮帶機501、渣車502、噴漿機械手503、鋼拱架安裝機504和模板台車505，皮帶機201位於螺旋輸送機4後端、且內置於承載梁602；噴漿機械手503安裝在承載梁602前端且能圍繞承載梁360°旋轉；噴漿機械手503後方的承載樑上設定有鋼拱架安裝機504、承載梁中部外圍設定有可進行馬蹄形隧道襯砌的模板台車。
所述主推系統6位於尾盾302後端，主推系統6包括萬向球鉸601、承載梁602、撐靴組I603、撐靴組II604，尾盾302與承載梁602之間通過萬向球鉸601連線，撐靴組I603和撐靴組II604均位於承載梁602尾端。
《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》的工作流程如下：啟動驅動系統2使刀盤裝置1逐步達到額定轉速和扭矩，刀盤裝置1中圓刀盤102、楔形偏心迴轉刀盤101、漏斗形偏心迴轉刀盤103切削渣土；渣土通過螺旋輸送機4被送到皮帶機501上，皮帶機501經過長距離運輸將渣土倒入渣車502內；撐靴組I 603與已襯砌完畢的隧道內表面撐緊並提供推力的支反力，撐靴組II 604待命，當掘進一段距離後，撐靴組II 604開始提供推力的支反力，而撐靴組I 603與已襯砌完畢的隧道內表面分離並回縮油缸行程待命，如此往復交替；此間，推力沿著承載梁602通過萬向球鉸601傳遞給尾盾302，再通過鉸接油缸303傳遞給前盾301，最後傳遞給刀盤裝置1；開挖後的隧道內壁是不牢固的，必須立即使用噴漿機械手503初期支護處理，然後使用鋼拱架安裝機504進行鋼筋網和鋼拱架的填埋固定作業，最後使用靈活的模板台車505進行混凝土的加固變為永久襯砌。
- 實施例2
如圖2～5所示，該實施例的主推系統6包括履帶行走701、輔助撐靴702和主撐靴703、承載梁602、萬向球鉸601，履帶行走701位於承載梁602尾端，承載梁602尾端分別與輔助撐靴702和主撐靴703的一端連線，輔助撐靴702另一端依附於已襯砌完畢隧道的內部上表面，主撐靴703另一端依附於已襯砌完畢隧道下部的仰拱塊上。該實施例其他結構和使用方式同實施例1。
《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》綜合施工成本低，對地層擾動小，減少了地表沉降，邊開挖邊現場襯砌，使異形隧道一次成型，降低了施工成本、經濟實用。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種用於大馬蹄形斷面隧道的可現澆支護的盾構機》獲得第二十二屆中國專利銀獎。
