土中螺旋驅動自行走式隧道掘進機合理螺旋參數的研究

《土中螺旋驅動自行走式隧道掘進機合理螺旋參數的研究》是依託北京工業大學，由盧清國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：土中螺旋驅動自行走式隧道掘進機合理螺旋參數的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：盧清國
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

螺旋漿推動飛機和潛水艇在周圍介質中的前行，為成功利用土體介質使人工結構物自驅動在土中前行提供了成功的套用基礎。螺旋傳動原理是機械結構中變迴轉運動為軸向直線運動的有效傳動方式，也是提供軸向推力的有效方法。課題研究是在土體介質中，採用螺旋傳動的原理，利用裝設於掘進機外側迴轉的螺旋與掘進機周圍土體的相互作用，推動掘進機在土體中自驅動前行。外側迴轉的螺旋驅動含二個不同的作用原理。一是設於掘進機筒體周邊外側的多個螺旋器旋轉推動掘進機體前行；二是在掘進機工作面前方外伸的彈簧式螺旋器超前工作面旋轉，牽拉機體前行。在二個原理和裝置的聯合或分別的推拉作用下，使土中隧道掘進機自行走前行是目前世界首創的隧道掘進機行進方法。螺旋參數中的外徑、內徑、螺距、長度、截面形狀等的合理配置是掘進機有效前行的保證，利用室內試驗和現場實測方法研究參數與土體的合理關係，為螺旋驅動式自行走隧道掘進機的套用提供依據是課題研究的目標。

結題摘要

項目研究借鑑了人類周圍的水中有潛水艇、空氣中有飛機的螺旋驅動前行原理，發明了在土體中以螺旋傳動的方式驅動隧道掘進機自主前行的原理和裝置。開拓了在土體中利用螺旋傳動原理主動驅動掘進機前行開挖隧道的技術領域。 對利用螺旋使掘進機自主前行隧道的新型原理開展了從理論分析、室內螺旋器參數和功能的試驗，再分別根據試驗結果開發了利用螺旋自牽拉前行原理和螺旋自推進前行原理的新型掘進機樣機的設計和製造。螺旋自牽拉前行式掘進樣機從2013年6月到2014年9月進行了現場試驗。螺旋自推進前行式掘進樣機從2016年6月到2016年12月進行了現場試驗。二種原理製造的二台樣機分別在野外試驗場地進行的試驗，首次驗證了二種原理的各自可行性和工業實用性。 螺旋牽拉原理是利用裝設於掘進機前方的多根螺旋桿向前方土體內的旋轉，以不動的土體為螺母，螺旋桿的旋轉就產生了拉動掘進機自主前行開挖隧道的動力。配合其他工作面前方的土體切削和出土技術，開挖出設計的隧道。 螺旋推動原理是利用裝設於筒體周邊外側的多個螺旋器旋轉推動掘進機體前行。 利用螺旋旋轉與掘進機周圍土體作用產生土中隧道自主前行力的方法和相應裝備成為目前世界首創的隧道掘進機行進方法。 項目研究了不同土層中，螺旋長度、外徑、內徑、螺距、截面形狀等與所提供的螺旋推力和拉力的關係。利用研究成果設計加工的二台二種類型的自驅動前行式掘進機樣機，通過總計長達二年的出現問題和解決問題的野外試驗後，終於使各自試驗裝置在野外擬工程性試驗中得到了實用性的驗證。 分別於2014年10月和2017年1月舉辦了螺旋自驅動掘進機的評審會，在二次會議均有二位院士擔任專家組組長的評審會給出的評審意見，均作出了從原理到樣機的螺旋驅動自前行式掘進新方法和新裝置為國內外首創、原創性突出和填補了國內外空白，拓展了地下空間的施工領域的結論。 在國家核心期刊等刊物上發表論文4篇，取得3項國內發明專利和1項國際專利授權。