敞開式掘進機

《敞開式掘進機》是中國鐵建重工集團有限公司於2016年08月31日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN106285704A，專利公布日：2017年01月04日，發明人是：劉飛香；程永亮；鄭大橋；何其平；梁海斌；李深遠。

《敞開式掘進機》涉及敞開式掘進機，其包括：護盾以及伸縮油缸，所述伸縮油缸構造成能延伸以頂動所述護盾，使所述護盾向外移動。通過這種敞開式掘進機能防止洞徑縮小。

2021年6月24日，《敞開式掘進機》獲得第二十二屆中國專利獎金獎。

（概述圖為《敞開式掘進機》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：敞開式掘進機
• 申請人：中國鐵建重工集團有限公司
• 申請號：2016107849615
• 地址：湖南省長沙市經開區東七路88號
• 發明人：劉飛香；程永亮；鄭大橋；何其平；梁海斌；李深遠
• Int. Cl.：E21D9/08(2006.01)I
• 代理人：朱繪；王紅 
• 授權日：2017年01月04日
• 代理機構：北京聿華聯合智慧財產權代理有限公司
• 申請日：2016年08月31日
• 類別：發明專利
• 公告號：CN106285704A

技術背景

敞開式掘進機可用於在大埋深軟弱圍岩地層進行隧道挖掘。

然而，這種地層的圍岩強度低、穩定性差。在刀盤開挖擾動等作用下，並且在較高圍壓的作用下，開挖出的洞口會變形，洞徑會縮小。這對於隧道施工的安全性以及形成隧道的穩定性和均勻性來說都是十分不利的，並且對這種變形、縮小的洞口進行再施工是很困難並且很不安全的。

因此，需要一種能防止洞徑縮小的敞開式掘進機。

發明內容

專利目的

《敞開式掘進機》提出了一種敞開式掘進機，通過這種敞開式掘進機能防止洞徑縮小。

根據《敞開式掘進機》提出了一種敞開式掘進機，其包括：護盾以及伸縮油缸，所述伸縮油缸構造成能延伸以頂動所述護盾，使所述護盾向外移動。

通過《敞開式掘進機》提出的敞開式掘進機，能通過伸縮油缸向外頂動護盾，以使護盾能向外移動。通過這種方式，能夠防止洞徑縮小。尤其是，通過伸縮油缸頂動護盾可以實現護盾的大幅移動。

技術方案

在一個實施例中，在所述伸縮油缸上設定有位移感測器以用於檢測所述伸縮油缸的延伸距離。通過這種結構能夠有效得到伸縮油缸的延伸距離，從而能得到護盾向外移動的距離。

在一個實施例中，伸縮油缸包括底座以及能相對於所述底座向外延伸的延伸部，其中，所述底座和所述延伸部中的一個支撐在固定的支撐件上，所述底座和所述延伸部中的另一個支撐在護盾上。

在一個實施例中，在所述伸縮油缸與支撐件之間和/或在所述伸縮油缸與所述護盾之間選擇性地設定有第一墊塊。通過設定第一墊塊，能夠使護盾向外移動得更多。

在一個實施例中，敞開式掘進機還包括設定於所述護盾與所述支撐件之間的引導組件，所述引導組件包括與所述護盾相連並朝向所述支撐件延伸的筒狀的引導座，以及與所述支撐件相連並朝向所述護盾延伸的引導體，所述引導體容納於所述引導座內，並能在所述引導座內滑動。通過這種引導組件能確保護盾向外移動時的結構穩定性。

在一個實施例中，在所述引導座與所述支撐件之間選擇性地設定有第二墊塊，所述第二墊塊將所述支撐件與所述引導座間隔開。通過第二墊塊能夠在支撐件與引導座之間提供支撐，從而能減小伸縮油缸的負載。

在一個實施例中，第二墊塊與支撐件可拆卸式連線在一起。

在一個實施例中，第一墊塊和/或所述第二墊塊構造為矩形板。

在一個實施例中，第一墊塊和/或所述第二墊塊構造為在水平方向上相互拼接在一起的多根矩形條體。

在一個實施例中，第一墊塊和/或所述第二墊塊構造為在水平方向上相互間隔開的多根矩形條體。

改善效果

與2016年技術相比，《敞開式掘進機》的優點在於：能通過伸縮油缸向外頂動護盾，以使護盾能向外移動。通過這種方式，能夠防止洞徑縮小。尤其是，通過伸縮油缸頂動護盾可以實現護盾的大幅移動。

附圖說明

圖1顯示了根據《敞開式掘進機》的敞開式掘進機的一個實施例的結構示意圖。

圖2顯示了根據《敞開式掘進機》的敞開式掘進機的另一個實施例的結構示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖示記。附圖並未按照實際的比例繪製。

技術領域

《敞開式掘進機》專利涉及挖掘技術領域，特別是涉及一種敞開式掘進機。

權利要求

1.一種敞開式掘進機，其包括：護盾以及伸縮油缸，所述護盾包括頂護盾和底護盾，所述伸縮油缸包括頂伸縮油缸和底伸縮油缸，所述頂伸縮油缸包括第一底座以及能相對於所述第一底座在縱向方向上延伸的第一延伸部，其中，所述第一底座固定支撐在固定的頂支撐件上，所述第一延伸部固定支撐在所述頂護盾上，其中，所述敞開式掘進機包括對稱設定的兩個頂伸縮油缸，所述底伸縮油缸包括第二底座以及能相對於所述第二底座在縱向方向上延伸的第二延伸部，其中，所述第二底座固定支撐在所述底護盾上，所述第二延伸部固定支撐在固定的底支撐件上，所述敞開式掘進機包括對稱設定的兩個底伸縮油缸，所述敞開式掘進機還包括設定於所述護盾與所述支撐件之間的引導組件，所述引導組件包括與所述護盾相連並朝向所述支撐件延伸的筒狀的引導座，以及與所述支撐件相連並朝向所述護盾延伸的引導體，所述引導體容納於所述引導座內，並能在所述引導座內滑動，其中，在所述引導座與所述支撐件之間選擇性地設定有第二墊塊，所述第二墊塊將所述支撐件與所述引導座間隔開，所述第二墊塊與所述支撐件可拆卸式連線在一起，在工作過程中，先通過伸縮油缸將護盾頂動至向外移動預期的距離，此時支撐件與引導座會間隔開一定間隙，然後在支撐件與引導座之間的所述間隙內設定所述第二墊塊，所述第二墊塊的厚度小於所述間隙的寬度，在將所述第二墊塊放入到所述間隙內之後，通過所述伸縮油缸的回縮來縮小所述間隙的寬度以使第二墊塊支撐在所述支撐件和所述引導座之間，而所述伸縮油缸回縮至不保持支撐。

2.根據權利要求1所述的敞開式掘進機，其特徵在於，在所述伸縮油缸上設定有位移感測器以用於檢測所述伸縮油缸的延伸距離。

3.根據權利要求1所述的敞開式掘進機，其特徵在於，在所述伸縮油缸與支撐件之間和/或在所述伸縮油缸與所述護盾之間選擇性地設定有第一墊塊。

4.根據權利要求3所述的敞開式掘進機，其特徵在於，所述第一墊塊構造為矩形板。

5.根據權利要求3所述的敞開式掘進機，其特徵在於，所述第一墊塊構造為在水平方向上相互拼接在一起的多根矩形條體。

6.根據權利要求3所述的敞開式掘進機，其特徵在於，所述第一墊塊構造為在水平方向上相互間隔開的多根矩形條體。

7.根據權利要求1所述的敞開式掘進機，其特徵在於，所述第二墊塊構造為矩形板。

8.根據權利要求1所述的敞開式掘進機，其特徵在於，所述第二墊塊構造為在水平方向上相互拼接在一起的多根矩形條體。

9.根據權利要求1所述的敞開式掘進機，其特徵在於，所述第二墊塊構造為在水平方向上相互間隔開的多根矩形條體。

實施方式

操作內容

圖1示意性地顯示了根據《敞開式掘進機》的敞開式掘進機1的一個實施例。敞開式掘進機1包括護盾以及伸縮油缸，其中伸縮油缸能延伸以頂動護盾，使護盾向外移動。通過這種結構和方式，護盾能向外移動以使得由敞開式掘進機1的刀盤挖出的洞口能夠被該護盾有效並及時地支撐住，由此能防止洞口變形並縮小。尤其是，通過這種結構，能夠大幅地增加護盾向外移動的距離。

例如，護盾可包括頂護盾10，也可以包括底護盾20。其中，頂護盾10的向外移動是向上方移動，底護盾20的向外移動是向下方移動。與頂護盾10相配合的伸縮油缸為頂伸縮油缸。與底護盾20相配合的油缸為底伸縮油缸。

伸縮油缸可包括底座以及能相對於底座向外延伸的延伸部。敞開式掘進機1還包括相對固定的支撐件。底座和延伸部中的一個支撐在支撐件上，而底座和延伸部中的另一個支撐在護盾上。對於頂伸縮油缸和底伸縮油缸來說，可分別設定有頂支撐件15和底支撐件25。這樣，當延伸部相對於底座伸縮移動時，護盾能夠被頂動至向外移動。其中，如圖1所示，對於頂伸縮油缸來說，其包括底座11以及延伸部12，底座11可安裝在頂支撐件15上，而延伸部12支撐在頂護盾10上；對於底伸縮油缸來說，其包括底座21以及延伸部22，底座21設定在底護盾上，而延伸部22支撐在底支撐件25上。

優選地，可以在伸縮油缸上設定位移感測器，由此能檢測到伸縮油缸的延伸距離，並由此得到護盾向外移動的距離。位移感測器優選地安裝在與護盾相接觸的延伸部或底座上。

通過上述結構，能使護盾向外移動至超過刀盤原始開挖直徑。如圖1所示，刀盤原始開挖直徑所在的圓由雙點劃線標示出，護盾能夠移動至其外表面與刀盤原始開挖直徑所在的圓的圓心之間的距離與刀盤原始開挖直徑之間的差值為正，在圖1中以d標出該差值。

實施案例

在一個優選的實施例中，為了使護盾的外表面與刀盤原始開挖直徑所在的圓的圓心之間的距離更大，可以在伸縮油缸與護盾之間或者在伸縮油缸與支撐件之間設定第一墊塊。如圖2所示，可以在頂伸縮油缸的底座11與頂支撐件15之間設定第一墊塊。或者，也可以在頂伸縮油缸的延伸部12與頂護盾10之間設定第一墊塊16。

如圖2所示，通過設定第一墊塊可以將護盾的外表面與刀盤原始開挖直徑所在的圓的圓心之間的距離與刀盤原始開挖直徑之間的差值增大至D。該差值D最多可達到700毫米。即使在伸縮油缸的延伸部完全縮回到底座內的情況下，也可使護盾的外表面至少處於刀盤原始開挖直徑所在的圓上，或超出該圓。

第一墊塊可以選擇性地設定。即是說，第一墊塊可以不在一開始就設定到敞開式掘進機1中，而是在需要擴大洞口的時候，向其中設定相應尺寸的第一墊塊。

通過這種結構，能使護盾更加大幅地向外移動，從而進一步擴大洞口的尺寸。

另外，還可如圖1和圖2所示的那樣，敞開式掘進機1包括引導組件。引導組件包括與護盾相連並朝向支撐件延伸的筒狀的引導座，以及與支撐件相連並朝向護盾延伸的引導體。例如對於頂護盾10而言，引導組件包括與頂護盾10相連並朝向頂支撐件15延伸的引導座13，以及與頂支撐件15相連並朝向頂護盾10延伸的引導體14。例如對於底護盾20而言，引導組件包括與底護盾20相連並朝向底支撐件25延伸的引導座23，以及與底支撐件25相連並朝向底護盾20延伸的引導體24。通過這種引導組件能夠確保護盾按照預期的路徑向外移動，從而確保了洞口能夠按照預期的方式被支撐住。

在一個優選的實施例中，在支撐件與引導座之間選擇性地設定第二墊塊。例如，可以在底支撐件25與引導座23之間設定第二墊塊26。在這種情況下，可先通過伸縮油缸將護盾頂動至向外移動預期的距離，此時支撐件與引導座會間隔開一定間隙。然後在支撐件與引導座之間的間隙內設定第二墊塊。第二墊塊優選地與支撐件可拆卸式連線。另外還優選地，可以令第二墊塊的厚度小於上述間隙的寬度，這樣可以方便地將第二墊塊放入到該間隙內。在此之後，可以使伸縮油缸回縮，以使得伸縮油缸與第二墊塊一起支撐在護盾與支撐件之間，或者甚至可以使第二墊塊支撐在護盾與支撐件之間，而伸縮油缸進一步回縮至不保持支撐。這樣一來，則不必始終通過伸縮油缸來支撐在護盾與支撐件之間，從而確保了護盾向外移動後的穩定性，並且增加了伸縮油缸的使用壽命。

優選地，第一墊塊和/或第二墊塊構造為矩形板。這種結構非常有利於穩定地支撐，不容易發生變形。

優選地，第一墊塊和/或第二墊塊構造為在水平方向上相互拼接在一起的多根矩形條體。這種結構有利於方便地調節第一墊塊和/或第二墊塊的尺寸和形狀。

優選地，第一墊塊和/或第二墊塊構造為在水平方向上相互間隔開的多根矩形條體。這種結構有利於在降低物料消耗的前提下大面積地、均勻而穩定地進行支撐。

通過上述敞開式掘進機1能夠有效地支撐住洞口，從而防止洞徑縮小。

雖然已經參考優選實施例對《敞開式掘進機》進行了描述，但在不脫離《敞開式掘進機》的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，各個實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。《敞開式掘進機》並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。

社會評價

《敞開式掘進機》解決了掘進機在大埋深、高地應力圍岩條件下施工由於洞徑收縮導致的刀盤護盾易被卡的難題，填補了掘進機大範圍擴徑技術空白，攻克了“撐不穩、掘不快、支不牢”全球TBM行業公認的三大技術難題，推動了國產TBM實現“從無到有”到“從有到優”的蛻變。（中證網評）

專利榮譽

2021年6月24日，《敞開式掘進機》獲得第二十二屆中國專利獎金獎。