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一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机背景
盾构技术不用大量拆迁，不用开挖地面，地面上无噪音、无尘土、不扰民，而且全部采用自动化控制，工程进度较快，因此，是一种既可减少工程污染，又可大幅度节约工程投资的施工技术。其中，顶管机是一种采用盾构法的集机械、电子、液压、激光和控制等技术于一体的高度机械化和自动化的开挖衬砌成套设备。
随着中国地下交通网络的发展，大断面异形盾构在城市轨道和交通隧道的建设将有较大的需求。马蹄形隧道开挖通常使用全断面钻爆法、台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法等等，采用土压平衡的盾构模式开挖极为少见，且盾构施工工法中多为管片拼装形式，从施工成本上考虑，隧道现浇衬砌具有优势，加之若又能实现异形断面的盾构开挖，将两者有效的结合是工程中亟待解决的难题。[3]
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机发明内容
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机目的
《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》的目的是针对背景的不足，提出一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，能够开挖超大大马蹄形断面，无开挖盲区，能控制地表沉，能实现边开挖作业边现场衬砌支护的异形盾构机。[3]
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机技术方案
《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》的技术方案：一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，包括设置在前端的刀盘装置、相邻于刀盘装置后部的驱动系统、支撑整个设备的护盾结构、设置在刀盘装置后部的螺旋输送机、后配套系统和主推系统，所述护盾结构的截面呈马蹄形，护盾结构包括前盾、尾盾，前盾和尾盾通过铰接油缸连接，驱动系统安装在前盾内并与前端的刀盘装置连接。
所述刀盘装置包括三个圆刀盘、两个楔形偏心回转刀盘和一个漏斗形偏心回转刀盘，圆刀盘为辐条式刀盘；漏斗形偏心回转刀盘包括刀梁、刀具、曲轴、减速机和电机，刀梁上固定有若干刀具，刀梁后部连接有三个或四个曲轴，减速机和电机安装在曲轴上。
三个圆刀盘与楔形偏心回转刀盘、漏斗形偏心回转刀盘在同一个平面上。
三个圆刀盘呈辐射状分布在前方的一个平面上，楔形偏心回转刀盘和漏斗形偏心回转刀盘呈辐射状分布在后方一个平面上。
所述后配套系统包括皮带机、渣车、喷浆机械手、钢拱架安装机和模板台车，皮带机位于螺旋输送机后端、且内置于承载梁；喷浆机械手安装在承载梁前端且能围绕承载梁360°旋转；喷浆机械手后方的承载梁上设置有钢拱架安装机、承载梁中部外围设置有可进行大马蹄形隧道衬砌的模板台车。
所述主推系统位于尾盾后端，主推系统包括万向球铰、承载梁、撑靴组I、撑靴组II，尾盾与承载梁之间通过万向球铰连接，撑靴组I和撑靴组II均位于承载梁尾端。
所述主推系统包括履带行走、辅助撑靴和主撑靴、承载梁、万向球铰，履带行走位于承载梁尾端，承载梁尾端分别与辅助撑靴和主撑靴的一端连接，辅助撑靴另一端依附于已衬砌完毕隧道的内部上表面，主撑靴另一端依附于已衬砌完毕隧道下部的仰拱块上。[3]
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机改善效果
《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》是一种高效盾构机，施工效率高，采用土压平衡原理进行掘进，对地层扰动小；在开挖大马蹄形断面时能够很好调节掌子面与前盾的土压力平衡效果，有效地减少了地表沉降，拥有流畅的排渣能力；边开挖边现场衬砌，使异形隧道一次衬砌成型，降低了施工成本、经济实用。[3]
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机附图说明
图1为《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》中实施例1的结构示意图。
图1
图2为刀盘装置的结构示意图。
图3为漏斗形偏心回转刀盘的侧视图。
图4为漏斗形偏心回转刀盘的结构示意图。
图2 | 图3 | 图4 |
图5为《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》中实施例2的结构示意图。
图5
其中：1.刀盘装置，101.楔形偏心回转刀盘，102.圆刀盘，103.漏斗形偏心回转刀盘，1031.刀具，1032.刀梁，1033.曲轴，1034.减速机，1035.电机，2.驱动系统，3.护盾结构，301.前盾，302.尾盾，303.铰接油缸，4.螺旋输送机，5.后配套系统，501.皮带机，502.渣车，503.喷浆机械手，504.钢拱架安装机，505.模板台车，6.助推系统，601.万向球铰，602.承载梁，603.撑靴组I，604.撑靴组II，701.履带行走，702.辅助撑靴，703.主撑靴。[3]
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机技术领域
《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》属于异形隧道施工设备技术领域，尤其涉及一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的掘进设备。[3]
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机权利要求
1.一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，包括设置在前端的刀盘装置（1）、相邻于刀盘装置后部的驱动系统（2）、支撑整个设备的护盾结构（3）、设置在刀盘装置后部的螺旋输送机（4）、后配套系统（5）和主推系统（6），其特征在于：所述护盾结构（3）的截面呈马蹄形，护盾结构包括前盾（301）、尾盾（302），前盾（301）和尾盾（302）通过铰接油缸（303）连接，驱动系统（2）安装在前盾（301）内并与前端的刀盘装置（1）连接；所述刀盘装置（1）包括三个圆刀盘（102）、两个楔形偏心回转刀盘（101）和一个漏斗形偏心回转刀盘（103），圆刀盘（102）为辐条式刀盘；漏斗形偏心回转刀盘（103）包括刀梁（1032）、刀具（1031）、曲轴（1033）、减速机（1034）和电机（1035），刀梁（1031）上固定有若干刀具（1032），刀梁（1031）后部连接有三个或四个曲轴（1033），减速机（1034）和电机（1035）安装在曲轴（1033）上。
2.根据权利要求1所述的一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，其特征在于：三个圆刀盘（102）与楔形偏心回转刀盘（101）、漏斗形偏心回转刀盘（103）在同一个平面上。
3.根据权利要求1所述的一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，其特征在于：三个圆刀盘（102）呈辐射状分布在前方的一个平面上，楔形偏心回转刀盘（101）和漏斗形偏心回转刀盘（103）呈辐射状分布在后方一个平面上。
4.根据权利要求1所述的一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，其特征在于：所述后配套系统（5）包括皮带机（501）、渣车（502）、喷浆机械手（503）、钢拱架安装机（504）和模板台车（505），皮带机（201）位于螺旋输送机（4）后端、且内置于承载梁（602）；喷浆机械手（503）安装在承载梁（602）前端且能围绕承载梁360°旋转；喷浆机械手（503）后方的承载梁上设置有钢拱架安装机（504）、承载梁中部外围设置有可进行大马蹄形隧道衬砌的模板台车。
5.根据权利要求1~4之一所述的一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，其特征在于：所述主推系统（6）位于尾盾（302）后端，主推系统（6）包括万向球铰（601）、承载梁（602）、撑靴组I（603）、撑靴组II（604），尾盾（302）与承载梁（602）之间通过万向球铰（601）连接，撑靴组I（603）和撑靴组II（604）均位于承载梁（602）尾端。
6.根据权利要求1~4之一所述的一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，其特征在于：所述主推系统（6）包括履带行走（701）、辅助撑靴（702）和主撑靴（703）、承载梁（602）、万向球铰（601），履带行走（701）位于承载梁（602）尾端，承载梁（602）尾端分别与辅助撑靴（702）和主撑靴（703）的一端连接，辅助撑靴（702）另一端依附于已衬砌完毕隧道的内部上表面，主撑靴（703）另一端依附于已衬砌完毕隧道下部的仰拱块上。[3]
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机实施方式
- 实施例1
如图1～3所示，一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机，包括设置在前端的刀盘装置1、相邻于刀盘装置后部的驱动系统2、支撑整个设备的护盾结构3、设置在刀盘装置后部的螺旋输送机4、后配套系统5和主推系统6，所述护盾结构3的截面呈马蹄形，护盾结构包括前盾301、尾盾302，前盾301和尾盾302通过铰接油缸303连接，驱动系统2安装在前盾301内并与前端的刀盘装置1连接。
所述刀盘装置1包括三个圆刀盘102、两个楔形偏心回转刀盘101和一个漏斗形偏心回转刀盘103，圆刀盘102为辐条式刀盘；漏斗形偏心回转刀盘103包括异形的刀梁1032、刀具1031、曲轴1033、减速机1034和电机1035，刀梁1031上固定有多种刀具1032，刀梁1031后部连接有三个或四个曲轴1033，减速机1034和电机1035安装在曲轴1033上。三个圆刀盘102、两个楔形偏心回转刀盘101和一个漏斗形偏心回转刀盘103组成的刀盘装置是一种组合式刀盘，其中组合式刀盘的旋转中心与三个圆刀盘102的中心同心，三个圆刀盘102的旋转轴相互平行。
该实施例中，三个圆刀盘102与楔形偏心回转刀盘101、漏斗形偏心回转刀盘103在同一个平面上。或者三个圆刀盘102呈辐射状分布在前方的一个平面上，楔形偏心回转刀盘101和漏斗形偏心回转刀盘103呈辐射状分布在后方一个平面上。
所述后配套系统5包括皮带机501、渣车502、喷浆机械手503、钢拱架安装机504和模板台车505，皮带机201位于螺旋输送机4后端、且内置于承载梁602；喷浆机械手503安装在承载梁602前端且能围绕承载梁360°旋转；喷浆机械手503后方的承载梁上设置有钢拱架安装机504、承载梁中部外围设置有可进行马蹄形隧道衬砌的模板台车。
所述主推系统6位于尾盾302后端，主推系统6包括万向球铰601、承载梁602、撑靴组I603、撑靴组II604，尾盾302与承载梁602之间通过万向球铰601连接，撑靴组I603和撑靴组II604均位于承载梁602尾端。
《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》的工作流程如下：启动驱动系统2使刀盘装置1逐步达到额定转速和扭矩，刀盘装置1中圆刀盘102、楔形偏心回转刀盘101、漏斗形偏心回转刀盘103切削渣土；渣土通过螺旋输送机4被送到皮带机501上，皮带机501经过长距离运输将渣土倒入渣车502内；撑靴组I 603与已衬砌完毕的隧道内表面撑紧并提供推力的支反力，撑靴组II 604待命，当掘进一段距离后，撑靴组II 604开始提供推力的支反力，而撑靴组I 603与已衬砌完毕的隧道内表面分离并回缩油缸行程待命，如此往复交替；此间，推力沿着承载梁602通过万向球铰601传递给尾盾302，再通过铰接油缸303传递给前盾301，最后传递给刀盘装置1；开挖后的隧道内壁是不牢固的，必须立即使用喷浆机械手503初期支护处理，然后使用钢拱架安装机504进行钢筋网和钢拱架的填埋固定作业，最后使用灵活的模板台车505进行混凝土的加固变为衬砌。
- 实施例2
如图2～5所示，该实施例的主推系统6包括履带行走701、辅助撑靴702和主撑靴703、承载梁602、万向球铰601，履带行走701位于承载梁602尾端，承载梁602尾端分别与辅助撑靴702和主撑靴703的一端连接，辅助撑靴702另一端依附于已衬砌完毕隧道的内部上表面，主撑靴703另一端依附于已衬砌完毕隧道下部的仰拱块上。该实施例其他结构和使用方式同实施例1。
《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》综合施工成本低，对地层扰动小，减少了地表沉降，边开挖边现场衬砌，使异形隧道一次成型，降低了施工成本、经济实用。[3]
一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机荣誉
2021年6月24日，《一种用于大马蹄形断面隧道的可现浇支护的盾构机》获得第二十二届中国银奖。[2]
参考资料
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