矩形盾構機的防背土裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種矩形盾構機的防背土裝置與方法，包括了動力機構、傳動機構和位于盾構機外殼上表面的執(zhí)行機構，所述傳動機構分別與所述執(zhí)行機構和動力機構連接，所述動力機構固定設于盾構機外殼的內(nèi)壁上，所述動力機構通過所述傳動機構驅(qū)動所述執(zhí)行機構在盾構機外殼的上表面沿盾構機軸線方向移動。本發(fā)明通過執(zhí)行機構的移動，使得矩形盾構機殼體上方的大體積背土被切割成若干小塊，當盾構機推進時，上方的大體積背土不斷地被分成幾個斷層，從而使得現(xiàn)有技術中盾構機上方受到的大體積背土效應通過不停地把背土剪斷，轉(zhuǎn)換為剪斷前后2部分的小塊土體，必然能夠減少背土現(xiàn)象。本發(fā)明提供了有效解決大體積背土現(xiàn)象的矩形盾構機的防背土裝置與方法。
【專利說明】矩形盾構機的防背土裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及盾構施工領域，尤其涉及一種矩形盾構機的防背土裝置與方法。
【背景技術】
[0002]目前國內(nèi)使用的隧道掘進機，無論頂管機、盾構機均存在不同程度的背土現(xiàn)象，SP由于泥土的粘性以及巨大的壓力下，泥土緊粘在掘進機的外部，當掘進機推進時，泥土與機器無法脫離，跟隨機器一同前進，導致周圍土層嚴重擾動，引起地表隆起或塌陷，嚴重影響周圍環(huán)境；并且由于泥土粘在設備上，導致掘進機阻力劇增，嚴重的情況下會致使推進油缸克服不了其到受到的阻力，使掘進機卡死，無法繼續(xù)推進。背土現(xiàn)象無論對施工還是設備都會帶來巨大的危害。
[0003]由于形狀原因，圓形盾構機并不容易產(chǎn)生背土效應，但矩形頂管機或者類矩形的盾構機都很容易產(chǎn)生背土效應。
[0004]現(xiàn)有技術中一般都采用注減摩漿的方法減少背土效應，請參考圖1圖2，其為現(xiàn)有技術中一矩形頂管機的防背土裝置，圖1為頂管機的俯視圖，圖2是注漿口的具體結構，圖中球閥連接設備內(nèi)部的減摩漿輸出管，球閥安裝在頂管機切口環(huán)四周，輸出減摩漿使得掘進機的殼體與土體間形成的一層隔膜，增加潤滑，起到防背土的作用。缺點是當矩形截面越來越大的情況下，由于漿液流動的不可靠性，即使增加注漿液點也不一定能保證在掘進機周圍形成隔膜，從而導致背土現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能有效解決背土現(xiàn)象的矩形盾構機的防背土裝置與方法。
[0006]為了解決這一技術問題，本發(fā)明提供了一種矩形盾構機的防背土裝置，包括了動力機構、傳動機構和位于盾構機外殼上表面的執(zhí)行機構，所述傳動機構分別與所述執(zhí)行機構和動力機構連接，所述動力機構固定設于盾構機外殼的內(nèi)壁上，所述動力機構通過所述傳動機構驅(qū)動所述執(zhí)行機構在盾構機外殼的上表面沿盾構機軸線方向移動。
[0007]所述動力機構和傳動機構設于盾構機外殼的內(nèi)側。
[0008]所述動力機構包括了油缸和油缸支撐，所述油缸通過所述油缸支撐與所述盾構機外殼的內(nèi)壁連接，所述油缸的活塞結構與所述傳動機構連接。
[0009]所述油缸上設有位移傳感器，所述位移傳感器與一個用以控制所述油缸運作的自動控制系統(tǒng)連接。
[0010]所述傳動機構包括了主軸、連接塊和箱體，所述主軸與所述動力機構連接，且由所述動力機構驅(qū)動實現(xiàn)移動，所述主軸通過所述連接塊與所述執(zhí)行機構固定連接，所述主軸和連接塊位于所述箱體內(nèi)側，所述箱體內(nèi)的空間連通至盾構機外殼的上表面。
[0011]所述箱體包括了主體部與導軌部,所述連接塊位于所述主體部的內(nèi)側,所述主軸沿著所述導軌部進行移動。[0012]所述箱體上設有球閥，所述球閥與盾構機的注減磨漿管連接。
[0013]所述執(zhí)行機構為鋼板，所述鋼板沿其長度方向覆蓋盾構機的外殼的上表面。
[0014]所述執(zhí)行機構的數(shù)量為至少兩個。
[0015]2個所述動力機構通過2個所述傳動機構驅(qū)動I個所述執(zhí)行機構沿盾構機外殼的
上表面移動。
[0016]本發(fā)明還提供了一種矩形盾構機的防背土方法，包括以下步驟:S01:當盾構機停止推進時，固定設于所述盾構機外殼內(nèi)壁的油缸推動主軸運動，與所述主軸通過連接塊固定連接的鋼板也隨之自初始位置沿著所述盾構機外殼的上表面推進移動；S02:當所述鋼板推進移動到位后，所述油缸泄壓，所述盾構機開始進行頂推運作，同時，所述鋼板退回移動至初始位置；S03:重復步驟SOl和S02，直至盾構機完成工作。
[0017]所述主軸和連接塊位于所述箱體內(nèi)側，所述箱體上設有球閥，在所述步驟SOl和S02過程中，通過所述球閥往所述箱體內(nèi)注入減磨漿，從而使得所述減磨漿被注入到盾構機殼體的上表面。
[0018]在所述步驟SOl和S02中，通過一個位置傳感器采集所述鋼板、油缸的活塞結構、所述主軸及所述連接塊任意之一的移動數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)反饋至自動控制系統(tǒng)，所述自動控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)控制所述油缸的運作。
[0019]所述位置傳感器設在所述油缸上，通過采集所述活塞結構或主軸與所述油缸之間的距離變化實現(xiàn)所述活塞結構移動數(shù)據(jù)的采集。
[0020]本發(fā)明通過執(zhí)行機構的移動，使得矩形盾構機殼體上方的大體積背土被切割成若干小塊，當盾構機推進時，上方的大體積背土不斷地被分成幾個斷層，從而使得現(xiàn)有技術中盾構機上方整體受到的大體積背土效應通過不停地把背土剪斷，轉(zhuǎn)換為剪斷前后2部分的小塊土體，必然能夠減少背土現(xiàn)象?？梢?，本發(fā)明提供了一種能有效解決大體積背土現(xiàn)象的矩形盾構機的防背土裝置與方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是現(xiàn)有技術中矩形盾構機及其防背土結構的俯視結構示意圖；
[0022]圖2是現(xiàn)有技術中防背土結構的結構示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明一實施例中矩形盾構機的防背土裝置的俯視結構示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明一實施例中矩形盾構機的防背土裝置的另一俯視結構示意圖；
[0025]圖5是圖3中A-A剖面的示意圖；
[0026]圖6是圖5中B-B剖面的示意圖；
[0027]圖7是圖6中D-D剖面的示意圖；
[0028]圖8是圖6中C-C剖面的示意圖；
[0029]圖中，1-胸板；2-主體部；3_連接塊；4-球閥；5-主軸；6_油缸；7_油缸支撐；8-鋼板；9_切口環(huán)；10_位移傳感器；11_支撐環(huán)；12_盾尾；13_導軌部；14_活塞結構；15-目標塊。
【具體實施方式】
[0030]以下將結合圖3至圖8對本發(fā)明提供的矩形盾構機的防背土裝置與方法進行詳細的描述，其為本發(fā)明一可選的實施例，可以認為本領域的技術人員在不改變本發(fā)明精神和內(nèi)容的范圍內(nèi)能夠?qū)ζ溥M行修改和潤色。
[0031]本實施例提供了一種矩形盾構機的防背土裝置，包括了動力機構、傳動機構和位于盾構機外殼上表面的執(zhí)行機構，所述傳動機構分別與所述執(zhí)行機構和動力機構連接，所述動力機構固定設于盾構機外殼的內(nèi)壁上，所述動力機構通過所述傳動機構驅(qū)動所述執(zhí)行機構在盾構機外殼的上表面沿盾構機軸線方向移動。
[0032]本實施例通過執(zhí)行機構的移動，使得矩形盾構機殼體上方的大體積背土被切割成若干小塊，當盾構機推進時，上方的大體積背土不斷地被分成幾個斷層，從而使得現(xiàn)有技術中盾構機上方整體受到的大體積背土效應通過不停地把背土剪斷，轉(zhuǎn)換為剪斷前后2部分的小塊土體，必然能夠減少背土現(xiàn)象?？梢姡景l(fā)明提供了一種能有效解決大體積背土現(xiàn)象的矩形盾構機的防背土裝置與方法。
[0033]本實施例中，所述執(zhí)行機構為一塊鋼板8，請參考圖7，2個所述動力機構通過2個所述傳動機構驅(qū)動I個所述執(zhí)行機構(即所述鋼板8)沿盾構機外殼的上表面移動，在矩形盾構機上，可以設置若干套這樣的防背土裝置，以實現(xiàn)多部分的剪斷，達到最佳的防背土效果，所以，無論多少數(shù)量，都應認為其落在了本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。請參考圖3和圖4，本發(fā)明優(yōu)選的方案為，所述執(zhí)行機構，即鋼板的數(shù)量為至少兩個，本實施例以四個為例進行闡述展示。
[0034]所述動力機構和傳動機構設于盾構機外殼的內(nèi)側，本實施例中，所述動力機構和傳動機構設于盾構機外殼的切口環(huán)9內(nèi)側。
[0035]請參考圖6，并結合其他視圖，所述動力機構包括了油缸6和油缸支撐7，所述油缸6通過所述油缸支撐7與所述盾構機外殼的內(nèi)壁連接，具體來說，與切口環(huán)9的內(nèi)壁連接，所述油缸6的活塞結構14與所述傳動機構連接。所述油缸6上設有位移傳感器10，所述位移傳感器10與一個用以控制所述油缸運作的自動控制系統(tǒng)(圖未示)連接，從而能夠在盾構機推進過程中對油缸6的運作實施監(jiān)控以及自動控制。
[0036]有關動力機構所驅(qū)使的移動，在本實施例中為直線運動，在本發(fā)明其他可選的實施例中，亦可以為其他方式，例如曲線運動、折線運動等，為了實現(xiàn)這一移動軌跡，本發(fā)明其他可選的實施例中可能會采用多個油缸6組合，或者其他方式，本發(fā)明不再做列舉，應認為只要實現(xiàn)了動力機構最終驅(qū)動執(zhí)行機構實現(xiàn)移動，達到了相應的技術效果，那該技術方案即是本發(fā)明所請求保護的技術方案之一。
[0037]有關傳動機構的具體結構，請參考圖6至圖8，本實施例也做了具體的列舉，所述傳動機構包括了主軸5、連接塊3和箱體，所述主軸5與所述動力機構連接，且由所述動力機構驅(qū)動實現(xiàn)移動，具體來說，本實施例中，所述主軸5與油缸6的活塞結構14連接,通過所述活塞結構14的移動實現(xiàn)主軸5的移動。所述主軸5通過所述連接塊3與所述鋼板8固定連接,所述主軸5和連接塊3位于所述箱體內(nèi)側，所述箱體內(nèi)的空間連通至盾構機外殼的上表面。而所述箱體的上表面開口被所述鋼板8覆蓋住。所述箱體包括了主體部2與導軌部13，所述連接塊3位于所述主體部2的內(nèi)側，所述主軸5沿著所述導軌部13進行移動。
[0038]請參考圖6,所述箱體上設有球閥4,所述球閥4與盾構機的注減磨楽:管(圖未示)連接。通過球閥4，往箱體中注入減摩漿，即往主體部2中注入減磨漿，當達到一定壓力后，減摩漿便被注入到殼體外部。[0039]在本實施例中，所述執(zhí)行機構為鋼板8，所述鋼板8為長條狀，所述鋼板8沿其長度方向覆蓋盾構機的外殼的上表面。本實施例中，所述鋼板8沿其長度方向覆蓋盾構機的切口環(huán)9、支撐環(huán)11和盾尾12的上表面，從而有效擴大了剪切的面積。
[0040]請參考圖3和圖4，并結合圖6圖7，本實施例還提供了一種矩形盾構機的防背土方法包括以下步驟:
[0041]SOl:當盾構機停止推進時，固定設于所述盾構機外殼內(nèi)壁的油缸6推動主軸5運動，與所述主軸5通過連接塊3固定連接的鋼板8也隨之自初始位置沿著所述盾構機外殼的上表面推進移動；
[0042]S02:當所述鋼板8推進移動到位后，所述油缸6泄壓，所述盾構機開始進行頂推運作，同時，所述鋼板8退回移動至初始位置；對于鋼板8的推進位置與初始位置的變化可以比較參考圖3和圖4，圖3即可以認為是初始位置時的狀態(tài)圖，隨著鋼板8的移動，移動到如圖4所示的位置；
[0043]S03:重復步驟SOl和S02，直至盾構機完成工作。
[0044]所述主軸5和連接塊3位于所述箱體內(nèi)側，所述箱體上設有球閥4，在所述步驟SOl和S02過程中，通過所述球閥4往所述箱體內(nèi)注入減磨漿，從而使得所述減磨漿被注入到盾構機殼體的上表面。
[0045]在所述步驟SOl和S02中，通過一個位置傳感器10采集所述鋼板8、油缸6的活塞結構14、所述主軸5及所述連接塊3任意之一的移動數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)反饋至自動控制系統(tǒng)，所述自動控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)控制所述油缸6的運作。由于活塞結構14、主軸5、連接塊3是同步移動的，所以采集其任意之一的移動都可以反應其他部件的移動。具體來說，本實施例以采集活塞結構14或主軸5的移動進行列舉，本實施例中，所述位置傳感器10設在所述油缸6上，通過采集所述活塞結構14或主軸5與所述油缸6之間的距離變化實現(xiàn)所述活塞結構14移動數(shù)據(jù)的采集。這里所稱的移動數(shù)據(jù)可以認為是位置變化數(shù)據(jù)，也可以包括移動的速度、加速度等數(shù)據(jù)。進一步的，請參考圖6，本實施例在活塞結構14與主軸5的連接處設置了目標塊15，利用位移傳感器10與目標塊15之間的檢測，進而能夠?qū)崿F(xiàn)移動數(shù)據(jù)的采集。
[0046]綜合以上描述，具盾構機推進過程中，泥土擠壓在盾構機以及鋼板上方，在盾構機推進前，鋼板8先推進到位，由于鋼板8固定在盾構機內(nèi)部，鋼板8相對于盾構機前進時，鋼板8上方的泥土就被帶動前進，盾構機無鋼板8覆蓋的泥土此時并沒有運動，于是這2部分泥土會彼此受剪，造成這2部分的泥土被迫分離。鋼板8推到位后，盾構機前進，油缸6泄壓，鋼板8由于上方土壓作用，相對于盾構機往后運動，此時盾構機上面背土效應僅為未覆蓋鋼板部分，這作為一個循環(huán)。由若干套本實施例提供的防背土裝置作用下，鋼板8使得矩形盾構機上方泥土切割成的幾個長條部分，這樣盾構機推進時，上方的泥土不斷的被分成幾個斷層，最終結果就是本來盾構機上方由原先的整體受到背土效應，通過不停的把泥土剪斷，轉(zhuǎn)換為先后2部分的背土效應，必然使減少背土現(xiàn)象。此外，通過防背土裝置與盾構機四周注入減摩漿液，更進一步減少了背土效應。
【權利要求】
1.一種矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:包括了動力機構、傳動機構和位于盾構機外殼上表面的執(zhí)行機構，所述傳動機構分別與所述執(zhí)行機構和動力機構連接，所述動力機構固定設于盾構機外殼的內(nèi)壁上，所述動力機構通過所述傳動機構驅(qū)動所述執(zhí)行機構在盾構機外殼的上表面沿盾構機軸線方向移動。
2.如權利要求1所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:所述動力機構和傳動機構設于盾構機外殼的內(nèi)側。
3.如權利要求1所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:所述動力機構包括了油缸和油缸支撐，所述油缸通過所述油缸支撐與所述盾構機外殼的內(nèi)壁連接，所述油缸的活塞結構與所述傳動機構連接。
4.如權利要求3所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:所述油缸上設有位移傳感器，所述位移傳感器與一個用以控制所述油缸運作的自動控制系統(tǒng)連接。
5.如權利要求1所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:所述傳動機構包括了主軸、連接塊和箱體，所述主軸與所述動力機構連接，且由所述動力機構驅(qū)動實現(xiàn)移動，所述主軸通過所述連接塊與所述執(zhí)行機構固定連接，所述主軸和連接塊位于所述箱體內(nèi)側，所述箱體內(nèi)的空間連通至盾構機外殼的上表面。
6.如權利要求5所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:所述箱體包括了主體部與導軌部，所述連接塊位于所述主體部的內(nèi)側，所述主軸沿著所述導軌部進行移動。
7.如權利要求5所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:所述箱體上設有球閥，所述球閥與盾構機的注減磨漿管連接。
8.如權利要求1所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:所述執(zhí)行機構為一塊鋼板，所述鋼板沿其長度方向覆蓋盾構機的外殼的上表面。
9.如權利要求8所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:所述執(zhí)行機構的數(shù)量為至少兩個。
10.如權利要求1至9任意之一所述的矩形盾構機的防背土裝置，其特征在于:2個所述動力機構通過2個所述傳動機構驅(qū)動I個所述執(zhí)行機構沿盾構機外殼的上表面移動。
11.一種矩形盾構機的防背土方法，其特征在于:包括以下步驟:S01:當盾構機停止推進時，固定設于所述盾構機外殼內(nèi)壁的油缸推動一主軸運動，與所述主軸通過連接塊固定連接的鋼板也隨之自初始位置沿著所述盾構機外殼的上表面推進移動；S02:當所述鋼板推進移動到位后，所述油缸泄壓，所述盾構機開始進行頂推運作，同時，所述鋼板退回移動至初始位置；S03:重復步驟SOl和S02，直至盾構機完成工作。
12.如權利要求11所述的矩形盾構機的防背土方法，其特征在于:所述主軸和連接塊位于所述箱體內(nèi)側，所述箱體上設有球閥，在所述步驟SOl和S02過程中，通過所述球閥往所述箱體內(nèi)注入減磨漿，從而使得所述減磨漿被注入到盾構機殼體的上表面。
13.如權利要求11所述的矩形盾構機的防背土方法，其特征在于:在所述步驟SOl和S02中，通過一個位置傳感器采集所述鋼板、油缸的活塞結構、所述主軸及所述連接塊任意之一的移動數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)反饋至自動控制系統(tǒng)，所述自動控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)控制所述油缸的運作。
14.如權利要求13所述的矩形盾構機的防背土方法，其特征在于:所述位置傳感器設在所述油缸上，通過采集所述活塞結構或主軸與所述油缸之間的距離變化實現(xiàn)所述活塞結構移動數(shù)據(jù)的 采集。
【文檔編號】E21D9/06GK103711498SQ201310746024
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】吳欣之, 徐佳樂, 畢偉麟, 孫繼輝, 楊乃剛, 黃毅 申請人:上海市機械施工集團有限公司