本發(fā)明屬于隧道施工設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壓平衡矩形合口盾構(gòu)及施工工法。

背景技術(shù)：

綜合管廊是21世紀(jì)新型城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一；地下綜合管廊的建設(shè)，具有節(jié)約土地資源，減少城市道路開挖，延長(zhǎng)市政管線壽命，提高城市防災(zāi)能力等突出優(yōu)點(diǎn)，將實(shí)現(xiàn)道路沿線市政公用管線的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理，做到城市道路地下空間綜合開發(fā)利用，避免城市道路產(chǎn)生“馬路拉鏈”，對(duì)完善區(qū)域公用基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)周邊地塊開發(fā)具有積極意義。

而綜合管廊的建設(shè)多為矩形斷面，施工主要采用明挖法，但其具有破壞環(huán)境、對(duì)交通、建筑物等地面設(shè)施影響大的缺點(diǎn)；而頂管法可以做到非開挖施工，但其也存在頂進(jìn)距離短，不能轉(zhuǎn)彎、需要的工作井較多的缺點(diǎn)。矩形盾構(gòu)法具有機(jī)械化施工、綜合成本較低的等優(yōu)勢(shì)，在長(zhǎng)距離綜合管廊建設(shè)中受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前，矩形盾構(gòu)已開發(fā)出多管片雙螺旋拼裝機(jī)形式，但其拼裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管片眾多造成拼裝時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。為加快城市綜合管廊建設(shè)、拓展矩形盾構(gòu)的類型、節(jié)約管片拼裝時(shí)間，一種結(jié)構(gòu)緊湊、管片可快速拼裝的新型矩形盾構(gòu)機(jī)亟需被設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種土壓平衡矩形合口盾構(gòu)及施工工法，可以長(zhǎng)距離開挖矩形斷面并高效完成渣土輸送、管片快速拼裝等施工工序的隧道掘進(jìn)機(jī)，是提高綜合管廊高效建設(shè)的隧道設(shè)備。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明土壓平衡矩形合口盾構(gòu)機(jī)，包括切削系統(tǒng)，還包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、盾體系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、管片拼裝小車、管片旋轉(zhuǎn)裝置、管片運(yùn)輸小車、升降式設(shè)備橋和拖車，所述切削系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝于盾體系統(tǒng)上，切削系統(tǒng)位于盾體系統(tǒng)前端，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)切削系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，切削系統(tǒng)切削出的泥渣通過(guò)排渣系統(tǒng)排出，管片運(yùn)輸小車將管片運(yùn)輸至盾體系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)管片旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后，管片拼裝小車進(jìn)行管片安裝，所述升降式設(shè)備橋一端與盾體系統(tǒng)相連接，另一端與拖車相連，所述升降式設(shè)備橋在管片拼裝小車拼裝時(shí)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，為管片拼裝預(yù)留出足夠空間。

所述升降式設(shè)備橋包括第一油缸、導(dǎo)軌柱、滑軌、動(dòng)滑輪、導(dǎo)鏈、升降梁，所述第一油缸筒體與導(dǎo)軌柱相連，油缸桿與滑軌相連，油缸桿可帶動(dòng)滑軌在導(dǎo)軌柱內(nèi)上下移動(dòng)；所述升降梁兩端布置有導(dǎo)輪，導(dǎo)輪安裝于滑軌內(nèi)可上下移動(dòng)，升降梁兩側(cè)設(shè)置有懸掛排漿管、線纜和支架；動(dòng)滑輪固定于滑軌上側(cè)，導(dǎo)鏈繞過(guò)動(dòng)滑輪一端連接第一油缸筒體，導(dǎo)鏈另一端連接升降梁導(dǎo)輪，在油缸帶動(dòng)滑軌移動(dòng)一倍位移時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)鏈被動(dòng)提升或下放升降梁二倍位移，升降式設(shè)備橋?yàn)楹笈涮锥喙?jié)拖車提供牽引力的同時(shí)，為管片旋轉(zhuǎn)騰出空間，并節(jié)省管片拼裝時(shí)管線拆除的時(shí)間。

所述切削系統(tǒng)包括七個(gè)輻條式刀盤，七個(gè)刀盤分為大中小三個(gè)型號(hào)，大號(hào)刀盤的數(shù)量為一個(gè)，中號(hào)刀盤的數(shù)量為四個(gè)，小號(hào)刀盤的數(shù)量為兩個(gè)，七個(gè)刀盤呈平行軸式三個(gè)在前四個(gè)在后的方式布置，其中大號(hào)刀盤和兩個(gè)中號(hào)刀盤在前，其余刀盤在后，刀盤布置形式適用于長(zhǎng)寬比x較大的矩形截面工況，具體在3:2＜x＜2:1范圍內(nèi)。

所述盾體系統(tǒng)的截面呈矩形，盾體系統(tǒng)包括前盾、中盾、尾盾、糾偏油缸、拖拽油缸和頂推油缸，前盾、中盾和尾盾前后設(shè)置，前盾與中盾之間通過(guò)糾偏油缸連接，中盾與尾盾之間采用拖拽油缸連接。

所述前盾包括前盾前和前盾后，前盾前和前盾后通過(guò)螺栓緊聯(lián)接；所述中盾包括中盾前和中盾后，中盾前和中盾后通過(guò)螺栓松聯(lián)接，在中盾上還布置有主頂油缸頂推支座和升降設(shè)備橋固定座。

所述尾盾包括上下布置的頂推油缸支架，上下布置的兩個(gè)頂推油缸支架之間預(yù)留出上下管片拼裝空間，在盾體下部布置有尾盾移動(dòng)踏板，滿足管片運(yùn)輸通過(guò)和拼裝。

在尾盾移動(dòng)踏板上部設(shè)置有運(yùn)輸軌道，在尾盾移動(dòng)踏板中間留有旋轉(zhuǎn)油缸升降孔，尾盾移動(dòng)踏板后端部與頂推油缸連接，尾盾移動(dòng)踏板可在頂推油缸的作用下在固定底板上沿隧道軸線方向前后移動(dòng)。

所述排渣系統(tǒng)包括螺旋輸送機(jī)和渣土輸送泵，螺旋輸送機(jī)和渣土輸送泵相協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)渣土長(zhǎng)距離輸送；所述螺旋輸送機(jī)為軸式螺旋輸送機(jī)；所述渣土輸送泵為三套筒式油缸打土泵，用于將渣土泵送至后配套拖車尾部的渣車，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)渣土長(zhǎng)距離輸送。

所述管片運(yùn)輸小車為螺栓連接管片式輪對(duì)組，所述管片旋轉(zhuǎn)裝置用于對(duì)管片進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，所述管片拼裝小車為液壓驅(qū)動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)管片的抓舉、頂升、微調(diào)等拼裝動(dòng)作。

本發(fā)明一種土壓平衡矩形合口盾構(gòu)機(jī)的管片拼裝方法，其特征在于：所述管片拼裝方法具體為：

a.下管片拼裝：

升降式設(shè)備橋升至最高位置；

尾盾移動(dòng)踏板伸出至最后端；

運(yùn)輸小車將下管節(jié)運(yùn)輸至旋轉(zhuǎn)位置；

管片旋轉(zhuǎn)裝置將下管片頂升并旋轉(zhuǎn)90°；

管片旋轉(zhuǎn)裝置收回，管片拼裝小車將下管片提起并移動(dòng)到拼裝位置；

尾盾移動(dòng)踏板縮回至尾盾前端，為下管片拼裝騰出空間；

管片拼裝小車將下管片放入拼裝位置，連接管片螺栓；

尾盾移動(dòng)踏板再次伸出頂緊下管片，完成下管片拼裝。

b.上管片拼裝

升降設(shè)備橋降至最底位置；

運(yùn)輸小車將上管節(jié)運(yùn)輸至旋轉(zhuǎn)位置；

管片旋轉(zhuǎn)裝置將上管片頂升并旋轉(zhuǎn)90°；

管片旋轉(zhuǎn)裝置收回，管片拼裝小車將上管片頂升并移動(dòng)到拼裝位置；

尾盾上部頂推油缸縮回，為上管片拼裝騰出空間；

管片拼裝小車將上管片放入拼裝位置，連接管片螺栓；

尾盾上部頂推油缸伸出頂緊上管片，完成上管片拼裝。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果為：切削系統(tǒng)為平行軸式3前4后布置的七個(gè)輻條式刀盤，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)寬比較大的矩形截面工況開挖。排渣系統(tǒng)采用螺旋輸送機(jī)與三套筒式渣土輸送泵配合實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)渣土長(zhǎng)距離輸送。管片輸送小車、管片旋轉(zhuǎn)裝置、管片拼裝小車、升降設(shè)備橋和尾盾移動(dòng)踏板一道協(xié)同工作，在不拆除管線的情況下完成上下管片的拼裝。該矩形合口盾構(gòu)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、管節(jié)拼裝迅速的優(yōu)點(diǎn)，為現(xiàn)代市政綜合管廊施工建設(shè)提供了技術(shù)支持。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種土壓平衡矩形合口盾構(gòu)機(jī)（含下管節(jié)）主視示意圖。

圖2為本發(fā)明一種土壓平衡矩形合口盾構(gòu)機(jī)（含上管節(jié)）主視示意圖。

圖3為本發(fā)明一種土壓平衡矩形合口盾構(gòu)機(jī)俯視示意圖。

圖4為本發(fā)明的刀盤結(jié)構(gòu)形式示意圖。

圖5為本發(fā)明的中盾截面-升降設(shè)備橋示意圖。

圖6為本發(fā)明的尾盾截面-頂推油缸布置示意圖。

圖7為本發(fā)明的管節(jié)截面-后配套布置示意圖。

圖8為本發(fā)明的升降設(shè)備橋示意圖。

圖9是圖8的a-a剖視圖。

圖10是圖8的側(cè)視方向示意圖。

圖11為本發(fā)明的尾盾移動(dòng)平臺(tái)示意圖。

圖12是圖11的俯視方向示意圖。

圖13是圖11的a-a剖視圖。

其中，1.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；2.盾體系統(tǒng)；3.前盾；301.前盾前；302.前盾后；4.中盾；401.中盾前；402.中盾后；403.主頂油缸頂推支座；404.升降設(shè)備橋固定座；5.尾盾；501.頂推油缸支架；502.尾盾移動(dòng)踏板；5021.運(yùn)輸軌道；5022.旋轉(zhuǎn)油缸升降孔；5023.尾盾移動(dòng)踏板后端部；503.固定底板；6.盾體系統(tǒng)；601.糾偏油缸；602.拖拽油缸；603.頂推油缸；7.排渣系統(tǒng)；701.螺旋輸送機(jī)；702.渣土輸送泵；8.管片拼裝小車；9.管片旋轉(zhuǎn)裝置；10.升降設(shè)備橋；11.拖車；12.下管片；13.上管片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明土壓平衡矩形合口盾構(gòu)機(jī)，包括切削系統(tǒng)1，還包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2、盾體系統(tǒng)6、排渣系統(tǒng)7、管片拼裝小車8、管片旋轉(zhuǎn)裝置9、管片運(yùn)輸小車、升降式設(shè)備橋10和拖車11，所述切削系統(tǒng)1和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2安裝于盾體系統(tǒng)6上，切削系統(tǒng)1位于盾體系統(tǒng)6前端，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2帶動(dòng)切削系統(tǒng)1運(yùn)轉(zhuǎn)，切削系統(tǒng)1切削出的泥渣通過(guò)排渣系統(tǒng)7排出，管片運(yùn)輸小車將管片運(yùn)輸至盾體系統(tǒng)6內(nèi)，通過(guò)管片旋轉(zhuǎn)裝置9進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后，管片拼裝小車8進(jìn)行管片安裝，所述升降式設(shè)備橋10一端與盾體系統(tǒng)相連接，另一端與拖車11相連，所述升降式設(shè)備橋10在管片拼裝小車8拼裝時(shí)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，為管片拼裝預(yù)留出足夠空間。

所述盾體系統(tǒng)6的截面呈矩形，盾體系統(tǒng)包括前盾3、中盾4、尾盾5、糾偏油缸601、拖拽油缸602和頂推油缸603，前盾3、中盾4和尾盾5前后設(shè)置，前盾3與中盾4之間通過(guò)糾偏油缸601連接，中盾4與尾盾5之間采用拖拽油缸602連接。

所述前盾3包括前盾前301和前盾后302，前盾前301和前盾后302通過(guò)螺栓緊聯(lián)接；所述中盾4包括中盾前401和中盾后402，中盾前401和中盾后402通過(guò)螺栓松聯(lián)接，在中盾4上還布置有主頂油缸頂推支座403和升降設(shè)備橋固定座404。

所述尾盾5包括上下布置的頂推油缸支架501，上下布置的兩個(gè)頂推油缸支架501中間預(yù)留出上下管片拼裝空間，在盾體下部布置有尾盾移動(dòng)踏板502，滿足管片運(yùn)輸通過(guò)和拼裝。在尾盾移動(dòng)踏板502上部設(shè)置有運(yùn)輸軌道5021，在尾盾移動(dòng)踏板502中間留有旋轉(zhuǎn)油缸升降孔5022，尾盾移動(dòng)踏板后端部5023與頂推油缸603連接，尾盾移動(dòng)踏板502可在頂推油缸603的作用下在固定底板503上沿隧道軸線方向前后移動(dòng)。

所述切削系統(tǒng)1包括七個(gè)輻條式刀盤，七個(gè)刀盤分為大中小三個(gè)型號(hào)，大號(hào)刀盤的數(shù)量為一個(gè)，中號(hào)刀盤的數(shù)量為四個(gè)，小號(hào)刀盤的數(shù)量為兩個(gè)，七個(gè)刀盤呈平行軸式三個(gè)在前四個(gè)在后的方式布置，其中大號(hào)刀盤和兩個(gè)中號(hào)刀盤在前，其余刀盤在后，刀盤布置形式適用于長(zhǎng)寬比x較大的矩形截面工況，具體在3:2＜x＜2:1范圍內(nèi)。三前四后布置的七個(gè)輻條式刀盤，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)寬比較大的矩形截面工況開挖。

所述排渣系統(tǒng)7包括螺旋輸送機(jī)701和渣土輸送泵702，螺旋輸送機(jī)701和渣土輸送泵702相協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)渣土長(zhǎng)距離輸送；所述螺旋輸送機(jī)701為軸式螺旋輸送機(jī)；所述渣土輸送泵702為三套筒式油缸打土泵，用于將渣土泵送至后配套拖車11尾部的渣車，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)渣土長(zhǎng)距離輸送。

由于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)包含有眾多液壓電氣管線，為節(jié)省管片拼裝所帶來(lái)的拆裝管線時(shí)間，設(shè)計(jì)有升降式設(shè)備橋10，升降式設(shè)備橋10可攜帶管線上下移動(dòng)調(diào)整從而保證管片旋轉(zhuǎn)拼裝過(guò)程不受管線干涉，并節(jié)省了對(duì)管線進(jìn)行拆裝的步驟。

所述升降式設(shè)備橋10包括第一油缸1001、導(dǎo)軌柱1002、滑軌1003、動(dòng)滑輪1004、導(dǎo)鏈1005、升降梁1006，所述第一油缸1001筒體與導(dǎo)軌柱1002相連，油缸桿與滑軌1003相連，油缸桿可帶動(dòng)滑軌1003在導(dǎo)軌柱1002內(nèi)上下移動(dòng)；所述升降梁1006兩端布置有導(dǎo)輪1007，導(dǎo)輪1007安裝于滑軌1003內(nèi)可上下移動(dòng)，升降梁1006兩側(cè)設(shè)置有懸掛排漿管1008、線纜1009和支架1010；動(dòng)滑輪1004固定于滑軌1003上側(cè)，導(dǎo)鏈1005繞過(guò)動(dòng)滑輪1005一端連接第一油缸1001筒體，導(dǎo)鏈另一端連接升降梁導(dǎo)輪1007，在油缸1001帶動(dòng)滑軌1003移動(dòng)一倍位移時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)鏈1005被動(dòng)提升或下放升降梁1006二倍位移，升降式設(shè)備橋10為后配套多節(jié)拖車11提供牽引力的同時(shí)，為管片旋轉(zhuǎn)騰出空間，并節(jié)省管片拼裝時(shí)管線拆除的時(shí)間。

所述管片運(yùn)輸小車為螺栓連接管片式輪對(duì)組。

所述管片旋轉(zhuǎn)裝置9用于對(duì)管片進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。

所述管片拼裝小車8為液壓驅(qū)動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)管片的抓舉、頂升、微調(diào)等拼裝動(dòng)作。

本發(fā)明一種土壓平衡矩形合口盾構(gòu)機(jī)的管片拼裝方法，所述管片拼裝方法具體為：

a.下管片拼裝：

升降式設(shè)備橋10升至最高位置；

尾盾移動(dòng)踏板502伸出至最后端；

運(yùn)輸小車將下管節(jié)12運(yùn)輸至旋轉(zhuǎn)位置；

管片旋轉(zhuǎn)裝置9將下管片12頂升并旋轉(zhuǎn)90°；

管片旋轉(zhuǎn)裝置9收回，管片拼裝小車8將下管片12提起并移動(dòng)到拼裝位置；

尾盾移動(dòng)踏板502縮回至尾盾5前端，為下管片12拼裝騰出空間；

管片拼裝小車8將下管片12放入拼裝位置，連接管片螺栓；

尾盾移動(dòng)踏板502再次伸出頂緊下管片12，完成下管片12拼裝。

b.上管片拼裝

升降設(shè)備橋10降至最底位置；

運(yùn)輸小車將上管節(jié)13運(yùn)輸至旋轉(zhuǎn)位置；

管片旋轉(zhuǎn)裝置9將上管片13頂升并旋轉(zhuǎn)90°；

管片旋轉(zhuǎn)裝置9收回，管片拼裝小車8將上管片13頂升并移動(dòng)到拼裝位置；

尾盾5上部頂推油缸603縮回，為上管片13拼裝騰出空間；

管片拼裝小車8將上管片13放入拼裝位置，連接管片螺栓；

尾盾5上部頂推油缸603伸出頂緊上管片13，完成上管片13拼裝。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。