一种双模盾构螺旋机模式切换装置及使用方法与流程

本发明属于盾构机施工技术领域，具体涉及一种双模盾构螺旋机模式切换装置及使用方法。

背景技术：

目前6m级中心螺机式土压/敞开双模盾构（底部螺旋机出渣的土压模式+中心螺旋机出渣的敞开模式）凭借施工安全、高效出渣、适应性强等优点在地质环境复杂多变的城市地铁隧道中开始应用，如何快速高效完成模式转换是6m级双模盾构能否顺利施工的关键因素。然而国内外对其高效模式转换的工法尚未开展研究。

受主机空间限制，6m级中心螺机式双模盾构两种模式掘进出渣所需的中心螺旋机与底部螺机不能共存，模式转换时需分别拆装与渣土运输相关的关键部件，其流程操作复杂，耗时较长，存在许多缺陷：①为保证模式转换时顺利拆装螺旋机等关键部件，需将主机与后配套断开，同时将后配套系统整体拖拉后退20m左右，在主机与后配套之间预留足够的操作空间。这一施工作业将耗费大量的人力和物力，例如：拆装管线、拆装设备桥工装、重新调试流体、液压、电气等相关设备；②在吊运安装螺旋机等关键部件时需要额外焊接大量的工装，同时配以数名经验丰富的施工人员辅助完成，该施工作业中所需工装运输麻烦，洞内焊接困难，操作不便，将严重影响施工效率。针对目前中心螺旋机双模盾构模式转换施工方法中存在的上述缺陷，亟需设计一种新型快速模式转换施工方法。

盾构机的底部螺旋机底部通过螺栓固定于盾体螺机座上，中部利用拉杆一端连接在螺机耳板上，另一端连接在主驱动耳板上，受螺旋机重量、尺寸及主机空间狭小的影响，该安装方式无论车间组装还是洞内更换螺旋机都十分不便。同时对于中心螺旋机双模盾构而言，上述安装方式仅能够适用于土压模式，当敞开模式掘进时，由于螺旋机位于主机中部，受空间限制，无法利用上述拉杆方式对螺旋机进行固定，因此亟需设计一种能够同时实现两种模式掘进要求且高效模式切换的螺机安装方式。

技术实现要素：

针对底部螺旋机出渣的土压平衡模式和中心螺旋机出渣的敞开模式切换繁杂且不便于操作的问题，本发明提出了一种双模盾构螺旋机模式切换装置及使用方法，实现了敞开和土压两种模式的快速切换。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种双模盾构螺旋机模式切换装置，包括连接旋转机构和起升机构，所述连接旋转机构设置在螺旋输送机的前部，且螺旋输送机通过连接旋转机构与主驱动或前盾螺机座可拆卸连接；所述起升机构对称设置在螺旋输送机的两侧，起升机构位于拼装机的后部，且起升机构的外侧与拼装机的主梁固定连接，起升机构的内侧与螺旋输送机滑动连接。

所述连接旋转机构包括关节轴承总成，所述关节轴承总成的内表面与螺旋输送机固定连接，关节轴承总成的外表面与主驱动或前盾螺机座可拆卸连接。

所述关节轴承总成与主驱动之间还设有连接板，所述连接板的一侧与主驱动固定连接，连接板的另一侧与关节轴承总成可拆卸连接。

所述起升机构包括推动器、滑块总成和起升机构滑道，所述滑块总成设置在起升机构滑道内，且滑块总成的一侧通过螺机轨道与螺旋输送机水平滑动连接，滑块总成的另一侧与起升机构滑道竖直滑动连接；所述起升机构滑道对称固定设置在拼装机的主梁上；所述推动器活动设置在起升机构滑道内，且推动器位于滑块总成的下部，推动器的活动端与滑块总成固定连接，推动器的固定端与起升机构滑道的底部固定连接。

所述滑块总成包括滑块和连接部，所述滑块的一侧与起升机构滑道滑动连接，滑块的另一侧与连接部的一侧固定连接；所述连接部的另一侧活动设置在螺机轨道内。

所述螺机轨道包括滑动板、侧板和盖板，所述盖板和滑动板水平对称设置在螺旋输送机上，且滑动板与螺旋输送机固定连接；所述侧板的上部与滑动板垂直固定连接，侧板的下部与盖板可拆卸连接；所述侧板的一侧与螺旋输送机固定连接，侧板的另一侧和滑动板、盖板形成凹槽；所述连接部活动设置在凹槽中，且凹槽的长度大于连接部的长度，拉动螺旋输送机，螺机轨道沿连接部移动，螺机轨道和螺旋输送机与连接部之间即出现相对位移。

一种双模盾构螺旋机切换装置的使用方法，当敞开模式转土压模式时，包括如下步骤：

s1，拆除关节轴承总成与连接板之间的连接，调节推动器的油压使推动器下降，滑块总成与推动器同步下降，螺旋输送机的后部随着滑块总成的下降同步向下转动，直至螺旋输送机旋转至水平位置；

s2，将螺旋输送机从主驱动中拔出并向后移动螺旋输送机，使螺旋输送机的尾部避开主驱动；

s3，调节推动器的油压使推动器上升，滑块总成与推动器同步上升，螺旋输送机随着滑块总成的上升同步向上旋转，直至螺旋输送机的前部与前盾螺机座相对；

s4，使螺旋输送机斜向下移动，连接关节轴承总成与前盾螺机座；

当土压模式转敞开模式时，包括如下步骤：

s1，拆除关节轴承总成与前盾螺机座之间的连接，将螺旋输送机从前盾螺机座上拔出；

s2，调节推动器的油压使推动器下降，滑块总成与推动器同步下降，螺旋输送机随着滑块总成的下降同步向下转动，直至螺旋输送机转动至水平位置；

s3，使螺旋输送机水平向前移动，并将螺旋输送机插入主驱动中；

s4，调节推动器的油压使推动器上升，滑块总成与推动器同步上升，螺旋输送机的后部随着滑块总成的上升同步向上转动，直至螺旋输送机与水平位置之间的夹角为4°，之后连接关节轴承总成与连接板。

本发明的有益效果：

本发明既可以满足敞开模式及土压模式的掘进施工要求，还可以辅助完成快速高效的模式转换；当盾构机小曲线水平或者竖曲线掘进时，前盾及尾盾之间会发生相对运动，两种模式下螺旋输送机均可通过关节轴承总成与主驱动或者前盾螺机座活动连接，在掘进过程中可以对螺旋输送机起到缓冲作用；敞开模式和土压模式相互转换时螺机轨道的设置，既起到了支撑螺旋输送机的作用，还可以使螺旋输送机能够适应盾构机的小曲线水平转弯或者上下坡转弯要求。

总之，本发明安装方式简便快捷，在底部螺旋机出渣的土压平衡模式和中心螺旋机出渣的敞开模式下，无需增加新的固定支撑如拉杆等即可以辅助完成两种模式高效快速转换的要求；且该施工方法的最大特点是在保证主机与后配套不断开的前提下，螺旋输送机能够快速完成由盾体底部转换到主驱动中心区域或者由主驱动中心区域转换到盾体底部的拆装作业，实现主机与后配套并行高效作业，提高盾构机施工效率，增强了盾构机适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为在敞开模式下本发明与以中心螺旋机出渣的主机与设备桥连接的结构示意图。

图2为螺旋输送机拔出时的结构示意图。

图3为螺旋输送机旋转时的结构示意图。

图4为在土压模式下本发明与以中心螺旋机出渣的主机与设备桥连接的结构示意图。

图5为图1的a-a剖视图。

图6为图4的b-b剖视图。

图7为图1中e的局部放大图。

图8为图5中f的局部放大图。

图中，1为刀盘刮渣板，2为前盾，3为主驱动，4为螺旋输送机，5为拼装机，6为设备桥，7为皮带机尾部总成，8为起升机构，8-1为推动器，8-2为顶部滑块总成，8-3为起升机构滑道，8-2-1为滑块，8-2-2为连接部，8-2-3为固定板，8-2-4为圆环，9为中心回转接头，10为溜渣槽，11为关节轴承总成，12为螺机轨道，13为连接板，12-1为滑动板，12-2为侧板，12-3为盖板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种双模盾构螺旋机模式切换装置，如图1所示，包括连接旋转机构和起升机构8，所述连接旋转机构设置在螺旋输送机4的前部，且螺旋输送机4通过连接旋转机构与主驱动3或前盾螺机座可拆卸连接；如图5所示，所述起升机构8对称设置在螺旋输送机4的两侧，以在模式切换时对螺旋输送机4起到固定支撑的作用，螺旋输送机4位于拼装机5的两个主梁之间，两个起升机构8的外部分别与拼装机5两个主梁的后侧壁固定连接，起升机构8的内部与螺旋输送机4滑动连接，以便于模式切换时旋转或水平移动螺旋输送机4。

如图7所示，所述连接旋转机构包括关节轴承总成11，所述关节轴承总成11的内表面与螺旋输送机4固定连接，以便于螺旋输送机4可以在主驱动3内旋转；关节轴承总成11的外表面通过螺栓与主驱动3或前盾螺机座可拆卸连接，以便于模式切换时方便拆卸螺旋输送机4；所述关节轴承总成11与主驱动3之间还设有连接板13，连接板13的一侧与主驱动3的内壁固定连接，连接板13的另一侧通过螺栓与关节轴承总成11的外表面可拆卸连接，连接板13的设置可以起到加强连接的作用。

如图6所示，所述起升机构8包括推动器8-1、滑块总成8-2和起升机构滑道8-3，所述起升机构滑道8-3对称固定设置在拼装机5的两个主梁上，两个起升机构滑道8-3的前部与两个主梁的后侧壁对应固定连接，以对起升机构滑道8-3进行固定，进而形成对螺旋输送机4的支撑；所述滑块总成8-2设置在起升机构滑道8-3内，且滑块总成8-2包括滑块8-2-1和连接部8-2-2，所述滑块8-2-1设置在起升机构滑道8-3内，滑块8-2-1的一侧通过导轨与起升机构滑道8-3竖直滑动连接，导轨竖直固定设置在起升机构滑道8-3内，滑块8-2-1活动设置在导轨上，以便于滑块8-2-1在起升机构滑道8-3内沿导轨上下滑动；滑块8-2-1的另一侧与连接部8-2-2的一侧固定连接；所述连接部8-2-2的另一侧活动设置在螺机轨道12内；所述推动器8-1活动设置在起升机构滑道8-3内，且推动器8-1位于滑块8-2-1的下部，推动器8-1的活动端与滑块8-2-1的下部固定连接，推动器8-1的固定端与起升机构滑道8-3的底部固定连接，开启推动器8-1可以推动滑块沿起升机构滑道8-3上下运动。

图8所示，所述螺机轨道12包括滑动板12-1、侧板12-2和盖板12-3，所述盖板12-3与滑动板12-1水平对称设置在螺旋输送机4上，且滑动板12-1与螺旋输送机4固定连接；所述侧板12-2的上部与滑动板12-1垂直固定连接，侧板12-2的下部通过螺栓与盖板12-3可拆卸连接，拆卸螺栓取下盖板12-3后方便后期拆卸螺旋输送机4；所述侧板12-2的一侧与螺旋输送机4固定连接，侧板12-2的另一侧和滑动板12-1、盖板12-3形成凹槽；所述连接部8-2-2活动设置在凹槽中，且凹槽的长度大于连接部8-2-2的长度，以便于拉动或推动螺旋输送机4时，螺机轨道12沿连接部8-2-2前后移动，螺机轨道12和螺旋输送机4与连接部8-2-2之间即出现相对位移。

为了便于减少滑动时的摩擦，连接部8-2-2的外侧固定设有圆环8-2-4，以便于螺机轨道12与连接部8-2-2之间的相对移动；为了更好地固定圆环8-2-4，所述连接部8-2-2与侧板12-2之间设有固定板8-2-3，所述固定板8-2-3与圆环8-2-4和连接部8-2-2均固定连接。

为了提高滑动板12-1的抗压能力，所述滑动板12-1与圆环8-2-4之间固定设有耐磨板，所述耐磨板为高强度抗压钢板；所述盖板12-3与圆环8-2-4之间设有微小间隙，以减小盖板12-3的压力。

本实施例中，所述推动器8-1为多级油缸。

一种双模盾构螺旋机切换装置的使用方法，当敞开模式转土压模式时，包括如下步骤：

s1，将刀盘刮渣板1从刀盘上拆除，并拆除主驱动3与溜渣槽10之间、后配套系统的设备桥6与皮带机尾部总成7之间的连接；

s2，拆除关节轴承总成11与连接板13之间的连接，调节多级油缸的油压使多级油缸下降，由于多级油缸的推手与滑块总成8-2固定连接，滑块总成8-2与多级油缸同步下降，螺旋输送机4的后部随着滑块总成8-2的下降同步向下转动，直至螺旋输送机4由4°旋转至水平位置；

s3，如图2所示，利用手拉葫芦将螺旋输送机4从主驱动3中拔出，并使螺旋输送机4继续向后移动三米左右，以使螺旋输送机4的尾部避开主驱动3的电机；

s4，如图3所示，调节多级油缸的油压使多级油缸上升，滑块总成8-2与多级油缸同步上升，螺旋输送机4随着滑块总成8-2的上升同步向上转动，同时借助手拉葫芦同步向上拉动螺旋输送机4，直至螺旋输送机4的前部与前盾螺机座相对应；

s5，如图4所示，借助手拉葫芦使螺旋输送机4斜向下移动，然后连接关节轴承总成11与前盾螺机座；

s6，将中心回转接头9安装在主驱动3的连接板上，连通中心回转接头9两端的流体液压等相关管路，最后将皮带机尾部总成7连接在设备桥6上；

s7，调试各个系统后即完成模式转换。

当土压模式转敞开模式时，包括如下步骤：

s1，拆除中心回转接头9与主驱动3之间的连接及流体液压等相关管路，然后将皮带机尾部总成7从设备桥6上拆除；

s2，拆除关节轴承总成11与前盾螺机座的连接，利用手拉葫芦将螺旋输送机4从前盾螺机座上拔出；

s3，调节多级油缸的油压使多级油缸下降，滑块总成8-2与多级油缸同步下降，螺旋输送机4随着滑块总成8-2的下降同步向下转动，同时利用手拉葫芦使螺旋输送机4向下转动，直至螺旋输送机4旋转至水平位置；

s4，借助手拉葫芦将螺旋输送机4向前水平移动，将螺旋输送机4插入主驱动3中；

s5，调节多级油缸的油压使多级油缸上升，滑块总成8-2与多级油缸同步上升，螺旋输送机4的后部随着滑块总成8-2的上升同步向上转动，直至螺旋输送机4与水平位置之间的夹角为4°，然后连接关节轴承总成11与连接板13；

s6，将刀盘刮渣板1安装在刀盘上，将溜渣槽10安装在主驱动3上，最后将皮带机尾部总成7安装在设备桥6上；

s7，调试各个系统后即完成模式转换。

现有技术中，所述刀盘刮渣板1在敞开模式下可以将刀盘转动时所产生的渣土导流到溜渣槽10中，在土压模式下刀盘刮渣板1被拆除；所述溜渣槽10在敞开模式下用于收集渣土，螺旋输送机4通过主动收渣将溜渣槽10中的渣土排出，土压模式下溜渣槽10被拆除；所述中心回转接头9是物料通道，在土压模式下可将渣土改良用的泡沫、膨润土或水输送到刀盘前面的喷口，敞开模式下中心回转接头9被拆除（无需渣土改良）。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。