一种高速智能盾构机的制作方法

本发明涉及盾构机，尤其是涉及一种既可以进行隧道盾构作业，又可以对河道、沟渠进行快速挖掘，以及河海水底快速取沙、挖渠、造岛等综合作业。

背景技术：

近些年，随着我国基础设施建设步伐的加快，在高速铁路、城市地铁、矿山开采等大型工程建设中，全断面岩石盾构机凭借其环保、自动化程度高、地质适应性强等诸多优点而得到广泛地使用。这种盾构方法相对于初始的人工钻爆法而言，在机械化程度方面、劳动生产率方面、安全性方面都有很大程度上的提升。全断面岩石盾构机在施工过程中，主要是通过设备最前方刀盘的旋转带动安装在刀盘上的滚刀旋转来破碎岩石。因为岩石具有高硬度和高强度，地质条件也复杂多变，同时全断面岩石盾构机滚刀工作在强挤压、高磨损、强冲击的恶劣工况下，这些都使得全断面岩石盾构机的滚刀成为盾构过程中最容易损坏的零部件。全断面岩石盾构机滚刀的磨损对tbm施工的效率、速度和成本等均会有不同程度的影响。

而在盾构过程中，刀盘是全断面岩石盾构机最主要的部件之一，它肩负着盾构开挖、支撑掌子面的功能，是所有破岩具的安装载体。刀盘所受的载荷是典型的随机载荷，承受大扭矩、大推力和随机突变的冲击载荷，在随机载荷作用下，刀盘的振动表现为受迫弹性体的随机扭转振动和横向振动。所以刀盘的工作条件极其恶劣，受力情况十分复杂，刀盘的合理设计对提高盾构速率、刀盘寿命、刀具寿命和刀盘大轴承寿命，降低挖掘成本等具有重要作用。由于开挖环境恶劣，有时候遇到前方特硬岩层导致刀盘掘不动甚至卡死现象屡见不鲜，从而影响了刀盘的盾构效率及盾构可靠性，因此如何解决盾构过程中刀盘掘不动甚至卡死的问题是目前亟待解决的一个问题。

现有的一种快速盾构机，包括推进履带轮、盾构刀盘、螺旋砂石引流器、绞盘砂石铲和砂石传送带，该盾构刀盘是一个中空的圆锥壳体，顶端开口，侧壁对称设置多条纵向排列的挖掘齿爪；螺旋砂石引流器同轴安装圆锥形壳体内，顶端的盾构锥从圆锥壳体顶端开口伸出；使用时，盾构锥在岩壁上钻出定位孔，盾构刀盘上的挖掘齿爪逐渐将孔扩大，螺旋砂石引流器进一步将砂石碎料排出盾构刀盘的圆锥壳体外；绞盘砂石铲与砂石传送带将排出的砂石传送出去，实现隧道的快速盾构。但是，目前的快速盾构机在强挤压、高磨损、强冲击的恶劣工况下，工作效率低，对多种施工作业的要求适应性不强，灵活性差强人意，影响隧道作业的安全性和工程进度；同时，该技术案行进阻力大，造成其盾构效率低，盾构速度慢，能源消耗大，对地质条件适应性不强，不高的缺陷都是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有隧道盾构机的缺点，设计一种盾构速度快、工作效率高、施工安全，可以进行高效率排出砂石的高速盾构机。

为了实现本发明的目的，提出如下技术方案：

一种高速智能盾构机，所述盾构机由盾构装置2和砂石输送装置3组成，所述盾构装置2由盾构刀盘6和螺旋砂石引流器5构成，其架设在盾构机1的前方；所述砂石输送装置3由两个或两个以上传送处理仓8构成，位于盾构装置2后方，并通过转向连接器7与盾构装置2连接固定；所述传送处理仓8包括圆筒形的舱室，舱室内安装有输送管道10，该输送管道10内设置砂石加速引流器11，各个舱室内的输送管道10之间通过螺纹管12柔性连接；所述传送处理仓8采用履带式结构，由推进履带轮9支撑整个盾构机；盾构时，架设在盾构机1的前方的盾构装置2高速旋转，利用履带式结构对盾构装置2施加对砂石的盾构压力，通过输送管道10内的砂石加速引流器11的作用，进一步将砂石碎料加速排出盾构机1外，完成盾构作业。

所述盾构刀盘6的主体是顶端开口的锥形壳体15，多个条状形的挖掘齿爪16设置在锥形壳体15的侧壁，纵向对称排列；挖掘齿爪16为弧形条状结构，上边缘带齿或滚刀，下边缘焊接固定在锥形壳体15的侧壁上，在圆锥壳体侧壁的焊接处切开一个口，每一条挖掘齿爪16与锥形壳体15的侧壁共同形成砂石排出口17，将挖掘齿爪4切割下来的砂石排入盾构刀盘2圆锥壳体内。

所述螺旋砂石引流器5是一个带叶片的回转圆锥形结构，中心为驱动轴13，驱动轴13上固定螺旋叶14，驱动轴13前端形成盾构锥4；所述螺旋砂石引流器5位于盾构刀盘2圆锥壳体内，与盾构刀盘2同轴，所述盾构锥4伸出锥形壳体15的顶端开口；盾构时，该盾构锥4处于盾构机1的最前端。

所述多个传送处理仓8依次纵向排列，每个传送处理仓8由推进履带轮9支撑，传送处理仓8内连接多条输送管道10，每条输送管道10内设置砂石加速引流器11，输送管道10之间通过螺纹管12柔性连接。

5、根据权利要求4所述的盾构机，其特征在于：所述挖掘齿爪16为碳化铬复合耐磨板，周边齿条或滚刀以及盾构锥4为耐磨性能高、使用寿命长的硬质合金块。

所述盾构机1用作全断面盾构机使用时，根据隧道直径扩大盾构刀盘6的圆锥壳体底部直径和所述传送处理仓8的圆筒形的舱室的直径，成为支撑性管片构成的围壳，作为护盾；设置衬砌、回填、灌浆设备实现隧道盾构机开挖、出碴、衬砌、回填、灌浆工序的循环，进行盾构式作业。

本发明的盾构机的优点在于：

1、本盾构机盾构速度快，工作效率和砂石排出效率高，适应性强，可以进行敞开式和半敞开式隧道盾构作业以及隧道全断面盾构；

2、施工安全，施工作业可以在护盾的保护下有效地进行；

3、成洞条件好，开挖面光滑平整，无超挖，对围岩基本无扰动；

4、主机结构和系统设备移动方便，可以自行布置，充分满足洞内施工要求，在盾构时可以直接的观测到洞壁岩性的变化，有利于施工安全。

附图说明

图1是本发明高速盾构机整体结构示意图；

图2显示本盾构机的刀盘结构示意图；

图3显示螺旋引流器结构；

图4砂石输送装置分解图。

其中：

盾构机1、盾构装置2、砂石输送装置3、盾构锥4、螺旋砂石引流器5、盾构刀盘6、转向连接器7、传送处理仓8、推进履带轮9、输送管道10、砂石加速引流器11、螺纹管12、驱动轴13、螺旋叶片14、锥形壳体15、挖掘齿爪16、砂石排出口17

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明高速盾构机整体结构示意图；如图所示，盾构机1由盾构装置2和砂石输送装置3组成，盾构装置2架设在盾构机1的前方，盾构装置2的后方是砂石输送装置3，盾构装置2与砂石输送装置3通过转向连接器7连接固定；砂石输送装置3由两个或两个以上传送处理仓8构成，传送处理仓8包括圆筒形的舱室，舱室内安装有输送管道10，该输送管道10内设置砂石加速引流器11，各个舱室内的输送管道10之间通过螺纹管12柔性连接；传送处理仓8整体采用履带式结构，推进履带轮9支撑整个盾构机，作为自行盾构机，进入现场部署灵活方便；盾构时，利用履带式结构施加压力，便于操控整个盾构工作。

工作时，架设在盾构机1的前方的盾构装置2高速旋转，便钻进边切割侧壁的砂石，切割下来的砂石推进到盾构装置2的圆锥壳体内，向后方排出到传送处理仓8的输送管道10，通过输送管道10内的砂石加速引流器11作用，进一步将砂石碎料加速排出盾构机1外，二者配合将排出的砂石传送出去，完成盾构作业。

图2和图3是本盾构机的盾构装置示意图，其中，图2显示刀盘结构，盾构刀盘6的主体是顶端开口的锥形壳体15，多个条状形的挖掘齿爪16设置在锥形壳体15的侧壁，纵向对称排列，挖掘齿爪16为弧形条状结构，上边缘带齿或滚刀，下边缘焊接固定在圆锥壁上，此处的圆锥壳体侧壁切开一个口，每一条挖掘齿爪16与锥形壳体15的侧壁共同形成砂石排出口17，将挖掘齿爪4切割下来的砂石排入盾构刀盘2圆锥壳体内；

图3显示螺旋砂石引流器结构，螺旋砂石引流器5是一个带叶片的回转圆柱形结构，中心为驱动轴13，驱动轴13上固定螺旋叶14，驱动轴13前端形成盾构锥4，螺旋砂石引流器5位于盾构刀盘2圆锥壳体内，与盾构刀盘2同轴，盾构锥4伸出锥形壳体15的顶端开口；盾构时，该盾构锥4处于盾构机1的最前端。

图4显示砂石输送装置。砂石输送装置3和盾构装置2使用转向连接器7固定连接、砂石输送装置3由多个传送处理仓8依次纵向排列构成，每个传送处理仓8由推进履带轮9支撑，传送处理仓8内连接多条输送管道10，每条输送管道10内设置砂石加速引流器11，输送管道10之间通过螺纹管12柔性连接。

使用时，首先由盾构锥4在岩壁上钻出定位孔，然后固定在盾构刀盘6的挖掘齿爪16逐渐将孔扩大，挖掘出来的砂石螺旋砂石引流器5排向输送管道10，砂石加速引流器11将砂石加速向后排出，最后形成隧道的快速盾构。

本发明快速盾构机采用钻进和切削式或滚压式盾构同时进行，减小了盾构的阻力，大大提高了效率。

本发明的挖掘齿爪16为碳化铬复合耐磨板，周边齿条和盾构锥4为耐磨性能高的硬质合金块，使用寿命长。

相对于传统的敞开式开挖或半敞开式开挖作业，排出的砂石料通过传送处理仓8内不堆积，不会影响作业的连续性，提高了盾构的进度。

本盾构机可以进行敞开式开挖或半敞开式开挖，以适于地地质条件较好，开挖面在盾构中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其开挖是从隧道中心逐步扩大，即使土层较差，也无需借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式或半敞开式开挖，在处理孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方式容易。本盾构机在敞开式或半敞开式开挖时对地层的扰动小，不会产生超挖量，暴露时间也可以控制到尽量少，实现安全作业。

本盾构机还可以用作全断面盾构机使用，根据隧道直径适当扩大盾构刀盘2的圆锥壳体底部直径，在圆锥壳体后的传送处理仓8构成的围壳，作为护盾进行盾构式作业，设置衬砌、回填、灌浆设备，挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。设置衬砌、回填、灌浆设备，使挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行，实现了隧道盾构机开挖、出碴、衬砌、回填、灌浆等工序的循环作业。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。