多圆拟合刀盘结构及掘进机的制作方法

1.本实用新型涉及隧道工程施工设备领域，尤其涉及一种多圆拟合刀盘结构及掘进机。


背景技术：

2.现有随着世界经济的快速发展和人口的迅速增长，人类赖以生存的地表环境不断恶化，土地资源日趋紧张，世界各国日益重视地下空间的开发和利用。盾构技术的优势在于不用大量拆迁，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。其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。因此，采用盾构法建造地下空间将是必然趋势。
3.对于常规的圆形或多圆组合断面，施工地下空间断面开挖完全，而其他诸如矩形、类矩形、马蹄形等非圆断面，常采用多刀盘拟合断面的技术进行处理，掘进机开挖断面存在盲区。盲区的存在一方面增加了掘进顶推力，提高了施工难度，另一方面盲区存在大大增加了设备的损耗。在软硬不均地层和硬质地层中，盲区的存在甚至制约了设备的应用。因此，非圆断面隧道掘进盲区一直是行业难以解决的问题，且拟合断面越大，开挖剩余盲区面积也越大，盲区分布区域越多。为解决盲区问题，现有技术中虽然提出了多种任意形状断面的掘进方法以及掘进机，但是这些技术均是为了迎合标准的曲边开挖面(如：矩形、类矩形、马蹄形等)，未对开挖面的形式做出改变，面对盲区，采取设置摆动刀盘、偏心刀盘和伸缩刀盘，或者在盲区内设高压冲洗装置等辅助设备对盲区进行处理，但上述设备仅适用于软土、砂土、强风化岩石等易切削的地层环境，对于软硬不均或硬岩地层适用效果较差，导致掘进效率降低，影响掘进机的整体掘进速度，而且在掘进过程中易导致辅助设备的损坏，拖延施工进度，增加施工成本。
4.针对相关技术中现有刀盘及刀盘组合对非圆断面的掘进效果不佳的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
5.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种多圆拟合刀盘结构及掘进机，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种多圆拟合刀盘结构及掘进机，可根据预设建筑断面通过前置刀盘与后置刀盘的配合，形成相匹配的拟合开挖断面，从而确保在对掌子面切削过程中不存在盲区，而且不需要其他辅助刀具进行配合，适用性强、掘进速度快。
7.本实用新型可采用下列技术方案来实现的：
8.本实用新型提供了一种多圆拟合刀盘结构，所述多圆拟合刀盘结构包括至少一个前置刀盘和至少一个后置刀盘，所述前置刀盘和所述后置刀盘沿掘进方向前后分布，且根据预设建筑断面的外轮廓设置所述前置刀盘与所述后置刀盘的位置，所述前置刀盘与所述后置刀盘交错重叠并形成拟合开挖断面，以使所述拟合开挖断面与所述预设建筑断面无缝
拟合。
9.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述拟合开挖断面与所述预设建筑断面相重叠，且所述拟合开挖断面的中心点与所述预设建筑断面的中心点相重合。
10.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述拟合开挖断面的面积大于所述预设建筑断面的面积，以使所述拟合开挖断面与所述预设建筑断面相重叠状态下，所述拟合开挖断面的边缘位于所述预设建筑断面的边缘的外侧。
11.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述拟合开挖断面的边缘与所述预设建筑断面的边缘至少存在30cm至120cm的间距。
12.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述拟合开挖断面在竖向上呈对称设置。
13.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述前置刀盘和所述后置刀盘均采用常压刀盘。
14.本实用新型提供了一种掘进机，所述掘进机包括盾体和上述的多圆拟合刀盘结构，所述多圆拟合刀盘结构设置于所述盾体的前端。
15.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述掘进机还包括多个主驱动装置，各所述主驱动装置设置于所述盾体内，所述前置刀盘和所述后置刀盘分别与对应的所述主驱动装置连接。
16.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述前置刀盘的中心位置和所述后置刀盘的中心位置均开设有轴孔，所述前置刀盘和所述后置刀盘分别通过所述轴孔与对应的各所述主驱动装置的转轴连接。
17.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述掘进机还包括螺旋输送机，所述螺旋输送机设置于所述盾体内，所述前置刀盘和/或所述后置刀盘上开设有渣土输送孔，所述螺旋输送机的渣土进口与所述渣土输送孔连接。
18.由上所述，本实用新型的多圆拟合刀盘结构及掘进机的特点及优点是：在对隧道进行掘进之前，可根据预设建筑断面的外轮廓对前置刀盘和后置刀盘沿掘进方向进行前后布设，前置刀盘的部分位置与后置刀盘的部分位置相重叠，根据预设建筑断面形成拟合开挖断面，以使拟合开挖断面与预设建筑断面无缝拟合，且拟合开挖断面又能完全覆盖预设建筑断面，从而确保在对掌子面切削过程中既能满足开挖轮廓面对形状的要求，又不会存在切削盲区，保证对非圆断面一次切削成型，有效提高工作效率以及隧道整体的掘进速度，降低施工成本。另外，前置刀盘与后置刀盘相配合可拟合出多种不同的开挖轮廓面，适用性强，适于推广使用。
附图说明
19.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
20.图1：为本实用新型掘进机的结构示意图。
21.图2：为本实用新型多圆拟合刀盘的正视图之一。
22.图3：为本实用新型多圆拟合刀盘中后置刀盘的安装位置示意图之一。
23.图4：为本实用新型多圆拟合刀盘中轴孔以及渣土输送孔的设置位置示意图之一。
24.图5：为本实用新型多圆拟合刀盘中拟合开挖断面与预设建筑断面重叠状态的示
意图之一。
25.图6：为本实用新型为本实用新型多圆拟合刀盘的正视图之二。
26.图7：为本实用新型多圆拟合刀盘中后置刀盘的安装位置示意图之二。
27.图8：为本实用新型多圆拟合刀盘中轴孔以及渣土输送孔的设置位置示意图之二。
28.图9：为本实用新型多圆拟合刀盘中拟合开挖断面与预设建筑断面重叠状态的示意图之二。
29.本实用新型中的附图标号为：
30.1、前置刀盘；
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2、后置刀盘；
31.3、轴孔；
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4、渣土输送孔；
32.5、盾体；
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6、螺旋输送机；
33.7、主驱动装置；
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8、拟合开挖断面；
34.9、预设建筑断面。
具体实施方式
35.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
36.实施方式一
37.如图1至图9所示，本实用新型提供了一种多圆拟合刀盘结构，该多圆拟合刀盘结构包括至少一个前置刀盘1和至少一个后置刀盘2，前置刀盘1和后置刀盘2沿掘进方向前后分布(即：再掘进方向上后置刀盘2位于前置刀盘1的后方)，且根据预设建筑断面9的外轮廓设置前置刀盘1与后置刀盘2的位置(即：分别对前置刀盘1和后置刀盘2在预设建筑断面9径向上的位置进行设置)，前置刀盘1与后置刀盘2交错重叠并形成拟合开挖断面8(即：前置刀盘1的边缘位置与其相邻的后置刀盘2的边缘位置存在重叠部分)，从而使得前置刀盘1与后置刀盘2配合所形成的开挖面不会存在间隙，进而确保拟合开挖断面9与预设建筑断面9的无缝拟合。
38.本实用新型在对隧道进行掘进之前，可根据预设建筑断面9的轮廓对前置刀盘1和后置刀盘2沿掘进方向前后布设，以根据预设建筑断面9形成拟合开挖断面8，以使拟合开挖断面8与预设建筑断面9无缝拟合，且拟合开挖断面8又能完全覆盖预设建筑断面9，从而确保刀盘在对掌子面切削过程中既能满足开挖轮廓面对形状的要求，又不会存在切削盲区，保证对非圆断面一次切削成型，有效提高工作效率以及隧道整体的掘进速度，降低施工成本。由于可根据实际作业情况对前置刀盘1和后置刀盘2的数量，以及前置刀盘1和后置刀盘2的设置位置进行调整，进而可根据实际需要拟合出多种不同的开挖轮廓面，适用于对不同形状的预设建筑断面9的掘进作业，适用性强。
39.进一步的，如图1、图2、图6所示，前置刀盘1和后置刀盘2均采用常压刀盘，前置刀盘1和后置刀盘2的尺寸可根据预设建筑断面9的形状进行调整，而无需采用摆动刀盘、偏心刀盘、伸缩刀盘以及高压冲洗装置等辅助设备，能够保证对于软硬不均或硬岩地层依然具有良好的掘进效率。
40.进一步的，如图5、图9所示，拟合开挖断面8能够与预设建筑断面9相重叠，且拟合开挖断面8的中心点与预设建筑断面9的中心点相重合，从而确保拟合开挖断面8与预设建
筑断面9具有良好的拟合度，拟合开挖断面8能够满足预设建筑断面9的形状要求。
41.在本实用新型的一个可选实施例中，如图5、图9所示，拟合开挖断面8的面积大于预设建筑断面9的面积，以使拟合开挖断面8与预设建筑断面9相重叠状态下，拟合开挖断面8的边缘位于预设建筑断面9的边缘的外侧。在对断面开挖完成后，需要及时对隧道进行初支(即：初步支护)作业，需要为喷混或预制初支设备预留一定的作业空间，因此拟合开挖断面8的轮廓要大于建筑端面的轮廓。
42.进一步，拟合开挖断面8的边缘与预设建筑断面9的边缘至少存在30cm至120cm的间距(即：拟合开挖断面8的边缘与预设建筑断面9的边缘之间的最短距离在30cm至120cm之间)。
43.在本实用新型的一个可选实施例中，如图2至图9所示，拟合开挖断面8在竖向上呈对称设置。既能保证较好的受力状态，使开挖面两侧的水土压力可以对称抵消，又能够保证建筑布局及功能的合理性，便于设计施工。
44.在本实用新型的一具体实施例中，如图2、图3所示，为同一规格、前后布置的八圆拟合刀盘结构，其中，前置刀盘1和后置刀盘2的数量分别为4个，且各前置刀盘1和各后置刀盘2的尺寸均相同，各前置刀盘1和各后置刀盘2前后交叠排布，以形成如图4所示的类矩形的拟合开挖断面8，从而可通过该八圆拟合刀盘结构对如图5所示的矩形的预设建筑断面9进行开挖。
45.在本实用新型的另一具体实施例中，如图6、图7所示，为不同规格、前后布置的四圆拟合刀盘结构，其中，前置刀盘1的数量为1个，后置刀盘2的数量为3个，前置刀盘1的尺寸大于各后置刀盘2的尺寸，各后置刀盘2的尺寸均相同，前置刀盘1和各后置刀盘2前后交叠排布，且各后置刀盘2分别位于前置刀盘1三个顶角位置，以形成如图8所示的类三角形的拟合开挖断面8，从而可通过该四圆拟合刀盘结构对如图9所示的三角形的预设建筑断面9进行开挖。
46.本实用新型的多圆拟合刀盘结构的特点及优点是：
47.一、该多圆拟合刀盘结构根据预设建筑断面9的轮廓对前置刀盘1和后置刀盘2沿掘进方向前后布设，以根据预设建筑断面9合理选择置前置刀盘1和后置刀盘2的尺寸，并对前置刀盘1和后置刀盘2的位置进行合理布设，形成无盲区的切削断面，不需要其他辅助设备，从而在各类地层中均适用。
48.二、该多圆拟合刀盘结构中无需其他辅助设备，掘进速度快。
49.三、该多圆拟合刀盘结构根据预设建筑断面可拟合出多种不同的开挖轮廓面，适用于对不同形状的预设建筑断面9的掘进作业，适用性强。
50.实施方式二
51.如图1至图9所示，本实用新型提供了一种掘进机，该掘进机包括盾体5和上述的多圆拟合刀盘结构，多圆拟合刀盘结构设置于盾体5的前端。
52.进一步的，如图1、图3、图4、图7、图8所示，掘进机还包括多个主驱动装置7，各主驱动装置7设置于盾体5内，前置刀盘1的中心位置和后置刀盘2的中心位置均开设有轴孔3，前置刀盘1和后置刀盘2分别通过轴孔3与对应的各主驱动装置7的转轴连接，从而通过各主驱动装置7带动对应的前置刀盘1和后置刀盘2转动，以完成切削动作。
53.进一步的，如图1、图3、图4、图7、图8所示，掘进机还包括螺旋输送机6，螺旋输送机
6设置于盾体5内，前置刀盘1和/或后置刀盘2上开设有渣土输送孔4，螺旋输送机6的渣土进口与渣土输送孔4连接，切削下来的渣土通过渣土输送孔4输入至螺旋输送机6中，再通过螺旋输送机6对渣土进行外排。
54.具体的，如图3、图4、图7、图8所示，渣土输送孔4位于拟合开挖断面8的底部。当然，渣土输送孔4的数量及位置可依据具体工况调整，在开挖断面较大，且一个螺旋输送机6的排渣能力不足以完成排渣工作的情况下，可根据需要配置多个螺旋输送机6。
55.本实用新型的掘进机的特点及优点是：
56.该掘进机可满足对非圆断面的掘进要求，对非圆断面进行一次掘进成型，实现无盲区开挖，而且不需要其他辅助刀具和设备进行配合，适用性强，有效提高掘进速度。
57.以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。