扩挖装置、盾构机及扩挖方法与流程

本发明涉及地下工程施工，特别地，有关于一种扩挖装置、盾构机及扩挖方法。

背景技术：

1、盾构施工因具有高效、安全、对周围环境影响小等优点，因此得到了广泛的应用。随着隧道施工技术的应用日益增多，应用于隧道施工的盾构机得到了快速发展。在盾构隧道施工过程中，盾构机会遇到复杂多变的地质条件，大量下穿岩性地层的隧道施工工程也不断出现；同时，为了避让施工隧道周边越来越密集的建筑物，小半径曲线隧道也越来越多。

2、当盾构机在岩性地层施工时，由于盾构机贯入岩体所需的推力较大，刀盘开挖扰动大以及刀具磨损量大，并且由于受围岩挤压变形的影响，围岩与盾构机周边的间隙会逐渐缩小，直至变形后的围岩超过扩挖间隙而与盾构机主机挤压接触，而当盾构机受收敛的围岩的摩擦力大于盾构机上推进油缸所提供的推力时，则会导致盾构机在掘进过程中围岩与盾体抱死，出现即使施加最大推进力或者铰接收回力仍无法使盾构机前进或者后退的卡机事故，此外，由于盾构机的顶推力来自推进油缸与管片之间的反力，相较于采用撑靴对隧道周边施加反力的全断面隧道掘进机而言，更容易遭遇卡机问题，而且脱困更加困难；同时，因为地形限制，在盾构施工过程中，经常会含有小曲率路线，盾构机转向能力不足或栽头等问题也常有出现，因此盾构机在小曲线掘进、转弯或者纠偏的过程中就需要对周边土体进行扩挖。

3、目前的隧道施工过程中，常常通过增大推进油缸的推力或者通过盾体壳体周围的盾壳膨润土支座径向注入盾壳膨润土来减小盾体与土体之间摩擦力等方法来解决卡机事故，但效果均欠佳。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种扩挖装置、盾构机及扩挖方法，以解决目前盾构机在掘进过程中由于围岩收敛造成扩挖间隙过小，导致围岩与盾体抱死而出现卡机事故，以及在小曲率路线处进行盾构施工时容易出现转向能力不足或栽头的技术问题。

2、本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

3、本发明提供一种扩挖装置，包括：盾体；刀盘，位于所述盾体的前方；驱动机构，位于所述盾体内并与所述刀盘相连接，所述驱动机构用于驱动所述刀盘向前掘进；移动机构，安装在所述盾体内并与所述驱动机构相连接，所述移动机构能带动所述驱动机构及所述刀盘沿扩挖方向移动而使所述刀盘形成扩挖状态；防倾覆机构，所述驱动机构还通过所述防倾覆机构与所述盾体相连接。

4、本发明的实施方式中，所述防倾覆机构包括第一限位结构，所述第一限位结构设于所述盾体的内侧，所述驱动机构上设有第一滑道，所述第一限位结构与所述第一滑道相配合并通过第二锁定结构与所述驱动机构相连接，所述第二锁定结构解锁的状态下，所述第一限位结构与所述第一滑道之间能沿所述刀盘的平面内的任一方向相对滑动。

5、本发明的实施方式中，所述驱动机构包括前驱动法兰、中间环以及后驱动法兰，所述中间环连接在所述前驱动法兰和所述后驱动法兰之间并配合形成所述第一滑道，所述第一限位结构通过所述第二锁定结构与所述后驱动法兰相连接。

6、本发明的实施方式中，所述第一限位结构包括前限位环、中间限位环以及后限位环，所述前限位环和所述后限位环与所述盾体连接，所述中间限位环连接在所述前限位环与所述后限位环之间，所述防倾覆机构还包括第二限位结构，所述第二限位结构设于所述后限位环的后端，所述第二限位结构与所述后限位环之间形成第二滑道，所述后驱动法兰与所述第二滑道相配合，所述后驱动法兰能在所述第二滑道内沿所述刀盘的平面内的任一方向滑动。

7、本发明的实施方式中，所述前限位环通过前隔板安装在所述盾体的内侧，所述后限位环通过后隔板安装在所述盾体的内侧，所述前隔板与所述刀盘之间形成泥土仓，所述第一限位结构与所述第一滑道之间设有密封结构。

8、本发明的实施方式中，所述密封结构包括前气囊密封件、后气囊密封件以及指型密封件，所述前驱动法兰与所述前限位环之间通过所述前气囊密封件密封滑动配合，所述后驱动法兰与所述后限位环之间通过所述后气囊密封件密封滑动配合，所述中间限位环与所述中间环之间通过所述指型密封件密封滑动配合。

9、本发明的实施方式中，所述扩挖装置还包括排渣机构，所述排渣机构包括渣土输送结构以及拉杆，所述渣土输送结构的输入端与所述前隔板的下部连接并与所述泥土仓相连通，所述拉杆的一端铰接与所述后隔板的上部，所述拉杆的另一端铰接于所述渣土输送结构上。

10、本发明的实施方式中，所述防倾覆机构包括多个防倾覆油缸，所述驱动机构的后端通过多个所述防倾覆油缸与所述盾体相连接。

11、本发明的实施方式中，所述防倾覆机构还包括支撑梁，所述支撑梁固定在所述盾体内的上部，多个所述防倾覆油缸的一端铰接于所述支撑梁上，多个所述防倾覆油缸的另一端铰接于所述驱动机构上，所述防倾覆油缸能沿其轴向伸缩并朝任一方向摆动而适应所述驱动机构的移动。

12、本发明的实施方式中，所述刀盘的平面内具有正交设置的第一方向和第二方向，所述移动机构包括第一移动结构以及第二移动结构，所述第一移动结构沿所述第一方向可移动地设置，所述第二移动结构沿所述第二方向可移动地设置，所述第一移动结构与所述第二移动结构配合而带动所述驱动机构能沿所述刀盘的平面内的任一方向移动。

13、本发明的实施方式中，所述第一移动结构包括多个第一液压缸，多个所述第一液压缸沿所述第一方向设置并间隔排布在所述驱动机构的周围；所述第二移动结构包括多个第二液压缸，多个所述第二液压缸沿所述第二方向设置并间隔排布在所述驱动机构的周围。

14、本发明的实施方式中，所述第一液压缸和所述第二液压缸均包括缸体以及活塞杆，所述缸体安装在所述盾体的内侧并与液压泵相连通，所述活塞杆的一端与所述缸体密封滑动配合，所述活塞杆的另一端与所述驱动机构相连接，且所述扩挖状态下，所述活塞杆通过第一锁定结构锁紧固定于所述缸体上。

15、本发明的实施方式中，所述盾体上安装有多个高压冲洗结构，多个所述高压冲洗结构沿所述盾体的周向间隔排布设置，所述高压冲洗结构用于喷射高压水而将所述盾体接触的围岩冲开。

16、本发明还提供一种盾构机，包括上述扩挖装置。

17、本发明还提供一种扩挖方法，包括以下步骤：当盾体的一侧的围岩收敛时，移动机构带动驱动机构及刀盘朝该侧移动，使所述刀盘对围岩收敛的一侧进行扩挖；和/或当所述盾体朝一侧转弯时，所述移动机构带动所述驱动机构及所述刀盘朝该侧移动，使刀盘对转弯的一侧进行扩挖；和/或当所述盾体向上爬坡时，所述移动机构带动所述驱动机构及所述刀盘朝上移动，使所述刀盘对其上方进行扩挖。

18、本发明的特点及优点是：

19、本发明的扩挖装置、盾构机及扩挖方法，通过移动机构将驱动机构可移动地安装在盾体内，从而通过移动机构带动驱动机构及其连接的刀盘整体朝围岩收敛的一侧移动，使刀盘开挖形成开挖面沿围岩收敛侧扩张，从而能增大盾体与围岩收敛侧之间的间隙，进而降低因围岩收敛而导致的盾构机卡机的可能性；以及通过移动机构带动驱动机构及其连接的刀盘整体朝转弯的一侧移动，从而能增大盾构机朝该侧转弯的能力，解决了盾构机进行小曲线半径隧道掘进时转弯能力不足的问题；因此，本发明能够保证盾构机施工的安全性和高效性，降低了工人的劳动强度，节约施工成本，提高经济效益。