CN1006821B - 遮护式遂道掘进机 - Google Patents

Abstract

用于遂道掘进工程施工方法之一的遮护施工法，备有遮护筒体。筒体内用隔板分隔开，前部位于地层内，被分隔为掘削室，具有掘削叶片的掘削室的前面，在马达的驱动下，绕筒体中心转动。在掘削叶片前部装有许多刀刃的遮护式遂道掘削机中，遮护筒体中央部位的直径较大，圆筒形的内筒体与遮护筒体同轴安装，内筒体从遮护筒体的后部穿通隔板而伸向掘削室中，并将旋转掘削器固定在内筒体突出部分的顶端上。作业人员可由内筒体的后端部分和突出端部分出入。

Description

本发明是利用遮护筒体的遮护式隧道掘进机。在位于遮护筒体前部的掘削室中，将掘削下来的泥砂制成粘度高，可施行搬运的泥土，以便从掘削室向遮护筒体的后部排出。另一方面，在结构上，能够防止由于泥土的压力而造成隧道掘削面的崩塌，从而保证掘削室中的作业人员能够顺利地出入。

一般在含有松软地基的地下构筑隧道使用的具有代表性的施工方法首推遮护施工法。所谓遮护施工法，就是将遮护筒体，即为了确保地下作业空间而设置的钢制大圆筒向前推进，使该筒体的前部逐渐侵入地下以进行隧道掘削。与此同时，保持因遮护筒体向前推进而在筒体后方形成的隧道的周围地表不塌。这种地表保持的实现，是将弧形拱体相互连接成环形，并使其与遮护筒体的后端部相重叠。依靠遮护筒体的连续推进和地表的保持，普通地层自无问题，即使在松软地层中也能顺利地构筑隧道。

为了能对本发明作进一步理解，现按照图1和图2把作为本发明基础的先有技术加以详述。图中，驱动安装在向地下推进的遮护筒体a内的油马达b，通过齿轮c使装于旋转轴d上的旋施掘削器e转动，则旋转掘削器e的切削刀刃f便对隧道的掘进面进行掘削。在驱动油马达b的同时，若通过注入管g将制泥材料注入由遮护筒体a中的隔板h分隔成的掘削室i，则由掘削刀刃f掘削下来并导入掘削室i的泥砂和制泥材料便由安装在旋转切削器f上的搅拌叶片进行混合和搅拌。这时在掘削室i中经过充分搅拌的泥砂和制泥材料便成为显示出塑性流动性和不透水 性的泥土。在掘削室i内和将掘削室i中的泥土传送出去的传送机筒体k内装填的泥土，以及遮护筒体a向前的推进力和传送机筒体k内的螺旋传送器1，在隧道掘进面发生崩塌或地下水压升高时，能够维持保证安全所需的土压。利用伴随隧道掘进面的掘削而继续转动螺旋传送器1，使掘削室i内的泥土处于具有适当粘性的状态，并向传送机筒体k内移动而送往遮护筒体a的后方。

此外，在遮护筒体a中将掘削室i分隔出来的隔板h上安装着小圆筒形的气密室m。该气密室m的前后各有一个能密闭的人孔。因此当掘削室i同隔板h的背部之间具有压差时，在需要更换旋转掘削器e的掘削刀刃f的情况下，后部的人孔打开，作业人员进入气密室m，然后关闭后部的人孔。当气密室m中的气压与掘削室i中的气压一致后而打开前部人孔时，掘削室i减压，不致引起隧道掘进面的崩塌，作业人员即可进入掘削室i。

然而，从过去的气密室m的安置和结构方面来看，由于气密室m安装在遮护筒体a的筒壁上，通常只能保持比遮护筒体的半径小得多的直径，例如2米。即使遮护筒体具有16米的大直径，气密室m内的空间也是极狭小的。因此气密室m不能同时进入多个人，而且大型器材设备也难以进入掘削室i。总的说来，旋转掘削器e的维修作业的效率较低，特别是对于需要频繁更换旋转掘削器e所装掘削刀刃f的地层如岩石层来说，在掘削隧道时这种倾向就更明显。

本发明的目的在于，在结构上使作业人员能够极方便地出入遮护筒体的掘削室，防止上述旋转掘削机维修作业效率的降低，特别是在需要频繁更换掘削刀刃的场合。提供能保证高效率作业的隧道掘进机。

为了利用本发明实现这一目的，所提供的隧道掘进机具有以下特征，在遮护筒体的前部用隔板分隔成掘削室，具有掘削叶片的旋转掘削器受到一个驱动马达的驱动，安装在掘削室的前面并可绕遮护筒体的中心转 动，在这些掘削叶片的前面安装着许多掘削刀刃。在这样构成的隧道掘进机中，遮护筒体的中央部位直径较大，圆筒形的内筒体与遮护筒体同轴安装，内筒体从遮护筒体的后端穿通隔板伸入掘削室内，并于内筒体的突出端上安装旋转掘削器。同时，内筒体的后端部分和突出部分设计得可使作业人员出入。

下面通过附图来说明本发明，然而本发明并不只限于这些实施例，还包括那些包含在后面的权利要求中的相等的改型。

此外，在本详细说明书中所使用的术语“制泥材料”，并非混入泥砂中的高粘性泥土，而是能赋予塑性流动性和不透水性的液体或颗粒材料，如斑脱土溶液、砂等。

“塑性流动性”这一术语的含义是，具有比只是掺水的泥砂更高的粘性，泥砂变成半硬化状态，即近似粘土的状态，另一方面能自由变形具有适当的流动性。

所谓“不透水性”，是指将制泥材料掺入泥砂中并加以混合而达到近似粘土的高密度，使水的透过性降低到可以忽视的程度。

所谓“泥土”，是指将泥砂和制泥材料加以混合搅拌，使之具有塑性流动性和不透水性，达到能抵抗隧道掘削面上产生的崩塌压力和从地下涌出的地下水的压力，在此状态下可直接从取出口运出的土混合物。

图1为过去的遮护式隧道掘进机主要部分的剖面图，

图2为图1的平面图，

图3为利用本发明构成的遮护式隧道掘进机主要部分的剖面图，

图4为图3的正视图。

参照表示利用本发明构成的遮护式隧道掘进机实施例的图3和图4，钢制遮护筒体（10）具有较大的直径，例如16类，在前部用隔板（11）分隔出掘削室（12）。在与隔板（11）构成一体化的环形***框架上装有驱动马达（14），其输出齿轮（15）伸入***框架（13）中。另一方面，在隔板（11） 的中央部分，圆筒形的内筒体（16）可通过轴承（17）实现转动，且其中心轴线与遮护筒体（10）的中心轴线重合。由于内筒体（16）位于遮护筒体（10）的中心部位，故可根据需要使用足够大的直径，以取得较大的内部空间。内筒体（16）的后部位于***框架（13）之内，并穿过隔板（11）向前方延伸，其前部达到掘削室（12）的前面。

内筒体（16）的后端部具有规定的支承强度，另一方面为了使作业人员得以自由出入而设置了许多根沿辐射方向延伸的轮辐（18），前部用前面板（19）加以密闭，前面板（19）上设有可使作业人员出入的人孔（20）。内筒体（16）的前部为主旋转掘削器的突出部，前圆周部分固定了沿辐射方向延伸的许多根主掘削叶片（22），各主掘削叶片（22）的前面安装了许多掘削刀刃（23），而在背面安装了许多条与遮护筒体（10）的中心轴线平行的搅拌翼片（24）。另一方面，大齿轮（26）通过连接块（25）固定在内筒体（16）的后圆周部分上。该大齿轮（26）在***框架（13）内沿辐射方向延伸而与主驱动马达（14）的输出齿轮（15）相啮合。在内筒体（16）的外缘上，轴承（17）与连结块（25）之间安装有滚珠轴承的内座圈，滚珠轴承的外座圈（28）在***框架（13）内部，安装在围绕内筒体（16）的环状支承筒（29）上，由此而加强了内筒体（16）的支承强度。因此，当主驱动马达（14）运转时，通过输出齿轮（15）和大齿轮（26），内筒体（16）便在轴承（17）和滚珠轴承的支承下转动起来，进而带动主旋转掘削器（21）转动。

通过在内筒体（16）的中心处与各轮辐（18）的内端相联的轴承（30），和与前面板（19）的中心处紧固在一起的轴承（31）驱动轴（32）贯穿内筒体（16），并可自由转动。驱动轴（32）的后端部通过轴承（35）而由与***框架（13）相联的内框架（33）的后盖（34）所支承。内框架（34）装有辅助驱动马达（36），其输出齿轮（37）伸入内框架（34）。另一方面，与辅助输出齿轮（37）相啮合的齿轮（39）通过连结块（38）安装在驱动轴（32）上，辅助旋转掘削器（40）的轮毂（41）固定在驱动轴（32）的前端上，从与主掘削叶片 （22）的基部相对应的位置沿辐射方向向外延伸的许多条辅助掘削叶片（42）固定在轮毂（41）上。许多掘削刀刃排列在各辅助掘削叶片（42）的前面，而在其后面装有与遮护筒体（10）的中心轴线平行的许多条搅拌翼片（44）。在这种情况下，同辅助旋转掘削器（40）的搅拌翼片（44）相互交错的其他搅拌翼片（45）固定在内筒体（16）的前面板（19）以及主旋转掘削器（21）的主掘削叶片（22）的基部上较为理想。此外，中心掘削刀刃固定在驱动轴（32）的前端上。

***框架（13）和内框架（34）在遮护筒体（10）内的隔板（11）背部形成了围绕内筒体（16）的密封空间，并在内框架（34）的圆周面上设置了可供作业人员出入的人孔（47）。这样当***框架（13）和内框架（34）形成开放的框架时，可用与前面板（19）同样的气密封闭板代替内筒体（16）后端的轮辐（18），在该封闭板上设置与前面板（19）的人孔（20）同样的供作业人员出入的人孔，而将内筒体（16）内部作成密封空间即可。因此，在如图所示的实施例中，当遮护筒体（10）的掘削室（12）与隔板（11）后部之间存在压差时，在掘削刀刃（23）和（43）需进行维护的情况下，将内框架（34）的人孔（47）打开，使作业人员进入，再将人孔（47）关闭，并使密封空间内的气压与掘削室（12）的气压相同。然后若打开前面板（19）的人孔（20），作业人员即可很容易地进到主旋转掘削器（21）的前面。利用这种结构，由内外框架（34）和（13）形成的密封空间或内筒体（16）内部所形成的密封空间与图1所示的过去的气密室m相比要大得多，因此可允许若干个作业人员依次进入可密封的空间，并可随意搬入大型器材设备。

在旋转掘削器（21）上还可利用油压千斤顶（48）沿辐射方向伸出外缘掘削刀刃（49）。在这种情况下，在驱动轴（32）上的轴承（30）和连结块（38）之间安装圈形接口（50），将伸入内框架（34）的第一供油管（51）与圈形接口（50）相连结，以及将穿过内筒体（16）伸向掘削器叶片（22）内部而达到油压千斤顶（48）的第二供油管（52）与圈形接口（50）相连结，这样即 可经过第一供油管（51）、圈形接口（50）和第二供油管（52）这一路径向油压千斤顶（48）供油，使外缘掘削刀刃（49）动作。

在内筒体（16）的前面板（19）上装设了可将制泥材料提供到旋转掘削器（21）前面的供给导管（53），供给导管（53）通往适当的制泥材料供给源（图中未示出），在主旋转掘削器（21）和辅助旋转掘削器（40）旋转时供应制泥材料。在这种情况下，当从内外框架（34）和（13）后面供应制泥材料时，则实质上与上述油压千斤顶（48）的供油机构相同，可通过圈形接口进行。如图所示，虽然供给导管（53）附设在内筒体（16）的前面板（19）上，但也可附设在隔板（11）上，作为对掘削室（12）的供给渠道。此外，还可将圈形接口连结到驱动轴（32）的后端部，使制泥材料供给管贯通于驱动轴（32）内部，而在驱动轴（32）的前端部形成供给管的开口，以便向辅助旋转掘削器（40）的前面供给制泥材料。

在隔板（11）的下部开一个口，与内装螺旋传送器（54）的传送机筒体（55）相连。掘削室（12）内所形成的泥土可借助螺旋传送器（54）的转动，沿传送机筒体（55）从掘削室内流出。

为了进一步说明利用本发明所构成的上述遮护式隧道掘进机的动作，现在假定主驱动马达（14）运转，则通过输出齿轮（15）和大齿轮（26）使内筒体（16）转动，同时位于内筒体（16）前部的主旋转掘削器（21）也随着转动起来。在掘削地层时，遮护筒体（10）被许多油压千斤顶向前推進（图中未示出），掘削下来的泥砂进入掘削室（12）。按需要通过供给导管往泥砂中掺入制泥材料，在掘削室（12）中用搅拌翼片（24）进行搅拌，使其泥土化。另一方面，如果辅助驱动马达（36）与主驱动马达（14）同时运行，则通过其输出齿轮（37）和齿轮（39）使驱动轴（32）转动，与此同时，在驱动轴（32）的前端部利用辅助旋转掘削器（40）掘削与遮护筒体（10）的中心部分相对应的地层。这时制泥材料通过供给导管（53）添加到掘削下来的泥砂中，经过辅助旋转掘削器（40）后面的搅拌翼片（44）和内筒 体（16）前面的搅拌翼片（45）的搅拌后进入掘削室（12）。

在掘削室（12）中形成的泥土已具有塑性流动性，故可用马达带动螺旋传送器（54），随同在油压千斤顶推动下的遮护筒体（10）的前进，使泥土在传送机筒体（55）内流动。进而使在传送机筒体（55）内流动的泥土从筒体（55）后部的开口（图中未示出）中排出。由于从传送机筒体（55）排出的泥土可在原状态下进行搬运，故可利用适当的搬动到地面上。此外由于泥土所具有的不透水性给遮护筒体（10）增加了推进力，螺旋传送器（54）的旋转速度也容易控制，从而保持了适宜的土压，因而能在松软地层内抵抗住隧道掘削面的崩塌和地下水压力。

另外，尽管在松软地层中，掘削刀刃（23）、（43）等的磨耗不大，在遇到岩石层时，包括掘削刀刃（23）、（43）的磨耗在内，整个主旋转掘削器（21）和辅助旋转掘削器（40）的磨损加大，因而两个掘削器（21）和（40）有必要进行维护。这时尽管掘削室（12）和隔板（11）后部之间存在压差，但因通过内筒体（16）内外框架（34）、（13）所形成的可密封空间或由内筒体（16）单独形成的可密封空间这种相当大的空间，可使许多个作业人员同时进入旋转掘削器的前面，而且可以将大型器材设备搬入，因而能够大辐度地提高维修作业效率。

利用如上所述的由本发明所构成的遮护式隧道掘进机时，与过去的隧道掘进机相比，能够保证旋转掘削器维修作业的高效率，进而可缩短工期，便于工程管理。此外，由于在内筒体前面设有辅助旋转掘削器，因而尽管采用了大直径的内筒体把作业人员的通路空间加以扩大，亦不致降低内筒体前面的掘削和搅拌功能，相反地可以提高这些功能。这些效果是很明显的。

此外虽然上面所举的实例是在掘削室内形成泥土的这种类型的隧道掘进机，但本发明并不限于采用这种类型，还适用于给掘削室内施加泥水压力这种类型的隧道掘进机。

Claims (6)

1、一种遮护式隧道掘进机，它包括在遮护筒体(10)的前部用隔板(11)分隔出的掘削室(12)，具有掘削叶片(22)的旋转掘削器(21)受驱动马达(14)的驱动，安装在掘削室(12)的前面，并可绕遮护筒体(10)的中心转动，在掘削叶片(22)的前面装有许多掘削刀刃(23)，本发明的特征是，在遮护，筒体(10)的中央部位，有一个直径相当大的内筒体(16)与遮护筒体(10)同轴安装，内筒体(16)从遮护筒体(10)的后部穿过隔板(11)伸入掘削室(12)中，并在内筒体(16)的突出端上安装着旋转掘削器(21)，内筒体(16)的后端部和突出端部可供作业人员出入。

2、如权利要求1中的遮护式隧道掘进机，其特征为内筒体（16）的前部由前面板（19）加以密闭，前面板（19）上设有可供作业人员出入的人孔（20），内筒体（16）在隔板（11）的后部由气密的框架（13）和（34）围绕着，框架（13）和（34）上设有可供作业人员出入的人孔（47）。

3、如权利要求2中的遮护式隧道掘进机，其特征为沿辐射方向伸出的许多条轮辐（18）固定在内筒体（16）的后端部。

4、如权利要求1中的遮护式隧道掘进机，其特征为内筒体（16）的后部亦设有气密盖板，在前部的前面板和后部的盖板上分别设有可供作业人员出入的人孔（20）。

5、如上述权利要求中任一项所述的遮护式隧道掘进机，其特征为受另一驱动马达（36）驱动并贯穿于内筒体（16）中心的驱动轴（32）可自由转动地被支承着，另一个旋转掘削器（40）固定在从内筒体（16）向前方伸出的驱动轴（32）的前端部，该旋转掘削器（40）的掘削叶片（42）的前面排列着许多掘削刀刃（43），并于旋转掘削器（40）的中央装有中心掘削刀刃（46）。

6、如上述权利要求5中的遮护式隧道掘进机，其特征为另一旋转掘削器（40）的掘削叶片（42）的端部延伸到与装于内筒体（16）前部的旋转掘削器（21）的掘削叶片（22）基部相对应的位置。

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