CN109441468B - 一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置及其工作方法,包括与盾构机土舱壁板固定的若干冲击破碎锤,冲击破碎锤包括钎杆以及用于驱动钎杆前、后移动的动力机构,钎杆的前、后移动区域为盾构机的刀盘面板后方的土舱区域至刀盘面板前方的区域。本发明的优点是:减少了盾构施工过程中刀盘上的刀具磨损,冲击结构稳定且使用便捷,降低了盾构施工过程中能耗与施工风险,增强了盾构机对硬质地层的切削能力,提高了盾构机对地层的适应性。
Description
技术领域
本发明属于盾构隧道技术领域,具体涉及一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置及其工作方法。
背景技术
现有的隧道施工通常包括矿山法施工和盾构机施工,其中,盾构机施工隧道安全性高。然而,盾构机刀盘在切削地层的过程中刀具磨损严重,尤其是在泥岩地层、砂卵石地层、岩层等硬质地层中掘进施工时,或在泥质地层遇到孤石时,不仅刀盘磨损严重,而且孤石在地层中可能发生翻滚而难以被切削破碎,甚至导致盾构机前进方向发生偏离设计轴线。
在盾构隧道通过位置既有泥土地层,又有岩层时,现有的解决方案是在岩层地段预先通过竖井采用矿山法炸出大小与盾构机外径稍大的矿山法隧道,盾构隧道在泥土地层中采用盾构机施工,当到达预先完成矿山法隧道地段时,盾构机采用空推的方法通过,即不用切削地层,但仍需要拼装盾构隧道管片。然而,在岩层与泥土地层交界位置,其开挖方式难确定。由此可见,现有的解决方案存在施工成本高、施工效率低、施工风险大等问题。
现有技术中还有针对盾构机本身提出的改进,如实用新型专利“泥水盾构破破机”(专利号为CN202325540U)公开了一种泥水盾构破碎机,采用设置在盾体气垫平衡仓内的破碎钳、液压油缸及其配套油管路,两破碎钳为上、下相对设置,下破碎钳直接固定在盾体气垫平衡仓内壁下侧,相对于下破碎钳设置的上破碎钳固定安装在竖直设置的液压油缸的活塞杆尾部。但上述方案是对已切削下来的渣土进行破碎处理,该装置未解决开挖面上硬质地层的松动与破碎问题,因此无法解决硬质地层对切削刀盘的磨损问题。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处,提供一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置及其工作方法,该装置通过在盾构机内设置多个冲击破碎锤,在冲击破碎锤的作用下将开挖面上的岩土结构在刀盘切削前进行冲击破碎,从而减少岩土结构对盾构机刀盘的磨损。
本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置,其特征在于,包括若干与盾构机土舱壁板固定的冲击破碎锤,所述冲击破碎锤包括钎杆以及连接带动所述钎杆前、后移动的动力机构,所述钎杆的前、后移动区域为所述盾构机的刀盘面板后方的土舱区域至所述刀盘面板前方的区域。
所述刀盘面板上开设有若干供所述钎杆贯穿通过的通孔,所述通孔的设置位置与尺寸同各所述钎杆的设置位置与尺寸一一对应。
所述冲击破碎锤沿水平方向设置和/或倾斜设置。
所述动力机构包括用于夹持所述钎杆的夹持部和用于冲击所述夹持部的冲击部。
所述冲击部采用液压驱动或液气混合驱动。
所述夹持部和所述冲击部均呈圆环状,所述夹持部设置于所述冲击部的前部,所述钎杆贯穿所述夹持部和所述冲击部的中心轴,所述冲击部包括一环形液压缸,所述环形液压缸内设置有可向前冲击所述夹持部的环形冲击活塞。
所述动力机构设置于土舱壁板的后侧,所述钎杆贯穿所述动力机构。
一种涉及任一所述的盾构开挖面冲击松动与破碎装置的工作方法,其特征在于,包括以下步骤:盾构机的刀盘面板旋转至预设角度;动力机构驱动钎杆从土舱穿过所述刀盘面板上的通孔抵在开挖面上;所述动力机构带动所述钎杆冲击所述开挖面;所述动力机构驱动所述钎杆收缩至所述土舱内;所述刀盘面板继续旋转掘进。
所述动力机构驱动所述钎杆的方法为:所述动力机构的夹持部向中心收缩夹持住所述钎杆,所述动力机构的环形液压缸控制环形冲击活塞往复冲击夹持部,所述夹持部在环形冲击活塞的冲击下带动所述钎杆前后移动。
本发明的优点是:减少了盾构施工过程中刀具的磨损,冲击结构稳定且使用便捷,降低了盾构施工过程中能耗与施工风险,增强了盾构机对硬质地层的切削能力,提高了盾构机对地层的适应性。
附图说明
图1为本发明实施例中钎杆前端伸出刀盘面板时盾构开挖面冲击松动与破碎装置的结构示意图;
图2为本发明实施例中钎杆前端收缩回土舱时盾构开挖面冲击松动与破碎装置的结构示意图;
图3为本发明实施例中取出钎杆时盾构开挖面冲击松动与破碎装置的结构示意图;
图4为本发明实施例中部分冲击破碎锤倾斜设置时盾构开挖面冲击松动与破碎装置的结构示意图;
图5为本发明实施例中动力机构的侧剖面的结构示意图;
图6为本发明图5中冲击部的横截面剖视图A-A。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明,以便于同行业技术人员的理解:
如图1-6,图中标记1-11分别为:钎杆1、动力机构2、刀盘面板3、土舱4、土舱壁板5、夹持部6、冲击部7、环形液压缸8、环形冲击活塞9、刀盘驱动机构10、螺旋输送机11。
实施例:如图1-6所示,本实施例具体涉及一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置及其工作方法,在盾构机内设置若干冲击破碎锤,当盾构开挖地层为硬质地层,或在土质地层中遇到孤石时,经分析有必要启用冲击松动与破碎装置时进行启用,若没必要启用时,则无需开启。在冲击破碎锤的作用下将开挖面上的岩土结构在刀盘切削前进行冲击破碎,从而减少岩土结构的地层对盾构机刀盘的磨损,提高盾构挖掘的效率。
如图1-4所示,本实施例中的盾构开挖面冲击松动与破碎装置,包括若干冲击破碎锤,冲击破碎锤包括钎杆1和用于驱动钎杆1前、后移动的动力机构2,钎杆1连接动力机构2,钎杆1的前端在动力机构2的驱动下于刀盘面板3后方的土舱4区域至刀盘面板3前方的的区域前后移动并冲击刀盘面板3前部的开挖面。其中,冲击破碎锤具有较好的冲击破碎性能,冲击能量大,适应性好,破碎效率高、节能环保。盾构机中通过冲击破碎锤的钎杆1,直接对开挖面上的土层结构进行冲击,将土层中的硬质结构击碎,再通过刀盘面板3对土层进行切削,从而降低刀具磨损的影响。
如图1-4所示,刀盘面板3上开设有若干供钎杆1贯穿通过的通孔,通孔的设置位置与尺寸同各钎杆1的设置位置与尺寸一一对应。在刀盘面板3转动至预设角度后,钎杆1的前端再通过通孔伸出刀盘面板3,通孔的设置位置与钎杆1的设置方向和刀盘面板3预设角度关联,刀盘面板3可设置多个预设角度,并对应每个预设角度设置多组通孔。冲击破碎锤沿水平方向设置和/或倾斜设置。在运用冲击破碎锤进行土层破碎施工时,需要将刀盘面板3转动至固定的角度,每个冲击破碎锤的钎杆1可通过对应的通孔伸到土层。在实际作业中由于硬质土层结构复杂的,因此,冲击破碎锤的设置方向可以是水平、倾斜、水平倾斜兼备,实现从多个角度对土层进行冲击破碎,对于复杂地质结构具有良好的适应性。本实施例中的盾构机采用刀盘驱动机构10控制刀盘面板3转动,盾构机中也设置了用于取出土舱4中渣土的螺旋输送机11。
如图5和图6所示,动力机构2包括用于夹持钎杆1的夹持部6和用于冲击夹持部6的冲击部7。冲击部7采用液压驱动或液气混合驱动。夹持部6和冲击部7均呈圆环状,夹持部6设置于冲击部7的前侧,钎杆1贯穿夹持部6和冲击部7的中心轴,冲击部7包括一环形液压缸8,环形液压缸8内设置有可向前冲击夹持部6的环形冲击活塞9。液压冲击破碎锤可采用氮***式液压冲击、液压冲击及气液联合冲击。夹持部6具有固定钎杆1的作用,同时在冲击部7的环形冲击活塞9直接冲击荷载作用下,直接控制钎杆1进行冲击。夹持部6和冲击部7采用圆环状结构,可以保证钎杆1能够易于安装***和取出检修。动力机构2设置于土舱壁板5的后侧,钎杆1贯穿动力机构2,钎杆1可从动力机构2的后侧取出及安装。将动力机构2设置在土舱4后,能够使得操作人员便于控制动力机构2,以及对钎杆1执行位置调整,同时操作人员在正常压力下安装***钎杆1以及取出检修,在土层及土舱4中只有钎杆1裸露在外,使得冲击破碎锤能够便于安装。
如图1-6所示,涉及上述盾构开挖面冲击松动与破碎装置的工作方法包括以下步骤:盾构机的刀盘面板3旋转至预设角度;动力机构2驱动钎杆1从土舱4穿过刀盘面板3上的通孔伸出刀盘面板3;动力机构2带动钎杆1前后冲击开挖面;动力机构2驱动钎杆1收缩至土舱4内;刀盘面板3继续旋转掘进。其中,在钎杆1***至动力机构2后,动力机构2驱动钎杆1的方法为:动力机构2的夹持部6向中心收缩夹持住钎杆1,动力机构2的环形液压缸8控制环形冲击活塞9往复冲击夹持部6,夹持部6在环形冲击活塞9的冲击下带动钎杆1前后移动。
本实施例具有如下优点:减少的盾构施工过程中刀具的磨损,冲击结构稳定且使用便捷,降低了盾构施工过程中能耗与施工风险,增强了盾构机对硬质地层的切削能力,提高了盾构机对地层的适应性。
Claims (5)
1.一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置,其特征在于,包括若干与盾构机土舱壁板固定的冲击破碎锤,所述冲击破碎锤包括钎杆以及连接带动所述钎杆前、后移动的动力机构,所述钎杆的前、后移动区域为所述盾构机的刀盘面板后方的土舱区域至所述刀盘面板前方的区域;
所述冲击破碎锤沿水平方向设置和/或倾斜设置;
所述动力机构包括用于夹持所述钎杆的夹持部和用于冲击所述夹持部的冲击部,所述夹持部和所述冲击部均呈圆环状,所述夹持部设置于所述冲击部的前部,所述钎杆贯穿所述夹持部和所述冲击部的中心轴,所述冲击部包括一环形液压缸,所述环形液压缸内设置有可向前冲击所述夹持部的环形冲击活塞;
所述动力机构设置于土舱壁板的后侧,所述钎杆贯穿所述动力机构。
2.根据权利要求1所述的一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置,其特征在于,所述刀盘面板上开设有若干供所述钎杆贯穿通过的通孔,所述通孔的设置位置与尺寸同各所述钎杆的设置位置与尺寸一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置,其特征在于,所述冲击部采用液压驱动或液气混合驱动。
4.一种涉及权利要求1-3中任一所述的盾构开挖面冲击松动与破碎装置的工作方法,其特征在于,包括以下步骤:盾构机的刀盘面板旋转至预设角度;动力机构驱动钎杆从土舱穿过所述刀盘面板上的通孔抵在开挖面上;所述动力机构带动所述钎杆冲击所述开挖面;所述动力机构驱动所述钎杆收缩至所述土舱内;所述刀盘面板继续旋转掘进。
5.根据权利要求4所述的一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置的工作方法,其特征在于,所述动力机构驱动所述钎杆的方法为:所述动力机构的夹持部向中心收缩夹持住所述钎杆,所述动力机构的环形液压缸控制环形冲击活塞往复冲击夹持部,所述夹持部在环形冲击活塞的冲击下带动所述钎杆前后移动。
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