CN113482520B - 一种盾构隧道联络通道的钻进设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种盾构隧道联络通道的钻进设备，通过设置床身和设置在床身上的驱动机构、从动轮；套管与从动轮连接，驱动机构上设置主动轮和马达，由马达带动主动轮转动，且主动轮与从动轮啮合，从而带动从动轮和套管相对所述床身旋转；并且驱动机构与从动轮对应设置，以驱动从动轮和套管相对床身水平移动；同时，套管远离从动轮的一端设置刀具，在驱动机构的水平驱动和主动轮的旋转驱动共同作用下，以实现从动轮、套管和刀具的旋转推进，从而实现自动化钻进作业，提高了钻进效率。

Description

一种盾构隧道联络通道的钻进设备

技术领域

本申请涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种盾构隧道联络通道的钻进设备。

背景技术

由于地铁自身封闭空间的局限性，给地铁的运行带来了一定的安全隐患，地铁一旦发生火灾，后果将会非常的严重。热浪、有毒气体等都会与人流逃生自下而上的方向一致，对于地铁中的人员疏散、逃生等特别不利。

针对这种情况，通过在两条单线区间隧道应设联络通道，以此来降低火灾对地铁的危害值。现在，盾构法施工已成为地铁区间隧道施工的主要工法，但是，联络通道工程量小、一般位于现况道路或地下管线之下，由于环境条件的限制，现有的大型挖掘设备难以进入，从而导致钻进效率较低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种盾构隧道联络通道的钻进设备，以解决上述盾构隧道联络通道钻进效率较低的问题。

本申请一实施例提供的一种盾构隧道联络通道的钻进设备，包括：床身；从动轮，所述从动轮设置于所述床身上，且所述从动轮相对所述床身水平移动和旋转，所述从动轮的圆周面上设置从动齿轮；套管，所述套管与所述从动轮连接；驱动机构，所述驱动机构设置于所述床身上，且与所述从动轮对应设置，所述驱动机构相对所述床身水平移动；主动轮，所述主动轮设置于所述驱动机构上，且所述主动轮包括与所述从动轮的所述从动齿轮啮合的主动齿轮；马达，所述马达设置于所述驱动机构上，所述马达与所述主动轮传动连接，用于驱动所述主动轮转动；以及刀具，所述刀具设置于所述套管远离所述从动轮的一端。

在一实施例中，所述盾构隧道联络通道的钻进设备还包括：千斤顶，所述千斤顶设置于所述驱动机构远离所述从动轮一端，用于驱动所述驱动机构相对于所述床身水平移动。

在一实施例中，所述千斤顶包括液压千斤顶，且所述千斤顶的数量包括多个，多个所述千斤顶等间距分布于所述驱动机构远离所述从动轮一侧表面。

在一实施例中，所述床身包括凹槽，所述驱动机构的部分和所述从动轮的部分置于所述凹槽内，且所述凹槽的延伸方向与所述驱动机构、所述从动轮的轴向方向平行。

在一实施例中，所述主动轮的数量包括多个，所述马达的数量包括多个，且所述主动轮的数量等于所述马达的数量，所述主动轮的直径小于所述从动轮的直径，所述主动轮和所述马达等间距分布于所述驱动机构圆周边缘位置。

在一实施例中，所述从动轮的直径小于所述套管的内径。

在一实施例中，所述刀具包括刀盘和多把切削刀头，所述多把切削刀头分布在所述刀盘上。

在一实施例中，所述驱动机构的形状包括圆柱形，且所述驱动机构的内径等于所述套管的内径，所述驱动机构的外径等于所述套管的外径。

在一实施例中，所述从动轮与所述套管通过多个铰制孔螺栓连接。

在一实施例中，所述马达与所述驱动机构的轴心之间的距离与所述主动轮、所述从动轮的半径正相关。

本申请实施例提供的一种盾构隧道联络通道的钻进设备，通过设置床身和设置在床身上的驱动机构、从动轮；套管与从动轮连接，驱动机构上设置主动轮和马达，由马达带动主动轮转动，且主动轮与从动轮啮合，从而带动从动轮和套管相对所述床身旋转；并且驱动机构与从动轮对应设置，以驱动从动轮和套管相对床身水平移动；同时，套管远离从动轮的一端设置刀具，在驱动机构的水平驱动和主动轮的旋转驱动共同作用下，以实现从动轮、套管和刀具的旋转推进，从而实现自动化钻进作业，提高了钻进效率。

附图说明

图1所示为本申请一实施例提供的一种盾构隧道联络通道的钻进设备的结构示意图。

图2所示为本申请一实施例提供的一种钻进设备床身的结构示意图。

图3所示为本申请一实施例提供的一种钻进设备主动轮的结构示意图。

图4所示为本申请一实施例提供的一种钻进设备从动轮的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此外，在示例性实施例中，因为相同的参考标记表示具有相同结构的相同部件或相同方法的相同步骤，如果示例性地描述了一实施例，则在其他示例性实施例中仅描述与已描述实施例不同的结构或方法。

在整个说明书及权利要求书中，当一个部件描述为“连接”到另一部件，该一个部件可以“直接连接”到另一部件，或者通过第三部件“电连接”到另一部件。此外，除非明确地进行相反的描述，术语“包括”及其相应术语应仅理解为包括所述部件，而不应该理解为排除任何其他部件。

图1所示为本申请一实施例提供的一种盾构隧道联络通道的钻进设备的结构示意图。如图1所示，该盾构隧道联络通道的钻进设备，包括：床身1、从动轮2、套管3、驱动机构4、主动轮5、马达6以及刀具7；其中，从动轮2设置于床身1上，且从动轮2相对床身1水平移动和旋转，从动轮2的圆周面上设置从动齿轮，套管3与从动轮2连接，驱动机构4设置于床身1上，且与从动轮2对应设置，驱动机构4相对床身1水平移动，主动轮5设置于驱动机构4上，且主动轮5包括与从动轮2的从动齿轮啮合的主动齿轮，马达6设置于驱动机构4上，马达6与主动轮5传动连接，用于驱动主动轮5转动，刀具7设置于套管3远离从动轮2的一端。

联络通道套管钻进法施工机械设备的配置，主要以满足现场的施工需求作为前提，同时也应该考虑设备在现场的整体协调性，使设备能够得到更加有效合理的使用。钻进设备需要满足钻进要求，需具有固定套管，在后靠***千斤顶的作用下使套管边旋转切割管片与土壤边前进的功能，钻进机中间加有可伸缩可固定的顶柱作为工作面周围隧道管片的支撑，且尺寸需与联络通道开口直径的大小相匹配。特殊配置的刀具在一定功率下可以切削管片，拼装套管，使套管成为联络通道的初支结构，有导向***，电子协调等的配置使联络通道的机械钻进顺利进行。该钻进机在混凝土补块与管片处的的转速为4r/min，功率P＝140kW。其中，后靠设备***主要提供钻进机的顶进力，需满足最大顶力，且有一定的稳定性，整套***大小需配合隧道工作面大小进行安装，能够满足套管钻进施工的需要。

旋转运动是用于实现套管3和套管3上的刀具7相对床身1旋转，从而刀具7以切割管片与土壤。其主要依靠马达6(例如液压马达等)提供动力，马达6安装在驱动机构4上，带动主动轮5进行旋转运动。当驱动机构4与套管3接触时，主动轮5与从动轮2相啮合，马达6的驱动力通过齿轮传动将转动运动传递给从动轮2。从动轮2与套管3可以通过12个铰制孔螺栓进行固定连接，从而实现将旋转运动传递给套管3，套管3与刀具7之间同样可以采用相同的铰制孔螺栓链接方式进行固连，最终实现套管3及刀具7的旋转运动。简单而言，旋转运动传递过程为：马达6→主动轮5→从动轮2→套管3→刀具7。

从动轮与套管、套管与刀具之间固连所采用的铰制孔螺栓数量的计算过程如下：

铰制孔螺栓杆的剪切强度条件为：

其中：F_R为单个螺栓所受剪力，螺栓杆直径d依据套管壁厚为22mm选择d＝20mm，抗剪面数目m＝1。

单个螺栓所受剪力：

其中：套管扭矩T＝334.25×10⁶N·mm，n为螺栓数目，套管半径R＝1655mm。

螺栓许用剪应力：

其中：σ_s为屈服极限σ_s＝300MPa，[S_r]为许用剪压应力安全系数，动载荷下[S_r]＝5。

综上公式，可以得铰制孔螺栓数量n应当满足：

计算可得n≥10.71，考虑实际加工过程中存在多种不确定因素及铰制孔的设计加工，最终选取铰制孔螺栓数量n＝12，满足钻进机械工作扭矩要求。

在一实施例中，如图1所示，上述盾构隧道联络通道的钻进设备还可以包括：千斤顶8，千斤顶8设置于驱动机构4远离从动轮2一端，用于驱动驱动机构4相对于床身1水平移动。

驱动机构4后侧的千斤顶8(例如液压千斤顶等)提供动力，千斤顶8安装在驱动机构4后侧，当液压***启动时，千斤顶8开始工作，通过推动后靠***实现驱动机构4沿床身上的工字型轨道水平移动，当驱动机4与从动轮2接触时，水平运动则传递给从动轮2，由于从动轮2与套管3依靠铰制孔螺栓固连，因此套管3及其刀具7也随着从动轮2的水平移动进行移动，实现水平移动。简单而言，水平移动传递过程为：后靠***→液压千斤顶8→驱动机构4→从动轮2→套管3→刀具7。

本申请实施例提供的一种盾构隧道联络通道的钻进设备，通过设置床身和设置在床身上的驱动机构、从动轮；套管与从动轮连接，驱动机构上设置主动轮和马达，由马达带动主动轮转动，且主动轮与从动轮啮合，从而带动从动轮和套管相对所述床身旋转；并且驱动机构与从动轮对应设置，以驱动从动轮和套管相对床身水平移动；同时，套管远离从动轮的一端设置刀具，在驱动机构的水平驱动和主动轮的旋转驱动共同作用下，以实现从动轮、套管和刀具的旋转推进，从而实现自动化钻进作业，提高了钻进效率。

在一实施例中，千斤顶8可以包括液压千斤顶，且千斤顶8的数量可以包括多个，多个千斤顶8等间距分布于驱动机构4远离从动轮2一侧表面。

通过设置多个千斤顶8，以实现驱动机构4的均匀受力，从而降低驱动机构4的水平移动过程中的阻力，并且，采用液压千斤顶可以利用液压驱动的大驱动力保证钻进驱动力的需求。采用多个千斤顶8推动驱动机构4进行直线运动时，需要考虑千斤顶8的同步运动，防止因运动不同步导致驱动机构4载荷不均匀造成的钻进鼓胀，多个千斤顶8同步运动的实现可采用PLC千斤顶同步控制***进行调控，主要包括液压泵站、PLC计算机控制***、液压***、位移压力检测与人机界面操作***。通过传感器实时检测各千斤顶8位移与压力，将检测结果反馈给PLC计算机控制***，***计算位移偏差并将控制结果传递给液压***，实现多个千斤顶8的同步运动，PLC千斤顶同步控制***可以布置在床身1中。

千斤顶8可以选用型号DYG 100/300，其输出推力为100t，行程为300mm，杆径为100mm，外径为180mm。例如，使用四个千斤顶8进行推动，总推力为400t，满足使用要求。

在推送驱动机构4运动时，当千斤顶8的工作行程到达300mm时，需要收缩千斤顶8，并在后靠***上安置长度为300mm的后靠块，并通过反复迭代过程，最终完成套筒的推进工作。

图2所示为本申请一实施例提供的一种钻进设备床身的结构示意图。如图2所示，床身1可以包括凹槽11和位于凹槽11内的床身轨道12，驱动机构4的部分和从动轮2的部分置于凹槽11且与位于床身轨道12上内，且凹槽11的延伸方向与驱动机构4、从动轮2的轴向方向平行。其中，床身1的尺寸设计主要依据布置有后靠***的隧道尺寸决定，床身轨道12起支撑和引导驱动机构4、从动轮2与套管3的作用，套管3可在床身轨道12上作旋转运动和直线运动，而驱动机构4仅可沿钻进方向作直线运动。床身1的主要尺寸如下：长a＝3000mm，宽b＝3310mm，高h＝765mm；床身轨道12的宽度为200mm。

在一实施例中，主动轮5的数量可以包括多个，马达6的数量包括多个，且主动轮5的数量等于马达6的数量，主动轮5的直径小于从动轮2的直径，主动轮5和马达6等间距分布于驱动机构4圆周边缘位置。液压马达就有可调速、稳定性好、结构紧凑等特点，液压马达的控制***放置在床身中，通过油路连接液压马达。液压马达型号采用BMV-400，其转速为10～500r/min，稳定输出功率为47kW。

图3所示为本申请一实施例提供的一种钻进设备主动轮的结构示意图。如图3所示，主动轮5连接马达6与从动轮2，将马达6的输出通过齿轮啮合传递给从动轮2，从而带动套管3作旋转运动。为满足转速要求，取齿轮传动比其中z₁为主动轮5的齿数，z₂为从动轮2的齿数，则主动轮5的主要参数选择如下：齿宽b₁＝40mm，模数M＝20，齿数z₁＝16。

由于齿轮传动***传动比设置为i＝10，因此设备转速范围为1～50r/min。选用三个液压马达驱动套管，因此设备总功率为47×3＝141kW，满足使用要求。

图4所示为本申请一实施例提供的一种钻进设备从动轮的结构示意图。如图4所示，从动轮2的直径小于套管3的内径。从动轮2与套管3直接固定，带动套管3进行旋转运动。从动轮2的设计需要考虑套管3的直径，从动轮2齿顶圆直径应当小于套管3的内径，即：保证驱动机构4与套管3具有平面接触以传递水平运动的驱动力。由于选取模数M＝20，齿顶高系数/>计算可得z₂＜161.3，选取z₂＝160。从动轮2的主要参数如下：齿宽b₂＝50mm，模数M＝20，齿数z₂＝160。

在一实施例中，刀具7可以包括刀盘和多把切削刀头，多把切削刀头分布在刀盘上。套管3是钻进设备最重要的组成部分，在钻进过程中，跟随刀具7钻进到泥土中。套管3的主要参数包括：外径D＝3310mm，内径d＝3266mm，长度l＝1400mm；刀具7在钻进过程中对泥土进行切削，为保证套管3顺利前进，考虑管片破断处或周围土壤对套管3的摩擦、满足纠偏过程等一些因素，刀盘的主要参数包括：外径D＝3330mm，内径d＝3246mm。

在钻进施工过程中，机械钻进是靠首管节上的刀具7进行的，刀具7与首管节连为一体，刀具7的设置需能满足切削复杂或者坚硬的土层。在钻进设备钻进的过程中，需降低管片破断处或周围土壤对套管的摩擦、满足纠偏过程等一些因素。套管3横截面是个圆环形状，需设置刀具7的外直径比套管大20mm，内直径比套管3小20mm。即需设比套管3内侧外侧各大10mm的刀头。

在一实施例中，驱动机构4的形状可以包括圆柱形，且驱动机构4的内径等于套管3的内径，驱动机构4的外径等于套管3的外径。驱动机构4作为中间结构，将千斤顶8的推力传递给套管3从而实现套管3水平方向的运动。驱动机构4左边与千斤顶8固连，右端与套管3面接触。驱动机构4采用圆柱形，为保证其与套管3的良好面接触，其内外径尺寸均与套管3相同，即外径D＝3310mm，内径d＝3266mm，长度l＝950mm。

在一实施例中，马达6与驱动机构4的轴心之间的距离可以与主动轮5、从动轮2的半径正相关。

液压马达6径向位置依据主动轮5、从动轮2的中心距确定：，因此液压马达6与驱动机构4的轴心距为1760mm。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种盾构隧道联络通道的钻进设备，其特征在于，包括：

床身，所述床身包括凹槽和位于所述凹槽内的床身轨道；

从动轮，所述从动轮设置于所述床身上，且所述从动轮相对所述床身水平移动和旋转，所述从动轮的圆周面上设置从动齿轮；

套管，所述套管与所述从动轮连接；

驱动机构，所述驱动机构设置于所述床身上，且与所述从动轮对应设置，所述驱动机构相对所述床身水平移动，所述驱动机构的部分和所述从动轮的部分置于所述凹槽内，且所述凹槽的延伸方向与所述驱动机构、所述从动轮的轴向方向平行；

主动轮，所述主动轮设置于所述驱动机构上，且所述主动轮包括与所述从动轮的所述从动齿轮啮合的主动齿轮；

马达，所述马达设置于所述驱动机构上，所述马达与所述主动轮传动连接，用于驱动所述主动轮转动，所述主动轮的数量包括多个，所述马达的数量包括多个，且所述主动轮的数量等于所述马达的数量，所述主动轮的直径小于所述从动轮的直径，所述从动轮的直径小于所述套管的内径，所述主动轮和所述马达等间距分布于所述驱动机构圆周边缘位置；以及

刀具，所述刀具设置于所述套管远离所述从动轮的一端。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道联络通道的钻进设备，其特征在于，还包括：

千斤顶，所述千斤顶设置于所述驱动机构远离所述从动轮一端，用于驱动所述驱动机构相对于所述床身水平移动。

3.根据权利要求2所述的盾构隧道联络通道的钻进设备，其特征在于，所述千斤顶包括液压千斤顶，且所述千斤顶的数量包括多个，多个所述千斤顶等间距分布于所述驱动机构远离所述从动轮一侧表面。

4.根据权利要求1所述的盾构隧道联络通道的钻进设备，其特征在于，所述刀具包括刀盘和多把切削刀头，所述多把切削刀头分布在所述刀盘上。

5.根据权利要求1所述的盾构隧道联络通道的钻进设备，其特征在于，所述驱动机构的形状包括圆柱形，且所述驱动机构的内径等于所述套管的内径，所述驱动机构的外径等于所述套管的外径。

6.根据权利要求1所述的盾构隧道联络通道的钻进设备，其特征在于，所述从动轮与所述套管通过多个铰制孔螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的盾构隧道联络通道的钻进设备，其特征在于，所述马达与所述驱动机构的轴心之间的距离与所述主动轮、所述从动轮的半径正相关。