CN113982612A - 一种盾构机姿态辅助调整装置及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机姿态辅助调整装置及调整方法，涉及隧道工程和盾构装备制造技术领域，包括缸杆、缸筒、压力传感器、端盖、固定轴、挡板、盾构连接架、台车连接架、第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓、固定套和分隔板；有益效果在于：通过在盾尾施加大小可控的作用力，实现了对盾构姿态的辅助调整，提高掘进线路精度；辅助调整装置除姿态调整功能外，同时可以连接拖拽后配套台车，又具有足够的旋转自由度，实现了盾构机与后配套台车的灵活连接，提高曲线掘进的适应性；在盾构机现有结构的基础上，充分利用台车自重，不仅可以提供充足的控制力，而且不影响正常施工流程。

Description

一种盾构机姿态辅助调整装置及调整方法

技术领域

本发明涉及隧道工程和盾构装备制造技术领域，特别是涉及一种盾构机姿态辅助调整装置及调整方法。

背景技术

盾构施工中，盾构机的掘进轨迹要尽可能与隧道设计轴线保持一致，因此需要盾构机不断对自身姿态进行调整和修正，盾构机在盾尾圆周上布置有一组推进油缸，推进油缸支撑在管片端面，在推动盾构向前掘进的同时，通过调整油缸的行程差，可以对盾构姿态进行修正，由于刀盘、主驱动等大质量部件集中在盾构机前部，导致其重心比较靠前，具有头部重、尾部轻的特点，当地层承载能力较好时，前盾底部地层产生的支撑力可以平衡盾构机的自重，盾构机可以维持正常推进姿态；当盾构在软土、淤泥等地层中掘进时，由于地层支撑能力较弱，地层产生的支撑力可能不足以承载盾构重量，盾构头部在重力作用下下沉从而出现“栽头”的情况；如果“栽头”程度超出推进油缸对姿态的调整能力，就会引起盾构姿态失控，影响隧道建设质量。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种盾构机姿态辅助调整装置及调整方法，利用后配套台车自身重量，为盾构机姿态提供额外的姿态控制手段，解决盾构机“栽头”问题，提高隧道建设质量。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种盾构机姿态辅助调整装置，包括缸杆、缸筒、压力传感器、端盖、固定轴、挡板、盾构连接架、台车连接架、第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓、固定套和分隔板，所述缸杆上下两端分别设置有压力传感器，所述盾构连接架的形状为竖直方向的C形，所述盾构连接架上下两端分别通过第一螺栓固定安装有端盖，所述端盖套在所述缸杆和所述压力传感器上，所述压力传感器与所述端盖通过第二螺栓固定连接；所述缸杆中间固定安装有分隔板，所述缸杆中间套设有缸筒，所述缸筒两端与所述缸杆密封接触，所述分隔板外表面与所述缸筒内部密封接触，所述缸筒上下两端分别设置有油管，所述缸筒和所述缸杆组成双向液压缸；所述缸筒前后分别固定安装有固定套，所述台车连接架的形状为水平方向的C形，所述台车连接架两端贯穿插设有固定轴，所述固定轴靠近所述缸杆一端插在所述固定套内，所述固定轴远离所述缸杆一端盖设有挡板，所述挡板与所述台车连接架通过第三螺栓固定连接。

优选的：所述端盖中心预留有通孔，所述压力传感器的信号线通过所述端盖的中心孔引出；所述缸杆端面压在所述压力传感器上。

优选的：所述盾构连接架固定安装在盾构机的管片拼装机支架上，所述台车连接架固定安装在台车前端，所述缸杆与所述端盖转动连接。

优选的：所述缸筒上下两端的油管分别与外部液压***相连接。

优选的：所述压力传感器实时监测控制力的变化并显示在主控室，并通过控制液压***压力调整控制力的大小；当不需要进行姿态调整时，通过液压锁将所述缸筒位置锁死，调整装置保留对所述台车的拖拽功能。

一种使用上述的一种盾构机姿态辅助调整装置的盾构机姿态辅助调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：将所述盾构连接架固定安装在盾构机的管片拼装机支架上、所述台车连接架固定安装在台车前端，由于所述缸杆与所述端盖转动连接，所以通过这种连接方式，实现盾构机与台车之间有左右旋转、上下旋转、上下移动三个自由度；

步骤S2：当盾构机出现“栽头”问题时，通过液压***对所述缸筒的上部腔体加压，使所述缸筒产生上移趋势，在台车重力的作用下所述缸杆会产生向下的力并传递到盾构机尾部，与地层对盾构机的支撑力组合形成阻止盾构“栽头”的控制力矩；

步骤S3：随着盾构机的不断掘进，在该力矩及推进油缸的持续作用下可以使盾构姿态逐步恢复正常，在此过程中，所述压力传感器监测所述缸杆输出的上下两个方向的推力，即控制力；

步骤S4：控制力F的变化实时显示在主控室，并通过控制液压***压力调整F的大小，结合盾构机的姿态调整情况调整，以顺利恢复正常姿态，当不需要进行姿态调整时，通过液压锁将缸筒位置锁死，调整装置保留对台车的拖拽功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、通过在盾尾施加大小可控的作用力，实现了对盾构姿态的辅助调整，提高掘进线路精度；

2、辅助调整装置除姿态调整功能外，同时可以连接拖拽后配套台车，又具有足够的旋转自由度，实现了盾构机与后配套台车的灵活连接，提高曲线掘进的适应性；

3、在盾构机现有结构的基础上，充分利用台车自重，不仅可以提供充足的控制力，而且不影响正常施工流程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种盾构机姿态辅助调整装置的立体结构示意图。

图2是本发明所述一种盾构机姿态辅助调整装置的安装结构示意图。

图3是本发明所述一种盾构机姿态辅助调整装置及调整方法的工作原理图。

附图标记说明如下：

1、缸杆；2、缸筒；3、压力传感器；4、端盖；5、固定轴；6、挡板；7、盾构连接架；8、台车连接架；9、第一螺栓；10、第二螺栓；11、第三螺栓；12、盾构机；13、台车；14、固定套；15、分隔板。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图3所示，一种盾构机姿态辅助调整装置，包括缸杆1、缸筒2、压力传感器3、端盖4、固定轴5、挡板6、盾构连接架7、台车13连接架8、第一螺栓9、第二螺栓10、第三螺栓11、固定套14和分隔板15，缸杆1上下两端分别设置有压力传感器3，盾构连接架7的形状为竖直方向的C形，盾构连接架7上下两端分别通过第一螺栓9固定安装有端盖4，端盖4套在缸杆1和压力传感器3上，压力传感器3与端盖4通过第二螺栓10固定连接；缸杆1中间固定安装有分隔板15，缸杆1中间套设有缸筒2，缸筒2两端与缸杆1密封接触，分隔板15外表面与缸筒2内部密封接触，缸筒2上下两端分别设置有油管，缸筒2和缸杆1组成双向液压缸；缸筒2前后分别固定安装有固定套14，台车13连接架8的形状为水平方向的C形，台车13连接架8两端贯穿插设有固定轴5，固定轴5靠近缸杆1一端插在固定套14内，固定轴5远离缸杆1一端盖4设有挡板6，挡板6与台车13连接架8通过第三螺栓11固定连接；端盖4中心预留有通孔，压力传感器3的信号线通过端盖4的中心孔引出；缸杆1端面压在压力传感器3上；盾构连接架7固定安装在盾构机12的管片拼装机支架上，台车13连接架8固定安装在台车13前端，缸杆1与端盖4转动连接；缸筒2上下两端的油管分别与外部液压***相连接；压力传感器3实时监测控制力的变化并显示在主控室，并通过控制液压***压力调整控制力的大小；当不需要进行姿态调整时，通过液压锁将缸筒2位置锁死，调整装置保留对台车13的拖拽功能。

一种使用上述的一种盾构机姿态辅助调整装置的盾构机姿态辅助调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：将盾构连接架7固定安装在盾构机12的管片拼装机支架上、台车13连接架8固定安装在台车13前端，由于缸杆1与端盖4转动连接，所以通过这种连接方式，实现盾构机12与台车13之间有左右旋转、上下旋转、上下移动三个自由度；

步骤S2：当盾构机12出现“栽头”问题时，通过液压***对缸筒2的上部腔体加压，使缸筒2产生上移趋势，在台车13重力的作用下缸杆1会产生向下的力并传递到盾构机12尾部，与地层对盾构机12的支撑力组合形成阻止盾构“栽头”的控制力矩；其中，为防止台车13被抬起，力F应满足如下关系：

步骤S3：随着盾构机12的不断掘进，在该力矩及推进油缸的持续作用下可以使盾构姿态逐步恢复正常，在此过程中，压力传感器3监测缸杆1输出的上下两个方向的推力，即控制力；

步骤S4：控制力F的变化实时显示在主控室，并通过控制液压***压力调整F的大小，结合盾构机12的姿态调整情况调整，以顺利恢复正常姿态，当不需要进行姿态调整时，通过液压锁将缸筒2位置锁死，调整装置保留对台车13的拖拽功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种盾构机姿态辅助调整装置，包括缸杆（1）、缸筒（2）、压力传感器（3）、端盖（4）、固定轴（5）、挡板（6）、盾构连接架（7）、台车（13）连接架（8）、第一螺栓（9）、第二螺栓（10）、第三螺栓（11）、固定套（14）和分隔板（15），其特征在于：所述缸杆（1）上下两端分别设置有压力传感器（3），所述盾构连接架（7）的形状为竖直方向的C形，所述盾构连接架（7）上下两端分别通过第一螺栓（9）固定安装有端盖（4），所述端盖（4）套在所述缸杆（1）和所述压力传感器（3）上，所述压力传感器（3）与所述端盖（4）通过第二螺栓（10）固定连接；所述缸杆（1）中间固定安装有分隔板（15），所述缸杆（1）中间套设有缸筒（2），所述缸筒（2）两端与所述缸杆（1）密封接触，所述分隔板（15）外表面与所述缸筒（2）内部密封接触，所述缸筒（2）上下两端分别设置有油管，所述缸筒（2）和所述缸杆（1）组成双向液压缸；所述缸筒（2）前后分别固定安装有固定套（14），所述台车（13）连接架（8）的形状为水平方向的C形，所述台车（13）连接架（8）两端贯穿插设有固定轴（5），所述固定轴（5）靠近所述缸杆（1）一端插在所述固定套（14）内，所述固定轴（5）远离所述缸杆（1）一端盖（4）设有挡板（6），所述挡板（6）与所述台车（13）连接架（8）通过第三螺栓（11）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机姿态辅助调整装置，其特征在于：所述端盖（4）中心预留有通孔，所述压力传感器（3）的信号线通过所述端盖（4）的中心孔引出；所述缸杆（1）端面压在所述压力传感器（3）上。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机姿态辅助调整装置，其特征在于：所述盾构连接架（7）固定安装在盾构机（12）的管片拼装机支架上，所述台车（13）连接架（8）固定安装在台车（13）前端，所述缸杆（1）与所述端盖（4）转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种盾构机姿态辅助调整装置，其特征在于：所述缸筒（2）上下两端的油管分别与外部液压***相连接。

5.根据权利要求1所述的一种盾构机姿态辅助调整装置，其特征在于：所述压力传感器（3）实时监测控制力的变化并显示在主控室，并通过控制液压***压力调整控制力的大小；当不需要进行姿态调整时，通过液压锁将所述缸筒（2）位置锁死，调整装置保留对所述台车（13）的拖拽功能。

6.一种使用如权利要求1-5所述的一种盾构机姿态辅助调整装置的盾构机姿态辅助调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：将所述盾构连接架（7）固定安装在盾构机（12）的管片拼装机支架上、所述台车（13）连接架（8）固定安装在台车（13）前端，由于所述缸杆（1）与所述端盖（4）转动连接，所以通过这种连接方式，实现盾构机（12）与台车（13）之间有左右旋转、上下旋转、上下移动三个自由度；

步骤S2：当盾构机（12）出现“栽头”问题时，通过液压***对所述缸筒（2）的上部腔体加压，使所述缸筒（2）产生上移趋势，在台车（13）重力的作用下所述缸杆（1）会产生向下的力并传递到盾构机（12）尾部，与地层对盾构机（12）的支撑力组合形成阻止盾构“栽头”的控制力矩；

步骤S3：随着盾构机（12）的不断掘进，在该力矩及推进油缸的持续作用下可以使盾构姿态逐步恢复正常，在此过程中，所述压力传感器（3）监测所述缸杆（1）输出的上下两个方向的推力，即控制力；

步骤S4：控制力F的变化实时显示在主控室，并通过控制液压***压力调整F的大小，结合盾构机（12）的姿态调整情况调整，以顺利恢复正常姿态，当不需要进行姿态调整时，通过液压锁将缸筒（2）位置锁死，调整装置保留对台车（13）的拖拽功能。

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