專利名稱：土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于隧道施工裝備技術領域，具體涉及一種既能適用于砂、粉砂和粘土等各類軟土地層，同時兼具有適用于軟硬交替地層、復合過渡地層，具體為中細砂、粗砂和砂卵石以及復合過渡地層的土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機。
背景技術：
在具有世界地質博物館之稱的中國，工程、水文地質復雜，對于許多地下市政工程，施工區間以一種地質為主，同時存在其它過渡地層及復雜地層的地質。盾構法施工因具有對周圍環境影響小、施工速度快、工程質量優良、施工安全環保、地質適應性廣等優點，成為城市地下工程建設中首選施工方式。盾構機的地質適應性、整機性能是盾構隧道施工成敗的關鍵。土壓盾構在軟巖地質中施工優勢明顯，造價低廉，但土壓盾構刀盤、刀具磨損 嚴重，而且地表沉降控制難度高，泥水盾構對地層的擾動小，能把地表沉降控制在較小范圍內，帶壓進艙方便，但正常掘進時出渣效率低，且地面泥水處理設備占地較大，在城市施工中會有不便。具有雙重開挖模式功能的復合式盾構是今后地下市政工程施工裝備發展方向。針對國內市政地下地質中可能存在軟巖、砂卵石、富水過渡地層工程地質工況，并能夠根據具體特定地層選用合適的隧道施工裝備，具有越來越廣泛的應用前景。傳統的只具有相對單一地層適應性的土壓盾構及泥水盾構已不能滿足復雜地層現代施工要求。一種既能在軟弱地層或圍巖較差地層中掘進，特別是適用于市政地下工程項目的隧道施工裝備，在地層地質變化時轉換掘進模式，使一臺設備具有更廣泛的地質適應性，同時配套施工干擾小，能有效降低工程風險，是隧道掘進機設計及施工中的一大難題，也是制約隧道掘進機使用范圍的重要原因。
發明內容本實用新型要解決的技術問題就是克服上述現有技術的不足，而提供一種具有很強的地質適應性，尤其適用于市政地下工程軟、砂卵石、復合地層施工，同時整機造價低廉、經濟實用，對配套施工干擾小、控制方便，滿足施工功能需求的土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機。為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為一種土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機，包括機殼、復合式刀盤、土倉、螺旋輸送機、推進油缸、保壓人倉系統和密封刷，所述機殼由前盾、中盾和后盾依次固定連接構成，所述刀盤位于機殼前部，所述土倉位于刀盤的后部、前盾殼體內，土倉下部設有出土口，螺旋輸送機的下部入口與土倉的出土口相連通，所述推進油缸有多個，分別設置在機殼內壁四周，所述保壓人倉系統位于土倉后面、中盾機殼內，所述后盾盾尾設有密封刷，所述土倉的后面、前盾隔板上設有工業空氣口，同時也是進漿口，進漿口與土倉后面、機殼內的進漿管連通，所述螺旋輸送機的尾部下方設有皮帶輸送機或是在一可拆卸平臺上安裝的集石破碎裝置，螺旋輸送機尾部下料口正對皮帶輸送機前端，或是其下料口與集石破碎裝置所含集石破碎箱的進料口連接。所述集石破碎裝置包括集石破碎箱，集石破碎箱左側設有進料口，右側設有輸出端，其內部設有攪拌裝置，正側面設有觀察窗。所述攪拌裝置包括固定在集石破碎箱兩側板上的轉軸，轉軸上固定安裝有沿轉軸間隔排列的多組攪拌葉片，轉軸的一端與減速機連接，減速機一端與動力機連接。所述推進油缸為沿機殼內壁均布的32根雙油缸，且分成16組。所述密封刷數量有三道。本實用新型的工作原理是當開挖面穩定性差或者為含水較多的軟土、軟巖、砂礫及軟硬不均地層，具體為·淤、粘、粉、砂、卵礫地層時，可根據地質及埋深情況采用土壓平衡掘進模式。土壓平衡模式掘進時，切削刀盤切削下來的渣土用螺旋輸送機排出，皮帶機輸送到后配套拖車，經過編組列車把渣土排出洞外。利用土倉內土壓及氣壓實現與開挖面的水壓、土壓動態平衡，防止掌子面坍塌，涌水，減小沿線地表沉降，降低施工發生安全隱患，達到土壓平衡模式安全施工目的。當開挖面穩定性差或者為軟弱的淤泥質土層、松動的砂土層、或為含水砂、礫石層，特別是滯水砂礫層和粘性土層的交替地層，可采用泥水平衡掘進模式。當采用泥水平衡模式掘進時，它是于與刀盤之間形成泥水壓力室，將加壓的泥水送入泥水壓力室，當泥水壓力室充滿加壓的泥水后，通過加壓作用和壓力保持機構，來保持開挖面的穩定。盾構推進時由旋轉刀盤切削下來的渣土或是漂石經過螺旋輸送機輸送到設備前前端的一個集石破碎箱里面，選擇性的經過二次處理后再通過泥水管路輸送到泥水分離站，以此來循環掘進。本實用新型技術方案的有益效果是I、在結構上，本實用新型集土壓平衡模式和泥水平衡模式于一體，解決了設備同時在軟土、軟巖、過渡復合地層中地質適應性的施工需求。設備既具有維護開挖面穩定、防止地表沉降功能，又增強了在復雜地層下的施工可能性。使土壓平衡盾構技術與泥水平衡盾構相互滲透、相互融合，拓展了設備的地質適應范圍，使單臺隧道掘進設備具有更廣泛的地質適應性，適用于國內絕大多數市政地下工程施工。2、在結構上，本實用新型所述的雙模式復合盾構機，是以傳統的土壓平衡盾構為基礎，吸取了泥水盾構的原理及優點的一種隧道掘進機，適應于軟土、及滯水砂卵層交替地層的隧道施工工程機械。在軟弱地層掘進時對控制掌子面穩定，地表沉降和保證施工安全時十分有利；雙模式盾構可根據地層地質情況、埋深情況、要求采用土壓平衡式、泥水平衡模式施工，并在需要的情況下進行模式轉換施工，尤其適用于市政地下工程，能同時適用于軟土、軟巖、過渡地層及交替地的地下工程施工設備。3、在結構上，本實用新型的所述集石破碎裝置為一種具有破碎和集石功能的裝置，當螺旋輸送機輸送過來是的大粒徑的漂石，經過集石破碎箱的沉淀或是二次破碎后再經過泥水管路輸送到洞外。這種集石破碎箱放在設備橋前端一個可拆卸平臺上面，沉淀下來的大漂石可經過人工搬運處理也可以選擇經過破碎后再通過泥水管路輸送，這種設計不僅便于破碎機的維修更換，也解決了常規的破碎機前易發生的擁堵問題。4、綜上，本實用新型具有很強的地質適應性，尤其滿足市政地下工程軟、砂卵石、復合地層的施工功能需求，同時整機造價低廉、經濟實用，對配套施工干擾小、控制方便，便于推廣實施。附圖及說明
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的說明，其中圖I為本實用新型土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機土壓平衡模式的主機結構示意圖；圖2為本實用新型土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機泥水平衡模式的主機結構示意圖；圖3為圖2所示土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機泥水平衡模式主機的破碎集石裝置的結構示意圖；圖4為圖I、圖2所示土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機土壓平衡模式主機、泥水平衡模式主機的A向結構示意圖。圖5為圖I、圖2所示土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機土壓平衡模式主機、泥水平衡模式主機的B-B剖視結構示意圖。圖中序號1、刀盤，2、前盾，3、保壓人倉系統，4、推進油缸，5、螺旋輸送機，6、皮帶輸送機，7、集石破碎箱,8、可拆卸平臺,9、進衆管，10、土倉,11、中盾，12、后盾，13、出土口，
14、觀察窗，15、進料口，16、輸出端，17、轉軸，18、攪拌葉片，19、減速機，20、動力機，21、密封刷。
具體實施方式
實施例參見圖I至圖5，圖中，本實用新型土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機，包括機殼、復合式刀盤I、土倉10、螺旋輸送機5、推進油缸4、保壓人倉系統3和密封刷21,所述機殼由前盾2、中盾11和后盾12依次固定連接構成，所述刀盤I位于機殼前部,所述土倉10位于刀盤I的后部、前盾2殼體內，土倉10下部設有出土口 13，螺旋輸送機5的下部入口與土倉10的出土口 13相連通，所述推進油缸4有多個，分別設置在機殼內壁四周，所述保壓人倉系統3位于土倉10后面、中盾11機殼內，所述后盾12盾尾設有密封刷21，所述土倉10的后面、前盾2隔板上設有工業空氣口，同時也是進漿口，進漿口與土倉后面、機殼內的進漿管9連通，所述螺旋輸送機5的尾部下方設有皮帶輸送機6或是在一可拆卸平臺8上安裝的集石破碎裝置，螺旋輸送機5尾部下料口正對皮帶輸送機6前端，或是其下料口與集石破碎裝置所含集石破碎箱7的進料口連接。所述集石破碎裝置包括集石破碎箱7，集石破碎箱7左側設有進料口 15，右側設有輸出端16，其內部設有攪拌裝置，正側面設有觀察窗14。所述攪拌裝置包括固定在集石破碎箱兩側板上的轉軸17，轉軸17上固定安裝有沿轉軸17間隔排列的多組攪拌葉片18，轉軸17的一端與減速機19連接，減速機19 一端與動力機20連接。所述推進油缸4為沿機殼內壁均布的32根雙油缸，且分成16組。所述密封刷21數量有三道。參見
圖1，本實用新型的土壓平衡掘進模式工作過程盾構機在推進油缸4向前推進掘進的過程中，復合式刀盤I開挖下來的渣土充滿前盾2 土倉，切削下來的渣土用螺旋輸送機5排出，皮帶輸送機6輸送到后配套拖車，經過編組列車把渣土排出洞外。穩定開挖面的土壓時通過前盾隔板上的工業空氣口使土倉內保持一定氣壓，最終達到土倉內的渣土產生的土壓力及空氣壓力平衡刀盤掌子面水土壓力，防止掌子面坍塌，涌水，最大限度的控制地表沉降，達到安全施工的目的。土壓平衡模式掘進必要建立部分氣壓時利用設置在前盾隔板上的工業空氣口建立部分氣壓，與土壓一起平衡掌子面水土壓力。在進行保壓檢修需要進入土倉時，通過保壓人倉系統3作為進入土倉過渡空間，為作業人員安全提供保障。如圖2，本實用新型的泥水平衡掘進模式工作過程盾構機在推進油缸4向前推進掘進的過程中，復合式刀盤I開挖下來的渣土充滿前盾2 土倉10，進漿管9向土倉10里面一直注入泥水，通過前盾隔板上的工業空氣口一起作用來使開挖面保持穩定。刀盤I切削下來的渣土通過螺旋輸送機6在集石破碎箱7里面經過二次沉淀處理，達到符合管路的輸送要求，通過泥水輸送系統輸送到地面的泥水分離站，經過循環處理后再經過進漿管9進入泥水室，以此循環掘進。在進行保壓檢修需要進入土倉13時，通過保壓人倉系統3作為進入土倉13過渡空間，為作業人員安全提供保障。 兩種模式的轉換過程當在不穩定地層中，或突遇到的滯水砂層、含水量高的粘土層及高水壓礫石層或覆土深及地下水位高的條件下，把土壓盾構掘進模式下的皮帶輸送機6撤掉，換做在螺旋輸送機5的末端連接一個可拆卸的密閉的集石破碎箱7，將刀盤I開挖下來的渣土或是小漂石經螺旋輸送機5輸送，在集石破碎箱7里面經過二次處理，然后通過泥水管路輸送到洞外。以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式
，并非用以限定本實用新型的范圍，任何本領域的技術人員在不脫離本實用新型構思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
權利要求1.一種土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機，包括機殼、復合式刀盤、土倉、螺旋輸送機、推進油缸、保壓人倉系統和密封刷，所述機殼由前盾、中盾和后盾依次固定連接構成，所述刀盤位于機殼前部，所述土倉位于刀盤的后部、前盾殼體內，土倉下部設有出土口，螺旋輸送機的下部入口與土倉的出土口相連通，所述推進油缸有多個，分別設置在機殼內壁四周，所述保壓人倉系統位于土倉后面、中盾機殼內，所述后盾盾尾設有密封刷，其特征是所述土倉的后面、前盾隔板上設有工業空氣口，同時也是進漿口，進漿口與土倉后面、機殼內的進漿管連通，所述螺旋輸送機的尾部下方設有皮帶輸送機或是在一可拆卸平臺上安裝的集石破碎裝置，螺旋輸送機尾部下料口正對皮帶輸送機前端，或是其下料口與集石破碎裝置所含集石破碎箱的進料口連接。
2.根據權利要求I所述的土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機，其特征是所述集石破碎裝置包括集石破碎箱，集石破碎箱左側設有進料口，右側設有輸出端，其內部設有攪拌裝置，正側面設有觀察窗。
3.根據權利要求2所述的土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機，其特征是所述攪拌裝置包括固定在集石破碎箱兩側板上的轉軸，轉軸上固定安裝有沿轉軸間隔排列的多組攪拌葉片，轉軸的一端與減速機連接，減速機一端與動力機連接。
4.根據權利要求I所述的土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機，其特征是所述推進油缸為沿機殼內壁均布的32根雙油缸，且分成16組。
5.根據權利要求I所述的土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機，其特征是所述密封刷數量有三道。
專利摘要本實用新型屬于隧道施工裝備技術領域，具體涉及一種土壓平衡和泥水平衡雙模式復合盾構機，包括機殼、復合式刀盤、土倉、螺旋輸送機、推進油缸、保壓人倉系統和密封刷，所述機殼由前盾、中盾和后盾依次固定連接構成，所述土倉的后面、前盾隔板上設有工業空氣口，同時也是進漿口，進漿口與土倉后面、機殼內的進漿管連通，所述螺旋輸送機的尾部下方設有皮帶輸送機或是在一可拆卸平臺上安裝的集石破碎裝置，螺旋輸送機尾部下料口正對皮帶輸送機前端，或是其下料口與集石破碎裝置所含集石破碎箱的進料口連接。本實用新型具有很強的地質適應性，尤其滿足市政地下工程軟、砂卵石、復合地層的施工功能需求，同時整機造價低廉、經濟實用，對配套施工干擾小、控制方便，便于推廣實施。
文檔編號B02C21/02GK202707070SQ20122039298
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月9日 優先權日2012年8月9日
發明者張寧川, 趙華, 卓興建, 王杜鵑, 賈連輝, 葉蕾, 馬哲 申請人:中鐵隧道裝備制造有限公司