[发明专利]一种用于富水鹅卵石地层的同平面多刀盘矩形隧道掘进机

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工装备技术领域，具体说是一种用于富水鹅卵石地层的同平面多刀盘矩形隧道掘进机。

背景技术

随着经济的发展，城市化进程逐渐加快，路面空间越来越小，地下隧道建设已经成为当前建筑施工领域的一个新方向。矩形隧道掘进机具有空间利用率高、覆土浅和施工成本相对低廉的优点，其有效使用面积较圆形顶管增大20%以上。目前国内矩形隧道掘进机还局限于只适应淤、粘、粉、砂等软土地层的常规矩形隧道掘进机，但在富水鹅卵石地层领域矩形隧道掘进机的应用还是空白。

鹅卵石地层稳定性差且含有细砂，流动性强，在隧道开挖时无法形成自然力拱，即掌子面不稳定，易发生坍塌现象。矩形隧道掘进机通常是由多个刀盘前后组合交叉排布，依靠前后刀盘开挖面的相互弥补，来尽可能的减少矩形区域的开挖盲区。但这种刀盘组合形式对土体的扰动较大，搅拌区域有限，渣土流动性差，因此只适用于地层相对稳定的工况下，在富水鹅卵石地层中，前后刀盘的开挖差为流沙的喷涌提供了空间，易引起土体坍塌。简单的刀盘同平面布置虽然可以对掌子面起到一定的支撑，但极端情况下鹅卵石地层流沙仍可经设备涌喷形成溶洞，该情况一旦发生该如何解决、沉降控制如何保障也是设备施工所需要面临的问题。此外，刀盘同平面布置也会导致较大的开挖盲区，对该地层中富含的大尺寸鹅卵石的排出也提出了挑战。

因此，如何实现富水鹅卵石地层矩形隧道非开挖施工的问题亟待解决，一种适用于富水鹅卵石地层的矩形隧道掘进装备亟需被提供。

发明内容

本发明的发明目的在于，克服目前现有鹅卵石地层矩形掘进机存在的对土体扰动大，搅拌区域有限，渣土流动性差，易引起土体坍塌的缺陷，从而实现一种刀盘在同一平面内，同时使掌子面得到有效支撑，避免了土体坍塌，对鹅卵石地层适应性较好的用于富水鹅卵石地层的同平面多刀盘矩形隧道掘进机。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种用于富水鹅卵石地层的同平面多刀盘矩形隧道掘进机，包括起支撑作用的盾体、位于盾体前端的刀盘机构、刀盘机构后侧的刀盘驱动机构和渣土输送机构，所述盾体的截面为矩形，且盾体包括前盾、纠偏油缸和尾盾，所述前盾和尾盾通过纠偏油缸连接，所述刀盘机构包括同平面对称布置的10个刀盘，且刀盘机构包括大刀盘、中型刀盘、小刀盘和微型刀盘，所述大刀盘为4个，且大刀盘位于开挖断面的四角处；所述中型刀盘为2个，且中型刀盘位于开挖断面的竖向中间上下侧；所述小刀盘为2个，且小刀盘位于开挖断面横向中心位置；微型刀盘为2个，且微型刀盘位于开挖断面横向中心最左侧和最右侧，10个刀盘在同一平面内协同转动且互不干涉，开挖率可达到88%以上；盾体上部倾斜设置有超前注浆管，当地层不稳定或者需要进仓处理问题时，超前注浆管注浆对周围土体进行加固，形成管棚，可保证土仓工作人员的安全；所述超前注浆管采用分段衔接式结构，使用时再安装最后一段延长管，不用时用封板封住前段注浆管，为盾体内部节省空间。

所述大刀盘、中型刀盘、小刀盘和微型刀盘均为辐条式刀盘，每个刀盘均包括四个刀梁，刀梁外端均设置大圆环，大圆环与四个刀梁连接，且大圆环均呈截锥形；所述大刀盘、中型刀盘、小刀盘和微型刀盘的刀盘中心均设置有鱼尾刀，所述刀梁上均设置有切刀和撕裂刀，大刀盘的每根刀梁上还设置有一把滚刀，上述四种刀盘的大圆环上圆周均布有4个撕裂刀作为保径刀。

所述渣土输送机构为带状螺旋输送机，可使出渣量与切削量达到一种平衡状态。

所述前盾的尾部和尾盾的前部固定设置有限位块，用于限制纠偏油缸行程，避免纠偏油缸在零行程时受到撞击损坏。

所述大刀盘、中型刀盘、小刀盘和微型刀盘的背面均平行设置有4个搅拌区域不同的刀盘搅拌棒，可实现全断面搅拌，刀盘系统转动时对刀盘背后的土体进行搅拌，使注入的渣土改良剂与切削下来的土体进行充分混合，使土体具有良好的塑性、流动性和止水性，保证土体的顺利排出。

所述前盾的前端内侧沿圆周方向设有一圈锥板，使前盾具有更高的强度和刚性，增强受力和抵抗变形的能力，此外锥板横截面呈倒截锥形，有利于渣土流动。

本发明的用于富水鹅卵石地层的同平面多刀盘矩形隧道掘进机的有益效果：

1.本发明的用于富水鹅卵石地层的同平面多刀盘矩形隧道掘进机，刀盘机构包括同平面对称布置的10个刀盘，开挖刀盘在同一平面内，掌子面得到有效支撑，避免了土体坍塌，可有效控制沉降，从而保证了工作人员的生命安全。