[发明专利]土压平衡矩形合口盾构设备及施工工法

权利要求书

1.一种土压平衡矩形合口盾构机，包括切削系统（1），其特征在于：还包括驱动系统（2）、盾体系统（6）、排渣系统（7）、管片拼装小车（8）、管片旋转装置（9）、管片运输小车、升降式设备桥（10）和拖车（11），所述切削系统（1）和驱动系统（2）安装于盾体系统（6）上，切削系统（1）位于盾体系统（6）前端，驱动系统（2）带动切削系统（1）运转，切削系统（1）切削出的泥渣通过排渣系统（7）排出，管片运输小车将管片运输至盾体系统（6）内，通过管片旋转装置（9）进行旋转后，管片拼装小车（8）进行管片安装，所述升降式设备桥（10）一端与盾体系统相连接，另一端与拖车（11）相连，所述升降式设备桥（10）在管片拼装小车（8）拼装时进行适应性调整，为管片拼装预留出足够空间，所述升降式设备桥（10）包括第一油缸（1001）、导轨柱（1002）、滑轨（1003）、动滑轮（1004）、导链（1005）、升降梁（1006），所述第一油缸（1001）筒体与导轨柱（1002）相连，油缸杆与滑轨（1003）相连，油缸杆可带动滑轨（1003）在导轨柱（1002）内上下移动；所述升降梁（1006）两端布置有导轮（1007），导轮（1007）安装于滑轨（1003）内可上下移动，升降梁（1006）两侧设置有悬挂排浆管（1008）、线缆（1009）和支架（1010）；动滑轮（1004）固定于滑轨（1003）上侧，导链（1005）绕过动滑轮（1005）一端连接第一油缸（1001）筒体，导链另一端连接升降梁导轮（1007），在油缸（1001）带动滑轨（1003）移动一倍位移时，实现导链（1005）被动提升或下放升降梁（1006）二倍位移，升降式设备桥（10）为后配套多节拖车（11）提供牵引力的同时，为管片旋转腾出空间，并节省管片拼装时管线拆除的时间，所述切削系统（1）包括七个辐条式刀盘，七个刀盘分为大中小三个型号，大号刀盘的数量为一个，中号刀盘的数量为四个，小号刀盘的数量为两个，七个刀盘呈平行轴式三个在前四个在后的方式布置，其中大号刀盘和两个中号刀盘在前，其余刀盘在后，刀盘布置形式适用于长宽比x较大的矩形截面工况，具体在3:2＜x＜2:1范围内。

2.根据权利要求1所述的土压平衡矩形合口盾构机，其特征在于：所述盾体系统（6）的截面呈矩形，盾体系统包括前盾（3）、中盾（4）、尾盾（5）、纠偏油缸（601）、拖拽油缸（602）和顶推油缸（603），前盾（3）、中盾（4）和尾盾（5）前后设置，前盾（3）与中盾（4）之间通过纠偏油缸（601）连接，中盾（4）与尾盾（5）之间采用拖拽油缸（602）连接。

3.根据权利要求2所述的土压平衡矩形合口盾构机，其特征在于：所述前盾（3）包括前盾前（301）和前盾后（302），前盾前（301）和前盾后（302）通过螺栓紧联接；所述中盾（4）包括中盾前（401）和中盾后（402），中盾前（401）和中盾后（402）通过螺栓松联接，在中盾（4）上还布置有主顶油缸顶推支座（403）和升降设备桥固定座（404）。

4.根据权利要求2所述的土压平衡矩形合口盾构机，其特征在于：所述尾盾（5）包括上下布置的顶推油缸支架（501），上下布置的两个顶推油缸支架（501）间预留出上下管片拼装空间，在尾盾下部布置有尾盾移动踏板（502），满足管片运输通过和拼装。

5.根据权利要求4所述的土压平衡矩形合口盾构机，其特征在于：在尾盾移动踏板（502）上部设置有运输轨道（5021），在尾盾移动踏板（502）中间留有旋转油缸升降孔（5022），尾盾移动踏板后端部（5023）与顶推油缸（603）连接，尾盾移动踏板（502）可在顶推油缸（603）的作用下在固定底板（503）上沿隧道轴线方向前后移动。

6.根据权利要求1所述的土压平衡矩形合口盾构机，其特征在于：所述排渣系统（7）包括螺旋输送机（701）和渣土输送泵（702），螺旋输送机（701）和渣土输送泵（702）相协调配合实现隧道内渣土长距离输送；所述螺旋输送机（701）为轴式螺旋输送机；所述渣土输送泵（702）为三套筒式油缸打土泵，用于将渣土泵送至后配套拖车（11）尾部的渣车，实现隧道内渣土长距离输送。

7.根据权利要求1所述的土压平衡矩形合口盾构机，其特征在于：所述管片运输小车为螺栓连接管片式轮对组，所述管片旋转装置（9）可对管片进行姿态调整，所述管片拼装小车（8）为液压驱动，可实现管片的抓举、顶升、微调拼装动作。

8.根据权利要求1所述的土压平衡矩形合口盾构机的管片拼装方法，其特征在于：所述管片拼装方法具体为：

a.下管片拼装：

①升降式设备桥（10）升至最高位置；

②尾盾移动踏板（502）伸出至最后端；

③运输小车将下管节（12）运输至旋转位置；

④管片旋转装置（9）将下管片（12）顶升并旋转90°；

⑤管片旋转装置（9）收回，管片拼装小车（8）将下管片（12）提起并移动到拼装位置；

⑥尾盾移动踏板（502）缩回至尾盾（5）前端，为下管片（12）拼装腾出空间；

⑦管片拼装小车（8）将下管片（12）放入拼装位置，连接管片螺栓；

⑧尾盾移动踏板（502）再次伸出顶紧下管片（12），完成下管片（12）拼装；

b.上管片拼装

①升降设备桥（10）降至最底位置；

②运输小车将上管节（13）运输至旋转位置；

③管片旋转装置（9）将上管片（13）顶升并旋转90°；

④管片旋转装置（9）收回，管片拼装小车（8）将上管片（13）顶升并移动到拼装位置；

⑤尾盾（5）上部顶推油缸（603）缩回，为上管片（13）拼装腾出空间；

⑥管片拼装小车（8）将上管片（13）放入拼装位置，连接管片螺栓；

⑦尾盾（5）上部顶推油缸（603）伸出顶紧上管片（13），完成上管片（13）拼装。