[发明专利]一种土中螺旋牵拉自行走式隧道掘进装置及掘进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掘进装置及掘进方法，其为地下隧道施工技术提供了一种新型的具有自行走前行的掘进装置和方法，为地下空间的更加充分地开发利用提供了技术支持，属于非开挖地下隧道或管道施工领域。

背景技术

目前，地下工程的修建大量采用的盾构施工法和顶管施工法施工均需对掘进装置后方的人工构筑物施加反作用压力才能前行。此作用压力为施工对人工构筑物的临时荷载，其结果使得人工结构物的结构体厚度加大，在隧道内部空间保证功能的情况下，加大隧道开挖直径，造成开挖土方量加大、成本提高和结构材料浪费。同时，还使得掘进机的行走速度受到后方支护结构的安装时间影响。自行走式隧道或管道施工技术及相应掘进设备的出现，为降低这些不必要的影响提供了一种有效的技术和装备。

发明内容

为了解决土体施工过程中，必须对掘进装置后方的人工构筑物施加反作用压力才能前行的问题，本发明提出了一种土中螺旋超前旋入牵拉自行走式隧道掘进技术及其装置。

本发明采用如下技术方案：

一种土中螺旋牵拉自行走式隧道掘进装置，该装置包括有一节以上的筒体，筒体之间彼此相连；第一节筒体上沿筒体的轴线固定有一个以上的螺旋结构，所述螺旋结构绕其自身的轴心旋转，螺旋的自由端伸出至掘进装置前方的土体中。所述螺旋结构与动力驱动源连接。

所述的筒体之间通过液压缸连接。

所述螺旋结构为外缠绕螺纹的可承受轴向拉力的实心轴或空心轴，或为无轴螺旋结构或为能承受轴向拉力的带有外螺纹结构钢骨架。

所述的驱动螺旋机构旋转的动力驱动源布置在掘进机内部或掘进机外部的隧道中或布置在隧道外侧。

所述驱动螺旋机构旋转的动力驱动源的驱动形式为一个驱动源带动一个螺旋结构旋转，或为一个驱动源经过传动机构带动多个螺旋结构旋转。

所述螺旋结构螺纹或螺旋杆料的横截面形式可以是三角形、方形、梯形、锯齿形、圆弧形、圆形、多边形。

螺旋结构与第一节筒体采用径向轴承或推力轴承连接。

螺旋结构为左、右旋向配对使用；所述螺旋结构的螺纹为单头螺纹或多头螺纹。

本发明的装置的工作过程如下：

以与掘进装置伸出进入工作面前方土体的螺旋结构旋转同步或非同步的方式，在掘进机前方使用人工或机械装置挖土，实现利用伸入土中的螺旋结构旋转传动带动掘进机向工作面方向前进的功能。

当掘进装置需要转弯时：

A、调整控制螺旋结构与第一节筒体的联接角度；当欲向左转弯时，使螺旋结构的轴线向左偏移；当欲向右转弯时，使螺旋结构的轴线向右偏移；当欲向上转弯时，使螺旋结构的轴线向上偏移；当欲向下转弯时，使螺旋结构的轴线向下偏移。

B、或调整不同侧螺旋结构转速；当欲向左转弯时，降低左侧螺旋结构的转速；当欲向右转弯时，降低右侧螺旋结构的转速；当欲向上转弯时，降低上侧螺旋结构的转速；当欲向下转弯时，降低下侧螺旋结构的转速。

对于由多节筒体组成的掘进机，还需在采用A方法或B方法的同时，需向左转弯时，控制放置在掘进装置内的连接筒体的右侧的液压缸伸长；当需要向右转弯时，控制放置在掘进装置内的连接筒体的内侧左侧的液压缸伸长；当需要向上转弯时，控制放置在掘进装置内的连接筒体的下侧的液压缸伸长；当需要向下转弯时，控制放置在掘进装置内的连接筒体的上侧的液压缸伸长。

本发明可以取得如下有益效果：

本发明使用布置在隧道掘进机工作面前方一个或多个弹簧式螺旋或骨架外螺旋或筒式外螺旋一端在工作面前方向土体内旋入，螺旋另一端与掘进机用轴承连接，当螺旋在向土体中旋入时带动与之相连的掘进机筒体向螺旋的旋入方向前进，配合掘进机前方挖土装置实现在地下土中自驱动行走式开挖隧道的掘进技术和相应的装置。与目前盾构技术和顶管技术需要后方人工构筑物提供反力才能前进的方式不同，利用此项发明的方法和装置，在前方人工挖土或机械挖土的配合下，可使掘进机实现在土体中自行驱动前行的功能，实现了只使用一节装配有前方螺旋旋入牵拉器的掘进机机体即可在土中前行的功能。

本发明综合整体提高了对整个工作面前方的推力，形成不依赖当前使用技术中必须依赖后方人工构筑物才能前进的情况，同时本发明也不同于依赖掘进筒体外侧人为增阻前行的自行走式掘进技术和装置。