[发明专利]无刀盘式土压平衡盾构机

说明书

技术领域

本发明属于盾构机技术领域，具体涉及一种无刀盘式土压平衡盾构机。

背景技术

目前，国内外既有的土压平衡盾构机中，均采用刀盘—刀具切削系统。在圆形盾构机中，刀盘作回转运动，在椭圆形、矩形或其他异形盾构机中，刀盘通过曲柄连杆机构作平面运动。根据地质条件和工程条件的需要，在刀盘上安装有滚刀、切刀、刮刀等各种刀具。刀具随着刀盘的运动而运动，本身不做主动自转。由于刀盘的运动速度很低（每分钟几转），因而刀具的切削线速度也很低，制约了切削效率的提高。同时由于刀具在刀盘上所处的位置不同，各个刀具的切削线速度存在很大差异，因而工作寿命也存在很大差异。

发明内容

本发明的目的是针对目前采用刀盘—刀具的土压平衡盾构机存在的缺陷，提供一种无刀盘的土压平衡盾构机。在该盾构机中不设置刀盘，每个刀具能独立主动自转。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的无刀盘式土压平衡盾构机，包括切削刀具、刀轴、螺旋集渣器、土压平衡舱、分动箱、减速机、驱动马达、渣土输送机、土压平衡舱隔板、滑动托架、伸缩油缸、推进油缸、气压过渡舱、前盾、中盾、后盾、中盾隔板组成；土压平衡舱隔板由土压平衡舱活动隔板和土压平衡舱固定隔板组成；在前盾的前边装有切削刀具，切削刀具由截割头和分布在上面的截齿组成，每个截割头与一个刀轴的一端固连，刀轴的另一端与动力传动装置相连；动力传动装置由分动箱以及与分动箱相连的减速机和驱动马达组成；位于盾构机上半部的动力传动装置中的分动箱的前端固定在土压平衡舱的活动隔板上，与分动箱相连的减速机和驱动马达由滑动装置支撑，滑动装置的后边与伸缩油缸相连。

位于盾构机下半部的动力传动装置中的分动箱的前端固定在中盾支撑板上，而与分动箱相连的减速机和驱动马达由支撑架支撑，支撑架下端固定在中盾后端；与装配在盾构机下部动力传动装置相连的刀轴上装有螺旋集渣器，渣土输送机的入口位于螺旋集渣器的后方；在中盾隔板上设有止回阀；切削刀具在与前盾垂直的横截面上的投影呈矩阵式排列。

所述的土压平衡舱活动隔板通过螺栓与土压平衡舱固定隔板和前盾连接在一起。

所述的滑动装置由滑动托架、滑靴和导轨所组成；减速机和驱动马达固装在滑动托架上，滑动托架的下方设有滑靴，它扣在导轨上，导轨固定在中盾支撑台上，滑动托架的后方与伸缩油缸相连。

本发明采用该技术方案后产生了以下优点。

1．切削效率高

刀具的切削效率与刀具的线速度紧密相关。以直径为4m的有刀盘圆形盾构机为例，它的适中转速为（3r/min），那么安装在刀盘上的刀具的平均切削线速度为0.314m/s。而采用无刀盘且刀具独立主动自转的方式，截割头的适中转速为30r/min，截割头的回转半径若设为400mm，则截齿的切削线速度可达1.256 m/s，为前者的4倍。

2．工作寿命均衡

对于有刀盘盾构机，由于布置在刀盘上的各个刀具的径向位置不同，因而各个刀具随刀盘转动所经历的路径也不相同，势必造成刀具的磨损速度也不相同。靠刀盘外圈的刀具磨损快，靠刀盘内圈的刀具磨损慢，这样会增加换刀的次数，影响施工效率的提高。

而无刀盘的盾构机，采用每个刀具独立主动自转的方式，全部刀具主动自转的转速相同，因而所有刀具的线速度基本相同，使其工作寿命非常接近，这样可实现批量式整体换刀，大大节省换刀时间，提高盾构机的掘进效率。

3．方向控制性好

对于有刀盘盾构机，由于刀盘的转动惯量很大，有可能使盾构机沿刀盘旋转方向滚动。为了纠正这种滚动偏差，只有使刀盘反转。如此反复进行刀盘的正反转操作，虽然可以稳定盾构机的掘进方向，但存在着一定的操控难度。若掌握不好，会使掘进方向出现较大的偏差。

而本发明中，不同刀轴上的螺旋集渣器的叶片呈相反方向的布置，这说明不同刀轴的旋转方向是相反的，目的在于平衡不同刀轴刀具之间的旋转惯性力，避免出现盾体滚动，因此勿需进行滚动纠偏。

4．对隧道断面的适应性强

对于有刀盘盾构机，最为适应的是圆形断面。对于矩形、椭圆形等特异断面，则必须通过复杂的曲柄连杆机构、摆动机构或仿形机构来控制刀具的切削轨迹。而对于无刀盘矩阵式布刀的盾构机，只需改变矩阵排列的形式，即可适应各种复杂形状的隧道断面。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图；

图2是图1A-A剖视图；

图3是矩形盾构机的布刀示意图；

图4是圆形盾构机的布刀示意图。