[發明專利]一種矩形盾構機及其控制方法

有效

• 申請號: 201410837324.0
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104500084A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 石元奇;朱雁飛;梁赟露;王興;黃健;張閔慶;顧建江;黃德中
• 申請（專利權）人: 上海隧道工程股份有限公司;上海隧道工程有限公司;上海隧道盾構工程有限公司
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D9/093
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 曾耀先

技術領域

本發明涉及隧道盾構施工技術領域，尤其是指一種矩形盾構機及其控制方法。

背景技術

隨著城市地下空間的大規模的開發，盾構法施工技術因其對地上、地下構筑物、周邊環境影響小，保證交通通行、減少道路中斷、管線搬遷等優勢，越來越多地被應用于城市道路、地下共同溝、地鐵隧道施工，縱觀國內外盾構技術的發展，其趨勢將是多元化和多樣化的。在隧道斷面方面，除了向超大直徑斷面隧道發展以外，也向異形斷面隧道發展。從隧道的使用功能來分析，公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道、人行地道、地下共同溝的斷面形式以矩形或類矩形最為合適，最為經濟，因而矩形盾構的研發和應用意義十分重大。

然而，矩形盾構技術在發展的同時也面臨著諸多的挑戰，其中，切削刀盤的控制方法就是重要的挑戰之一。通常的刀盤控制方法不能保證矩形盾構多刀盤之間的切削始終保持同步進行，這樣會影響隧道施工質量。因此，有必要對現有矩形盾構刀盤的控制方法進行改進。另外，切削刀盤也是重要的挑戰之一。通常的切削刀盤不能實現全斷面切削作用，將直接影響隧道施工質量。

其次，管片拼裝機也是重要的挑戰之一。通常的管片拼裝機只能實現六個方向的自由度調節，然而在實際的拼裝過程中，管片的實際位置并不會這么規則的沿著這六個自由度，因此會造成實際拼裝管片過程中造成管片定位的不準確，影響管片拼裝的速度以及質量。

另外，用于連接盾構殼體的密封結構也是重要的挑戰之一。目前，現有盾構的前后段殼體一般會通過鉸接方式連接起來，為了防止泥水倒灌，在前后殼體的搭接處安裝密封結構。而在現有大斷面矩形或類矩形盾構殼體的加工制造中，很難保證其前后段殼體外周的尺寸精度，因而，在安裝鉸接后，前段殼體和后段殼體之間存在間隙尺寸有偏差。若僅采用普通現有的方式密封，則會導致壓密量的不均勻。

因此，對現有的矩形盾構進行改進是本領域亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于上述問題，本發明提供了一種矩形盾構機，包括前段殼體、后段殼體、設置于所述前段殼體前端的刀盤裝置、設置于所述后段殼體上的管片拼裝系統，以及設置于所述前段殼體與所述后段殼體之間的鉸接密封結構，其中：

所述刀盤裝置包括按設定角度差設置于所述前段殼體的前端的第一刀盤和第二刀盤、位于所述第一刀盤和所述第二刀盤后方的偏心多軸異形刀盤、用于驅動所述第一刀盤作圓周運動的第一刀盤驅動、用于驅動所述第二刀盤作圓周運動的第二刀盤驅動、以及用于驅動所述偏心多軸異形刀盤作偏心回轉運動的偏心多軸異形刀盤驅動，其中，所述第一刀盤與所述第二刀盤均為X形輻條式結構刀盤，所述設定角度差為80度至100度，所述第一刀盤與所述第二刀盤的中心距小于所述第一刀盤與所述第二刀盤的半徑之和。

本發明的矩形盾構機，刀盤裝置由在第一個工作面切削的第一刀盤和第二刀盤兩個大刀盤以及在第二個工作面切削的偏心多軸異形刀盤組成，使其能進行超大矩形斷面的矩形隧道施工。第一刀盤和第二刀盤在第一個工作面對開挖面主要部分進行挖掘，并同時支護開挖面的土體，利用偏心多軸異形刀盤對第一刀盤和第二刀盤所切削斷面的間隙進行第二個工作面進行切削，使整個開挖面呈矩形，完成全斷面切削。第一刀盤和第二刀盤的設計應保證了相互之間不發生碰撞，以使第一刀盤和第二刀盤在矩形斷面中切削最大面積，在第一刀盤和第二刀盤切削面積外切削不到的部分由偏心多軸異形刀盤進行切削，并且偏心多軸異形刀盤的切削面積大于第一刀盤和第二刀盤不能切削的面積，使整個開挖面呈矩形，從而達到全斷面切削。

本發明矩形盾構機的進一步改進在于，所述設定角度差為90度。

本發明矩形盾構機的進一步改進在于，所述第一刀盤和所述第二刀盤均包括刀盤座和沿圓周對稱設置于所述刀盤座上的兩個扇形刀盤。

本發明矩形盾構機的進一步改進在于，所述前段殼體的前端面開設有供所述第一刀盤驅動的第一驅動軸穿設的第一連接孔和供所述第二刀盤驅動的第二驅動軸穿設的第二連接孔，所述第一驅動軸通過高強螺栓與所述第一刀盤的刀盤座相連接，所述第二驅動軸通過高強螺栓與所述第二刀盤的刀盤座相連接。

本發明矩形盾構機的進一步改進在于，所述偏心多軸異形刀盤包括中間連接桿和對稱設置于所述中間連接桿兩端的兩個長條形刀盤。

本發明矩形盾構機的進一步改進在于，所述偏心多軸異形刀盤驅動包括主軸承座、固接于所述主軸承座上的偏心曲軸和固接于所述偏心曲軸上的軸承支座，所述軸承支座通過高強螺栓與所述偏心多軸異形刀盤相連接。