[發明專利]一種地下掘進裝置及其掘進方法

有效

• 申請號: 201710080596.4
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106703821B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 莊仲旬;殷德順;任江濤;胡浩
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08
• 代理公司: 32224 南京縱橫知識產權代理有限公司
• 代理人: 董建林

本發明公開一種地下掘進裝置及其掘進方法，包括盾構機，所述盾構機包括刀盤，刀盤上有數組切刀；在盾構殼體內部靠近刀盤處固定有超聲波振動棒，超聲波振動棒包括換能器、變幅桿和超聲波發射頭，所述超聲波發射頭探出刀盤。其掘進方法包括：S1、打開超聲波振動棒及輔助超聲波振動棒，振動棒所發出的高頻振動通過其發射頭傳遞給未被開挖的土層，使其變得松散；S2、再轉動刀盤，切刀開始切削被超聲振動作用過的土層；隨著刀盤不斷向前推進，超聲振動?切削這一過程不斷循環進行，實現對土體的高效開挖。本發明將超聲破碎?盾構挖掘這兩個過程結合起來，不僅可以有效提高掘進速率，還可以減少盾構機刀頭磨損，延長其使用壽命，從而降低工程成本。

技術領域

本發明涉及地下工程施工技術領域，具體涉及一種地下掘進裝置。

背景技術

盾構法作為一種全機械化施工方法，屬于暗挖法的范疇，距今已有170余年的歷史。盾構法多適用于松軟含水地層，該地層中的土質以粘土或含粘粒砂土為主，在這種環境下進行掘進施工的盾構機，其刀頭磨損問題不容忽視。一般來說，盾構施工時面對的軟土為原狀土，而原狀軟土在天然沉積過程中，土顆粒會形成一定的骨架結構的聚集體，顆粒間的接觸點在長期的物理化學作用下會產生膠結，從而使得原狀土具有結構性和結構強度。

此外，隨著我國基礎設施建設的不斷完善，越來越多的地鐵、隧道建設被提上了日程。地下掘進作業的時間緊、任務重，因此很有必要找到一種能夠有效提升挖掘速率的方法，在保證工程質量的前提下盡可能縮短工期，降低成本。

發明內容

針對上述現有技術中的不足，本發明提供了一種將傳統的盾構開挖與超聲振動結合成為一種新型的綜合地下掘進裝置及其掘進方法，具有很好的可行性和較高的工程應用價值。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種地下掘進裝置，包括盾構機，所述盾構機包括一刀盤，所述刀盤上有數組切刀；在盾構殼體內部靠近刀盤處固定有超聲波振動棒；刀盤中心位置固定有輔助超聲波振動棒；其中，所述超聲波振動棒和輔助超聲波振動棒均包括換能器、變幅桿和超聲波發射頭，所述超聲波發射頭探出刀盤。

優選的，所述超聲波發射頭探出刀盤的長度與切刀探出刀盤的長度相當。

優選的，所述切刀以同心圓方式布置；所述超聲波發射頭凸出的位置設置在刀盤的橫、縱兩條中軸線上，且所述超聲波振動棒的超聲波發射頭均夾設在兩把相對稱的切刀中心處。

優選的，所述輔助超聲振動棒的超聲波發射頭的橫截面積為所述超聲波振動棒超聲波發射頭橫截面積的2～3倍。

優選的，所述超聲波振動棒的數量根據刀盤的直徑與其本身的超聲波發射頭直徑確定，且保證相鄰超聲波振動棒的間距與其超聲波發射頭直徑的比值為5:1～7:1。

優選的，所述切刀的數量為所述超聲波振動棒數量的兩倍。

優選的，所述換能器安裝有散熱扇。

一種利用上述地下掘進裝置的地下掘進方法，將超聲振動和盾構開挖相結合，包括如下步驟：

S1、打開超聲波振動棒及輔助超聲波振動棒，振動棒所發出的高頻振動通過其發射頭傳遞給未被開挖的土層，使其變得松散；

S2、再轉動刀盤，切刀開始切削被超聲振動作用過的土層；隨著刀盤不斷向前推進，超聲振動-切削這一過程不斷循環進行，實現對土體的高效開挖。

本發明的有益效果在于：