矩形曲线管幕掘进机的制作方法

本发明属于地下空间开挖施工装备技术领域，具体涉及一种矩形曲线管幕掘进机。

背景技术：

管幕暗挖工艺是一种通过小型管幕机实现土体开挖，后部顶进钢管到土体中形成超前支护，然后再开挖施工主体结构的一种新型非开挖地下空间构筑技术，该工法主要用于下穿铁路隧道、地铁联络通道、地铁车站、地下商场等局部地下空间开挖工程。

目前，直线管幕技术已经逐步成熟，国内也有过案例，而曲线管幕还处于技术研究阶段。不同于直线管幕，采用曲线管幕法可以减少钻孔数量，形成更大范围的封闭开挖空间，更易形成压力拱，提高施工安全性，并保证成孔精度。

曲线管幕施工使用设备为曲线管幕机，根据断面的形状可分为圆形与矩形。圆形曲线管幕机技术简单，但是管幕之间密封止水需要采用注浆或者冷冻等辅助工艺，施工成本较高。矩形曲线管幕机能够利用接触面实现密封止水，同时矩形管幕结构本身可以作为工程结构的一部分，可以大大降低成本。因此研制一种矩形曲线管幕机对实现高效、经济的管幕施工具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可应用于矩形曲线管幕的施工的矩形曲线管幕掘进机。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种矩形曲线管幕掘进机，包括盾体、设置在盾体前部的刀盘和驱动系统、设置在盾体后部的矩形钢管节和顶推系统、以及设置在盾体和矩形钢管节内的内部出渣系统，所述盾体和矩形钢管节的横截面均为矩形，其中所述矩形钢管节为薄壳结构，且该矩形钢管节与盾体的尾盾后端固定连接，所述盾体轴线和矩形钢管节轴线均为与曲线管幕曲率相等的曲线。

在上述技术方案中，所述的驱动系统包含行星齿轮机构，刀盘在驱动系统的行星齿轮与中心轮的共同作用下进行自传与公转完成矩形截面的仿形开挖，所述刀盘开挖面积小于1m²。

在上述技术方案中，所述的顶推系统包括底座、顶推油缸和夹紧装置，所述夹紧装置夹紧在矩形钢管节外壁上，所述顶推油缸的安装座固定在底座上，其活塞杆与夹紧装置连接。

在上述技术方案中，所述的夹紧装置包括第一夹紧臂、第二夹紧臂和分别设置在第一夹紧臂和第二夹紧臂上的压板，所述第一夹紧臂和第二夹紧臂上端铰接形成剪叉结构，剪叉结构的顶端设有夹紧油缸，所述夹紧油缸的底座和活塞杆分别对应安装在第一夹紧臂和第二夹紧臂的顶端，所述剪叉结构随着夹紧油缸的伸缩实现开合，该剪叉结构将所述压板夹紧在矩形钢管节的外壁上形成全包围结构。

在上述技术方案中，所述的压板设置在矩形钢管节的外壁四角处，其结构为由垂直设置的横压板和竖压板构成的直角板状结构，四个压板的横压板和竖压板连接处对应铰接在第一夹紧臂和第二夹紧臂的上部和下部。

在上述技术方案中，所述的横压板和竖压板的自由端内表面的粗糙度大于连接段的粗糙度。

在上述技术方案中，所述的横压板和竖压板的自由端均进行压花处理。

在上述技术方案中，所述的盾体包括前盾、中盾和尾盾，所述前盾和中盾通过外置螺栓组件连接，其中，所述的中盾由前部和后部两部分组成，中盾前部、中盾后部和尾盾通过铰接系统连接。

在上述技术方案中，所述的盾体左右两侧外壁上分别设置有用于与曲线管幕管节纵向互锁的凹槽与凸榫，保证掘进机沿着曲线管幕的榫槽方向进行顶进。

在上述技术方案中，所述的前盾周边四个面上均设置一泥浆孔，泥浆孔内侧连接有自动控制阀门，实现盾体实时打土辅助纠偏功能。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过新型驱动与刀盘开挖系统实现矩形截面的仿形开挖，可应用于矩形曲线管幕的施工，能形成更大范围的封闭开挖空间，更易形成压力拱，提高了施工安全性；

2、本发明通过设置横截面为矩形的盾体和矩形钢管节及两侧的纵向互锁的凹槽与凸榫，可实现结构止水密封功能，简化了施工工艺，可降低施工成本；

3、本发明包含的矩形钢管节与盾体的尾盾后端固定连接，能够保证盾体与钢管管节的整体刚度，并且盾体与矩形钢管节纵向轴线具有与曲线管幕相同的曲率，便于精准施工；

4、本发明采用该顶推及加紧方案能够增大夹紧机构与管片接触面积，增大摩擦力，进而增大顶推力，且不会产生弯矩；

5、本发明采用多级铰接机构，能够使调向更加灵活，伸缩方向一致；

6、本发明在前盾体四周设置的泥浆孔，可实现盾体实时打土辅助纠偏功能，是实现姿态控制的一种经济有效的方法；

7、综上所述，本发明整体结构设计合理，采用曲线顶进，能够形成压力拱，保证土体的稳定性，满足更大空间开挖的需求；相较于传统管幕顶进方案，本发明采用了结构止水密封方式，简单经济；具备油缸纠偏与注浆辅助纠偏的多功能纠偏系统，有效控制姿态；提供一种新型的推进系统，该系统能够适应曲线顶管的调整要求，保证施工精准高效进行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图及刀盘、驱动系统和盾体的连接关系放大示意图；

图2是盾体的结构示意图和泥浆阀门入口的放大结构示意图；

图3是盾体的断面结构示意图；

图4是顶推系统的结构示意图；

图5是夹紧装置的结构示意图。

图中标号所代表的意义为：1、刀盘，2、驱动系统，3、盾体，31、前盾、301、自动控制阀门，32、中盾，33、尾盾，34、铰接系统，35、凹槽与凸榫，4、出渣系统，5、导向系统，6、顶推系统，61、夹紧装置，611、剪叉结构，611a、第一夹紧臂，611b、第二夹紧臂，612、压板,62、顶推油缸，63、底座，7、矩形钢管节。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：参见图1至图5，一种矩形曲线管幕掘进机，包括盾体3、设置在盾体3前部的刀盘1和驱动系统2、设置在盾体1后部的矩形钢管节7和顶推系统6、以及设置在盾体3和矩形钢管节内的内部出渣系统4，所述盾体3和矩形钢管节7的横截面均为矩形，其中所述矩形钢管节7为薄壳结构，且该矩形钢管节与盾体3的尾盾后端固定连接，所述盾体轴线和矩形钢管接轴线均为与曲线管幕曲率相等的曲线。

所述的驱动系统2包含行星齿轮机构，刀盘1在驱动系统2的行星齿轮与中心轮的共同作用下进行自传与公转完成矩形截面的仿形开挖，所述刀盘1开挖面积小于1m²。

所述的顶推系统6包括底座、顶推油缸和夹紧装置61，所述夹紧装置61夹紧在矩形钢管节7外壁上，所述顶推油缸的安装座固定在底座63上，其活塞杆与夹紧装置61连接。

所述的夹紧装置包括第一夹紧臂611a、第二夹紧臂611b和分别设置在第一夹紧臂和第二夹紧臂上的压板612，所述第一夹紧臂611a和第二夹紧臂611b上端铰接形成剪叉结构611，剪叉结构611的顶端设有夹紧油缸，所述夹紧油缸的底座和活塞杆分别对应安装在第一夹紧臂611a和第二夹紧臂611b的顶端，所述剪叉结构611随着夹紧油缸的伸缩实现开合，该剪叉结构611将所述压板612夹紧在矩形钢管节的外壁上形成全包围结构。所述的压板设置在矩形钢管节的外壁四角处，其结构为由垂直设置的横压板和竖压板构成的直角板状结构，四个压板的横压板和竖压板连接处对应铰接在第一夹紧臂611a和第二夹紧臂611b的上部和下部。所述的盾体3包括前盾31、中盾32和尾盾33，所述前盾31和中盾32通过外置螺栓组件连接，其中，所述的中盾32由前部和后部两部分组成，中盾前部、中盾32后部和尾盾33通过铰接系统连接。

所述的盾体3左右两侧外壁上分别设置有用于与曲线管幕管节纵向互锁的凹槽与凸榫35，保证掘进机沿着曲线管幕的榫槽方向进行顶进。所述的前盾周边四个面上均设置泥浆孔，泥浆孔内侧连接有自动控制阀门，向泥浆孔内注入泥浆，实现盾体实时打土辅助纠偏功能。所述的铰接系统为由多个铰接油缸形成的多级铰接结构形式。

实施例2，图未画出，实施例2与实施例1结构基本相同，不同的是：为了增加压板与矩形钢管节之间的摩擦力，提高夹紧力，所述的横压板和竖压板的自由端均设有向上的若干个向上的凸起，或者所述的横压板和竖压板的自由端均进行压花处理。

实施例3，实施例3与实施例1结构基本相同，不同的是：所述的横压板和竖压板的自由端内表面上均设有向上的凸台形成夹紧凸台，采用该结构的压板，便于使压板和矩形钢管节外壁接触，且增加压板与矩形钢管节之间的摩擦力，提高夹紧力。