一种隧道掘进机掘进方法及应用该方法的非开挖隧道掘进机的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道掘进机掘进方法及应用该方法的非开挖隧道掘进机，该方法主要包括：步骤1：挖掘刀盘在挖掘区域进行掘进机一次推进行程量的掘进，形成点掘进区域；步骤2：挖掘刀盘变轨，按步骤1继续进行掘进机一次推进行程量的掘进，形成下一个点掘进区域；步骤3：重复完成若干次步骤2，形成若干个点掘进区域，由若干个点掘进区域相连而成的第一个中间掘进区域；步骤4：挖掘刀盘在整体挖掘区域内进行变轨，顺次完成步骤1、步骤2及步骤3，形成下一个中间掘进区域；步骤5：重复完成若干次步骤4，形成若干个中间掘进区域，若干个中间掘进区域相连完成整体掘进区域的面掘进工作。本发明能减少正面的阻力，便于简化整体掘进系统结构。
【专利说明】
一种隧道掘进机掘进方法及应用该方法的非开挖隧道掘进机
技术领域
[0001]本发明具体涉及一种隧道掘进机掘进方法及应用该方法的非开挖隧道掘进机。
【背景技术】
[0002]隧道掘进机是城市地铁建设和管廊施工建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术装备。采用隧道掘进机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迀。这种设备的技术开发与应用，在各国地下工程领域均具有十分广阔的前景。
[0003]隧道掘进机是非开挖隧道施工的主要装备，其掘进方法是:采用直径略大于机外径的大刀盘旋转挖掘，大刀盘均布多把挖土刀具，同步“吃土”，其土渣经由土仓、通过输送机械运出至地表，此传统方法的技术特征是多刀同面、同步旋挖、强力顶推、强力旋转、土仓平衡、输送运土。
[0004]现有非开挖隧道掘进装备，通常采用直径略大于个截面的大刀盘旋挖掘进，多有土仓，在整个刀盘扭动时，需要巨大的驱动矩扭力和巨大的掘进推力，令整个旋挖掘进过程中存在能耗大和掘进速度低等缺陷，且对不同地质工况的适应能力有限，挖掘过程中遇到硬质岩石往往需要停工爆破，影响交付工程。为此，为了提升掘进速度、适应快速推进的隧道掘进设备，有必要对设备的掘进方法进行改进。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种隧道掘进机掘进方法，可适应小推力掘进机，刀盘驱动扭矩小，能耗小，掘进速度快，便于简化整体掘进系统结构。
[0007]本发明描述的一种隧道掘进机掘进方法，其特征在于:它采用可相对于掘进机的机头进行移动的挖掘刀盘进行掘进，该挖掘方法将掘进区域分为若干个中间掘进区域，所述若干个中间掘进区域拼接为整体掘进区域；
该方法包括以下步骤:
步骤1:挖掘刀盘在挖掘区域进行掘进机一次推进行程量的掘进，形成点掘进区域；步骤2:挖掘刀盘在整体挖掘区域内进行变轨，按步骤I继续进行掘进机一次推进行程量的掘进，形成下一个点掘进区域；
步骤3:重复完成若干次步骤2，形成若干个点掘进区域，由所述若干个点掘进区域相连而成的第一个中间掘进区域；
步骤4:挖掘刀盘在整体挖掘区域内进行变轨，顺次完成步骤1、步骤2及步骤3，形成下一个中间掘进区域；
步骤5:重复完成若干次步骤4，形成若干个中间掘进区域，所述若干个中间掘进区域相连完成整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作。
[0008]在具体的掘进施工过程中，合理设置中间掘进区域的密度，是完全可以在完成上述步骤5后实现整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作。
[0009]如完成上述步骤5后，如所有中间掘进区域相连仍存在遗漏区域而未能完成整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作，则按步骤I或者按步骤I和步骤2的组合，通过一个或若干个点掘进区域对遗漏区实现按掘进机一次推进行程量进行补充行程量的面掘进工作。
[0010]本发明所述的隧道掘进机掘进方法，其可通过三种刀具实现:
1、所述挖掘刀盘为冲击锤，所述的点掘进区域形成过程中，冲击锤通过撞击完成对点掘进区域进行掘进;在步骤2中，冲击锤在完成上一步骤的点掘进区域挖掘后，退回并变轨再进行下一个点掘进区域的掘进。期间，冲击锤通过来回反复撞击完成对同一的点掘进区域进行掘进，每一次对该点掘进区域进行撞击后沿反方向退回，再进行下一次的撞击动作。
[0011]2.挖掘刀盘为具有端面切削刃的切削刀具，该切削刀具通过端面刃对点掘进区域进行端面挤压旋转切削，该切削刀具完成对前一个点掘进区域的切削动作后，反向退回，再变轨前行对后一个点掘进区域进行切削动作。
[0012]3.所述挖掘刀盘为具有双面刃的切削刀具，该切削刀具通过端面的刀刃完成对第一个点掘进区域的进行端面挤压旋转切削动作后，直接变轨对后续的点掘进区域通过侧面的刀刃进行侧面铣削动作。
[0013]本发明所述的隧道掘进机掘进方法，其在具体实施过程中，对于中间掘进区域的形成可采取下述两种形式:
1.所述步骤2中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行以整体掘进区域的中心为圆心的圆周方向变轨，步骤3及步骤4中形成的每一个中间掘进区域构成环形掘进区域;所述步骤4中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行逐渐接近或逐渐远离整体掘进区域的中心方向变轨。
[0014]2.所述步骤2中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行逐渐接近或逐渐远离整体掘进区域的中心方向变轨，步骤3及步骤4中形成的每一个中间掘进区域构成径向的线形掘进区域；所述步骤4中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行以整体掘进区域的中心为圆心的圆周方向变轨。
[0015]进一步来说，基于上述技术方案，本发明所述的隧道掘进机掘进方法，在具体的施工过程中，可以就具体步骤进行细化:在步骤2中形成的下一个点掘进区域与上一步骤的点掘进区域相连接;在步骤4中形成的下一个中间掘进区域与上一个中间掘进区域相连接。
[0016]另外地，上述任一技术方案所述的隧道掘进机掘进方法，该挖掘刀盘的一次进给掘进面小于掘进机半径，更有利于是实现小区域形成整体掘进，实现以更小的挖掘力快速完成隧道截面的掘进。
[0017]同时，本发明还提供了一种非开挖隧道掘进机，它包括机头，机头上安装可相对于机头进行移动的挖掘刀盘，所述挖掘刀盘按照上述任一技术方案所述的掘进方法完成对整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作。
[0018]本发明的有益效果是:本发明采用可相对于掘进机的机头进行移动的挖掘刀盘进行掘进，并将掘进区域分为若干个中间掘进区域，通过由点掘进区域形成中间掘进区域，再由中间掘进区域形成最终整体掘进面的全面掘进，形成点环面或者点线面的掘进方法，改善传统笨重大刀盘多刀同步旋挖掘进的缺陷，减少正面的阻力和刀盘旋转动力下降，可适应小推力掘进机，刀盘驱动扭矩小，能耗小，掘进速度快，便于简化整体掘进系统结构，有效实现掘进机整体轻量化、大幅度地节能减排，有效解决原有存在掘进推力大，刀盘驱动扭矩大，能耗大，掘进速度低等缺陷。
[0019]
【附图说明】
[0020]图1是本发明最佳实施例的掘进轨迹示意图。
[0021 ]图2是本发明第二种实施例的掘进轨迹示意图。
[0022]图3是本发明所述挖掘刀盘的驱动原理示意图。
[0023]图4是本发明所述挖掘刀盘在隧道掘进机内的工作状态结构示意图。
[0024]
【具体实施方式】
[0025]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026]如图1所示，本发明描述的一种隧道掘进机掘进方法，它为本发明的最佳实施例，它采用可相对于掘进机的机头进行移动的挖掘刀盘进行掘进，该挖掘方法将掘进区域分为若干个中间掘进区域，若干个中间掘进区域拼接为整体掘进区域；
该方法包括以下步骤:
步骤1:挖掘刀盘在挖掘区域进行掘进机一次推进行程量的掘进，形成点掘进区域，期间，如挖掘刀盘未能在一次吃刀的情况下完成掘进机一次推进行程量的掘进，那么，该挖掘刀盘可在该点掘进区域施行多次掘进，直至完成掘进机一次推进行程量的掘进，再进入下一步骤。
[0027]步骤2:挖掘刀盘在挖掘区域内进行变轨，然后按步骤I继续进行掘进机一次推进行程量的掘进，形成与上一步骤的点掘进区域相连接的下一个点掘进区域；
步骤3:重复完成若干次步骤2，形成若干个点掘进区域，由所述若干个点掘进区域相连而成的第一个中间掘进区域；
步骤4:挖掘刀盘在整体挖掘区域内进行变轨，顺次完成步骤1、步骤2及步骤3，形成与下一个中间掘进区域与上一个中间掘进区域相连接的下一个中间掘进区域；
步骤5:重复完成若干次步骤4，形成若干个中间掘进区域，所述若干个中间掘进区域相连完成整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作。
[0028]在具体的掘进施工过程中，合理设置中间掘进区域的密度，是完全可以在完成上述步骤5后实现整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作。
[0029]如完成上述步骤5后，如所有中间掘进区域相连仍存在遗漏区域而未能完成整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作，则按步骤I或者按步骤I和步骤2的组合，通过一个或若干个点掘进区域对遗漏区实现按掘进机一次推进行程量进行补充行程量的面掘进工作。
[0030]本实施例中，对于中间掘进区域的形成可采取下述施工形式:上述步骤2中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行以整体掘进区域的中心为圆心的圆周方向变轨，该圆周方向除了图I所示的同一圆周方向，还可实现不同半径的圆周变轨或者是周向的“Z”型变轨，使得步骤3及步骤4中最终形成的每一个中间掘进区域构成环形掘进区域;此时，与圆周方向变轨方式配合，步骤4中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行逐渐接近或逐渐远离整体掘进区域的中心方向变轨，以此形成了形成点、环、面的掘进方法，形成环状覆盖的形式进而构成对整体掘进区域的掘进。
[0031]另外地，上述任一技术方案所述的隧道掘进机掘进方法，该挖掘刀盘的一次进给掘进面小于掘进机半径，更有利于是实现小区域形成整体掘进，实现以更小的挖掘力快速完成隧道截面的掘进。
[0032]本发明所述隧道掘进机掘进方法的第二种实施例:
参见图2所示，本实施例与上述最佳实施例的基本步骤一致，稍有不同的步骤3和步骤4的变轨形式，具体是:步骤2中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行逐渐接近或逐渐远离整体掘进区域的中心方向变轨，该逐渐接近或逐渐远离整体掘进区域的中心方向变轨的形式不限于图2所示的直线变轨形式，它还可以是在不同的半径上实施变轨或者是径向的“Z”型变轨，只要满足是逐渐接近或逐渐远离整体掘进区域的中心方向变轨即可，该变轨方式使得步骤3及步骤4中形成的每一个中间掘进区域构成径向的线形掘进区域;所述步骤4中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行以整体掘进区域的中心为圆心的圆周方向变轨，以此形成了形成点、线、面的掘进方法，通过扇形覆盖的形式进而构成对整体掘进区域的掘进。
[0033]上述实施例中，还可以根据具体工况将整体掘进区域(即隧道掘进端面)分为每个为圆周方向一定度数(例如90度或者180度)的若干个分区域，按照上述的掘进方法顺次对各个分区域实施全面掘进，最终完成对整体掘进区域的掘进工作。
[0034]以上实施例所体现本发明所述的隧道掘进机掘进方法，其可通过三种刀具实现:
1、挖掘刀盘为圆截面的冲击锤，可使用地质钻探器械中的潜孔锤。所述的点掘进区域形成过程中，冲击锤通过撞击完成对点掘进区域进行掘进，留下一个与冲击锤直径大小的掘进坑。期间，冲击锤通过来回反复撞击完成对同一的点掘进区域进行掘进(即俗称的“吃土”)，每一次对该点掘进区域进行撞击后沿反方向退回，再进行下一次的撞击动作。为了避免产生遗漏区域，冲击锤的撞击掘进方式采用点掘进区域部分叠合方式，即下一个的点掘进区域与上一个点掘进区域部分重叠，多出的部分为月牙形构成下一个点掘进区域的实际掘进(吃土 )部分。
[0035]2.该挖掘刀盘为具有端面切削刃的圆盘状切削刀具，该切削刀具是在前端面设置切削刃，其切削原理是剪切力切削，该类切削刀具在机械刀具领域中是常用端面加工刀具，该刀具工作时是通过端面刃对点掘进区域进行端面挤压旋转切削。在掘进机掘进施工时，该切削刀具完成对前一个点掘进区域的切削动作后，留下一个与切削刀具直径大小的掘进坑，随后反向退回，再变轨前行对后一个点掘进区域进行切削动作。期间，为了避免产生遗漏区域，切削刀具的掘进方式采用点掘进区域部分叠合方式，即下一个的点掘进区域与上一个点掘进区域部分重叠，多出的部分为月牙形构成下一个点掘进区域的实际掘进(吃土)部分。
[0036]3.所述挖掘刀盘为具有双面刃的切削刀具，该类刀具在端面与侧面均设置有刀刃，其切削原理是剪切力切削，通过端面刀刃对切削的正面进行旋转挤压切削，通过侧面刀刃对切削区域进行铣削，该类切削刀具在机械刀具领域中是常用机械加工刀具。在本掘进方法中，该切削刀具通过端面的刀刃完成对第一个点掘进区域的进行端面挤压旋转切削动作后，直接变轨对后续的点掘进区域通过侧面的刀刃进行侧面铣削动作。
[0037]上述掘进方法，可通过如图3所示的驱动装置进行驱动，该驱动装置包括绕掘进机中轴旋转的中心转架2，中心转架2上设置有纵向轴3，该纵向轴3上设置有可沿纵向轴3上下移动的纵向驱动件4，该纵向驱动件4可为液压油缸、气缸、电动升降器或者连杆机构，该纵向驱动件4上连接有用于驱动挖掘刀盘前后移动的进给伸缩驱动件5，挖掘刀盘随着进给伸缩驱动件5的前后伸缩，可实现上述冲击锤或具有端面切削刃的圆盘状切削刀具在掘进工作中的进退动作，或者实现将具有双面刃的切削刀具输送至掘进区域。最后通过中心转架
2、纵向轴3、纵向驱动件4及进给伸缩驱动件5相互配合工作，即可实现上述最佳实施例的点、环、面或第二种实施例的点、线、面掘进方法。
[0038]除了上述驱动方法，一般机械设计人员或者是机械操作工，特别是机床的设计人员或者操作工，均可容易或者其他的驱动方式，只要实现整体转动、在整体转动基础上实现上下移动、随即在上下移动的机构上实现前后伸缩进给即可，这些都可以是常规常见的机械驱动部件。
[0039]同时，基于上述掘进方法，本发明还提供了一种非开挖隧道掘进机，它包括机头6，机头6上安装可相对于机头进行移动的挖掘刀盘7，所述挖掘刀盘7按照上述任一技术方案所述的掘进方法完成对整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作。期间，挖掘刀盘7在进行掘进时产生的渣物(例如是泥土、碎石等)通过排渣管道8实行连续或间歇地向地表面排出。排渣管道8的排渣方式可通过螺杆、输送带或者是高压气流等方式进行排渣。
[0040]综上，本发明采用可相对于掘进机的机头进行移动的挖掘刀盘进行掘进，并将掘进区域分为若干个中间掘进区域，通过由点掘进区域形成中间掘进区域，再由中间掘进区域形成最终整体掘进面的全面掘进，形成点环面或者点线面的掘进方法，改善传统笨重大刀盘多刀同步旋挖掘进的缺陷，减少正面的阻力和刀盘旋转动力下降，可适应小推力掘进机，刀盘驱动扭矩小，能耗小，掘进速度快，便于简化整体掘进系统结构，有效实现掘进机整体轻量化、大幅度地节能减排，有效解决原有存在掘进推力大，刀盘驱动扭矩大，能耗大，掘进速度低等缺陷。
【主权项】
1.一种隧道掘进机掘进方法，其特征在于:它采用可相对于掘进机的机头进行移动的挖掘刀盘进行掘进，该挖掘方法将掘进区域分为若干个中间掘进区域，所述若干个中间掘进区域拼接为整体掘进区域； 该方法包括以下步骤: 步骤1:挖掘刀盘在挖掘区域进行掘进机一次推进行程量的掘进，形成点掘进区域； 步骤2:挖掘刀盘在整体挖掘区域内进行变轨，按步骤I继续进行掘进机一次推进行程量的掘进，形成下一个点掘进区域； 步骤3:重复完成若干次步骤2，形成若干个点掘进区域，由所述若干个点掘进区域相连而成的第一个中间掘进区域； 步骤4:挖掘刀盘在整体挖掘区域内进行变轨，顺次完成步骤1、步骤2及步骤3，形成下一个中间掘进区域； 步骤5:重复完成若干次步骤4，形成若干个中间掘进区域，所述若干个中间掘进区域相连完成整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作。2.根据权利要求1所述的隧道掘进机掘进方法，其特征在于:所述挖掘刀盘为冲击锤，所述的点掘进区域形成过程中，冲击锤通过撞击完成对点掘进区域进行掘进;在步骤2中，冲击锤在完成上一步骤的点掘进区域挖掘后，退回并变轨再进行下一个点掘进区域的掘进。3.根据权利要求2所述的隧道掘进机掘进方法，其特征在于:所述冲击锤通过来回反复撞击完成对同一的点掘进区域进行掘进，每一次对该点掘进区域进行撞击后沿反方向退回，再进行下一次的撞击动作。4.根据权利要求1所述的隧道掘进机掘进方法，其特征在于:所述挖掘刀盘为具有端面切削刃的切削刀具，该切削刀具通过端面刃对点掘进区域进行端面挤压旋转切削，该切削刀具完成对前一个点掘进区域的切削动作后，反向退回，再变轨前行对后一个点掘进区域进行切削动作。5.根据权利要求1所述的隧道掘进机掘进方法，其特征在于:所述挖掘刀盘为具有双面刃的切削刀具，该切削刀具通过端面的刀刃完成对第一个点掘进区域的进行端面挤压旋转切削动作后，直接变轨对后续的点掘进区域通过侧面的刀刃进行侧面铣削动作。6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的隧道掘进机掘进方法，其特征在于:所述步骤2中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行以整体掘进区域的中心为圆心的圆周方向变轨，步骤3及步骤4中形成的每一个中间掘进区域构成环形掘进区域;所述步骤4中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行逐渐接近或逐渐远离整体掘进区域的中心方向变轨。7.根据权利要求1至5任一权利要求所述的隧道掘进机掘进方法，其特征在于:所述步骤2中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行逐渐接近或逐渐远离整体掘进区域的中心方向变轨，步骤3及步骤4中形成的每一个中间掘进区域构成径向的线形掘进区域;所述步骤4中的挖掘刀盘在挖掘区域内进行以整体掘进区域的中心为圆心的圆周方向变轨。8.根据权利要求1至5任一权利要求所述的隧道掘进机掘进方法，其特征在于:所述步骤2中形成的下一个点掘进区域与上一步骤的点掘进区域相连接，所述步骤4中形成的下一个中间掘进区域与上一个中间掘进区域相连接。9.根据权利要求1至5任一权利要求所述的隧道掘进机掘进方法，其特征在于:所述挖掘刀盘的一次进给掘进面小于掘进机半径。10.一种非开挖隧道掘进机，其特征在于:它包括机头，机头上安装可相对于机头进行移动的挖掘刀盘，所述挖掘刀盘按照权利要求1至9任一权利要求所述的掘进方法完成对整体掘进区域按掘进机一次推进行程量的面掘进工作。
【文档编号】E21D9/10GK105863662SQ201610063389
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月31日
【发明人】梁定辉, 梁军, 梁慧妍
【申请人】佛山市艺彩玻璃钢制品有限公司