专利名称：盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及盾构机领域，特别涉及一种盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置。
背景技术：
随着国内地铁线网的加密与隧道数量的增加，地下空间资源在逐渐减小，隧道的 位置将受到许多因素的制约，导致盾构施工过程中经常碰到各种地下障碍物，如地下在役 与废弃的管线、基础桩、地下连续墙、孤石等。障碍物所处的地质条件非常多样化，有粘土、 砂土、砾石、软岩等地质条件。目前，盾构施工过程中碰到地下障碍物时，对障碍物进行处置的方法主要有两种 撤除障碍物的方法和盾构机直接切削障碍物的方法。撤除障碍物方法的优点是相对比较安 全，施工工艺也比较成熟，缺点是影响范围大，增加的施工工期较长，必须对土体进行大范 围加固处理，必须增加大量投资。相比而言，采用盾构机直接切削障碍物的方法具有影响 小、节约工期和投资等优点，但由于软土的强度较低，如果盾构施工过程中碰到地下障碍物 时，盾构直接切削障碍物过程中可能带动障碍物往前运动和随着盾构机刀盘进行转动，对 土体产生较大扰动，导致出现塌方或周边建筑物沉降等风险。因此，必须在盾构切削障碍物 之前，先将障碍物进行初步破碎，并对障碍物周边土体进行加固。但是，现有技术中还没有 同时能进行破碎和加固的装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固 装置，其破碎前方障碍物使盾构机能正常向前推进，并向盾构前方开挖面及周边喷射浆液 进行加固。为解决所述技术问题，本发明提供了一种盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固 装置，其包括刀盘、土仓、刀盘驱动机构、人行仓、盾构外壳体、第一钻探机、车架连接桥、第 二钻探机、拼装机、推进油缸、螺旋机、球铰、连接螺栓、导向管、球阀、管接头和控制阀组，土 仓位于刀盘和刀盘驱动机构之间，刀盘驱动机构和刀盘连接并控制刀盘的转动，土仓、刀盘 驱动机构、人行仓、第一钻探机、第二钻探机、拼装机、螺旋机位于盾构外壳体内，第一钻探 机和第二钻探机分别位于螺旋机的一侧，车架连接桥固定在螺旋机的一端，拼装机和第二 钻探机转动连接，推进油缸位于螺旋机和盾构外壳体之间，球铰位于连接螺栓的一侧，导向 管、球阀、管接头、控制阀组位于同一直线上，导向管和管接头分别位于球阀的两侧，管接头 与第二钻探机固定连接。优选地，所述第一钻探机和第二钻探机都包括钻探机机架、转向油缸、转动副、固 定底座、平移油缸和钻杆，控制阀组位于钻探机机架的一端，转向油缸的一端固定在钻探机 机架上，转动副位于钻探机机架和固定底座之间，转向油缸的另一端固定在固定底座上，平 移油缸和钻杆分别固定在钻探机机架的一侧。本发明的积极进步效果在于本发明破碎前方障碍物使盾构机能正常向前推进，避免一般的人工气压出仓凿除障碍物带来的风险。本发明在危险区域或有障碍物的地方， 向盾构前方开挖面及周边喷射浆液进行加固，在盾构前方尽可能靠近刀盘的地方形成水密 栓，当在盾构前方的端部发生重大故障时，可以避免维修人员在气压防水条件下进行维修 施工。同时，浆液硬化后具有一定的强度，不仅可以降低危险区域的施工风险，还可以固定 住障碍物的位置，保证在盾构切削障碍物时，障碍物不会随着盾构机运动。
图1为本发明盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置的内部结构示意图。图2为本发明盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置的外部结构示意图。图3为本发明中钻探机内部的结构示意图。
具体实施例方式下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。如图1和图2所示，本发明盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置包括刀盘 1、土仓2、刀盘驱动机构3、人行仓4、盾构外壳体5、第一钻探机6、车架连接桥7、第二钻探 机8、拼装机9、推进油缸10、螺旋机11、球铰12、连接螺栓13、导向管14、球阀15、管接头16 和控制阀组18，土仓2位于刀盘1和刀盘驱动机构3之间，刀盘驱动机构3和刀盘1连接 并控制刀盘1的转动，土仓2、刀盘驱动机构3、人行仓4、第一钻探机6、第二钻探机8、拼装 机9、螺旋机11位于盾构外壳体5内，第一钻探机6和第二钻探机8分别位于螺旋机11的 一侧，车架连接桥7固定在螺旋机11的一端，拼装机9和第二钻探机8转动连接，推进油缸 10位于螺旋机11和盾构外壳体5之间。球铰12位于连接螺栓13的一侧，导向管14、球阀 15、管接头16、控制阀组18位于同一直线上，导向管14和管接头16分别位于球阀15的两 侧，管接头16可以与第二钻探机8固定连接。如图3所示，第一钻探机6和第二钻探机8 都包括钻探机机架19、转向油缸20、转动副21、固定底座22、平移油缸23和钻杆24，控制阀 组18位于钻探机机架19的一端，转向油缸20的一端固定在钻探机机架19上，转动副21 位于钻探机机架19和固定底座22之间，转向油缸20的另一端固定在固定底座22上，平移 油缸23和钻杆24分别固定在钻探机机架19的一侧。在盾构机的上部及底部分别安装第一钻探机6和第二钻探机8，第一钻探机6和 第二钻探机8均配有单独的液压动力装置。第一钻探机6可穿过土仓2向盾构机的前端钻 探，用于探测前方的地质情况、障碍物情况及向盾构前方注浆加固；第二钻探机8从盾构机 的底部斜向下钻探，对下方地质的探测工作有利于预测盾构的沉降情况，并可及时对下方 土体注浆补强。第一钻探机6和第二钻探机8的钻杆在伸出方向上可进行一定调整，满足 范围要求，且能在不用时密封，以防止泥水的涌入。在不工作状态下，第一钻探机6、第二钻 探机8与导向管14松开连接而成为一个独立部件。第一钻探机6是可转动式钻探机，其工作面为盾构机正面。第一钻探机6工作时， 刀盘1必须暂停掘削。导向管14在钻探机钻探过程中为钻头提供导向，使钻探机能准确地 控制钻探方位。导向管14可以作为注浆管道来使用，此时必须先退出钻头。球铰12可以 在一定角度内转动，为穿过球铰12的导向管14提供一定范围的旋转自由度，扩大第一钻探 机6的钻探范围。球阀15用于控制管道通断，当不需要钻探和注浆时，对于第一钻探机6，导向管14将退出球铰12，以防与旋转中的刀盘1相撞。由于盾构机掘进前方及前上方的地 质探测尤为重要，第一钻探机6使用球铰12能最大范围的提升第一钻探机6的钻探范围， 对前上方进行区域探测，获得更全面的观测数据，为土体分析及预判提供有力保障，并且能 够扩大注浆加固范围，增强掘削面土体的稳定，提高施工安全性。同时，可扩大第一钻探机6 凿除障碍物的范围，以便于盾构机切削通过障碍物区域。第一钻探机6的工作路径通过刀 盘1，所以在不工作时，导向管14必须撤出土仓2，以避免与旋转中的刀盘1相干涉，因此球 阀15安装在球铰12的后部。 第二钻探机8是固定方向式钻探机，其工作面为盾构机的下方。对于第二钻探机 8，要控制钻头退出导向管14，必须将球阀15关闭，以防外界泥水涌入盾构。管接头16用于 连接，当需要进行钻探工作时，管接头16与第二钻探机8固定连接，使钻头可以从连接处通 过导向管14向外钻探，当需要作注浆加固时，管接头16可以直接连接注浆管路对外注浆。 在盾构机的内部和底部的空间相对上部要小，无法提供有效的回旋空间，并且对盾构机下 方土体的钻探、注浆和障碍物凿除以最低点处最为重要，因此第二钻探机8的导向管14直 接为固定式，安装于盾构机的最低点处。第一钻探机6和第二钻探机8的动力都由液压动力装置提供，控制阀18组起到将 油压转化为扭矩，并对第一钻探机6和第二钻探机8的运动状态进行控制的作用。机架19 是第一钻探机6和第二钻探机8的主体结构，起着连接固定各部件的作用，当第一钻探机6 和第二钻探机8工作时，机架19也必须承担钻探、凿除等工作中的反作用力。转向油缸20 和平移油缸23能调整第一钻探机6和第二钻探机8的初始角度与前后位置，转动副21则 提供旋转自由度。钻杆24是进行钻探的重要部件，是钻探机的功率输出单元。本发明盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置的实际操作步骤如下(一) 当前方碰到障碍物时，盾构机停止推进，刀盘1停止转动；(二)将第一钻探机6和第二钻探 机8的钻杆24伸出盾构机外，破碎前方及周边的障碍物；(三)缩回第一钻探机6和第二 钻探机8，通过导向套14向盾构机前方和周边注入浆液以改善障碍物碎块的流动性；(四) 通过第一钻探机6和第二钻探机8向盾构机前方及周边注入加固浆液；(五)缩回第一钻 探机6和第二钻探机8的钻杆24，盾构机停顿一段时间，待加固浆液硬化；(六)开启刀盘 1和螺旋机11，排出切削下来的障碍物碎块，盾构机继续向前推进。当盾构机前方碰到地下障碍物或土质条件不好，不利于盾构机直接切削通过时， 盾构机的刀盘暂停转动，盾构机停止推进，利用钻杆向刀盘的前端土体进行钻探。如果前方 土质条件不好，可根据钻探过程中钻头所受阻力及扭矩的大小变化及钻杆回退所带出的切 削渣土，大致判断前方土体是属于砂土层、砾石层抑或黏土层、含水量及土体的稳定性好坏 等，如果前方是自稳性差的砂土或土体的稳定性差，就可以等钻杆退出后在导向管一端连 接注浆管进行注浆加固；如果前方是强度较大的地下障碍物，可通过钻杆将障碍物初步破 碎，然后向障碍物周边喷射注浆，加固障碍物周边土体，以防止盾构刀盘切削障碍物时，障 碍物随着盾构机一起运动。每次钻孔后注浆都能在图体内钻孔方向形成近似柱状的区域， 多次钻孔注浆后，浆液连接成一整块，起到整体加固的效果。虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些 仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变 更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
权利要求
一种盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置，其特征在于，其包括刀盘、土仓、刀盘驱动机构、人行仓、盾构外壳体、第一钻探机、车架连接桥、第二钻探机、拼装机、推进油缸、螺旋机、球铰、连接螺栓、导向管、球阀、管接头、控制阀组，土仓位于刀盘和刀盘驱动机构之间，刀盘驱动机构和刀盘连接并控制刀盘的转动，土仓、刀盘驱动机构、人行仓、第一钻探机、第二钻探机、拼装机、螺旋机位于盾构外壳体内，第一钻探机和第二钻探机分别位于螺旋机的一侧，车架连接桥固定在螺旋机的一端，拼装机和第二钻探机转动连接，推进油缸位于螺旋机和盾构外壳体之间，球铰位于连接螺栓的一侧，导向管、球阀、管接头、控制阀组位于同一直线上，导向管和管接头分别位于球阀的两侧，管接头与第二钻探机固定连接。
2.如权利要求1所述的盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置，其特征在于，所 述第一钻探机和第二钻探机都包括钻探机机架、转向油缸、转动副、固定底座、平移油缸和 钻杆，控制阀组位于钻探机机架的一端，转向油缸的一端固定在钻探机机架上，转动副位于 钻探机机架和固定底座之间，转向油缸的另一端固定在固定底座上，平移油缸和钻杆分别 固定在钻探机机架的一侧。
全文摘要
本发明公开了一种盾构机的自携式破碎障碍物和地基加固装置，其包括刀盘、土仓等元件，土仓位于刀盘和刀盘驱动机构之间，刀盘驱动机构和刀盘连接并控制刀盘的转动，土仓、刀盘驱动机构、人行仓、第一钻探机、第二钻探机、拼装机、螺旋机位于盾构外壳体内，第一钻探机和第二钻探机分别位于螺旋机的一侧，车架连接桥固定在螺旋机的一端，拼装机和第二钻探机转动连接，推进油缸位于螺旋机和盾构外壳体之间，球铰位于连接螺栓的一侧，导向管、球阀、管接头、控制阀组位于同一直线上，导向管和管接头分别位于球阀的两侧，管接头与第二钻探机固定连接。本发明破碎前方障碍物使盾构机能正常向前推进，并向盾构前方开挖面及周边喷射浆液进行加固。
文档编号E21D9/093GK101845954SQ201010140678
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者吕建中, 李毕华, 滕丽, 王伟刚 申请人:上海盾构设计试验研究中心有限公司