一种矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构及其组装方法，该盾构包括盾构机、盾壳前段、盾壳后段和倾斜式两半矩形管节；在所述的盾壳前段与盾壳后段之间设有管节安装用油缸总成；在所述的盾壳后段内设作业平台和台车；在所述的倾斜式两半矩形管节内设管节运输安装装置；所述的倾斜式两半矩形管节由下管节和上管节依次组合安装而成，在下管节和上管节的安装连接面上设止水密封圈；所述的螺旋输送机、土砂泵和操纵台均设在盾壳前段内，所述土砂泵与排土伸缩管相连。本实用新型矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，结构简单，设计巧妙，不仅比矩形顶管顶进距离长，而且断面也可以增大。该组装方法简单，容易操作，效率高。
【专利说明】—种矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于盾构机【技术领域】，具体涉及一种矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构。
【背景技术】
[0002]目前，在现有的矩形顶管过程中，存在着顶管距离不能太长和断面不能太大的两大难题，本实用新型以期能完全满足推进距离长和断面大的使用需求。
实用新型内容
[0003]发明目的:针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，以期能完全满足推进距离长和断面大的使用需求。
[0004]技术方案:为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0005]一种矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，包括盾构机、螺旋输送机、土砂泵和操纵台；在所述的盾构机后方依次连接有盾壳前段、盾壳后段和倾斜式两半矩形管节隧道；在所述的盾壳前段与盾壳后段之间设有管节安装用和盾构推进用油缸总成；在所述的盾壳后段内设作业平台；在已拼装并推进的倾斜式两半矩形管节隧道内设有台车；所述的矩形隧道是由倾斜式两半矩形管节下管节和上管节依次组合安装而成，且在施工过程中下管节的数量比上管节多一节，在下管节和上管节的安装连接面上设止水密封圈；所述的螺旋输送机、土砂泵和操纵台均设在盾壳前段内，所述土砂泵与排土伸缩管相连；所述的排土伸缩管与设在台车上的排土管道相连；在矩形隧道内设置用于运输和安装待安装管节的管节运输安装装置；在所述的作业平台和倾斜式两半矩形管节隧道内设有台车和管节运输安装装置行走的轨道。
[0006]所述的管节安装用油缸总成包括下管节移动油缸、上部盾构油缸A组、上部盾构油缸B组、下部盾构油缸A组、下部盾构油缸B组和下管节升降油缸；所述上部盾构油缸A组与上部盾构油缸B组设在盾壳上部左右两侧，且前后错开安装；所述的下部盾构油缸A组与下部盾构油缸B组设在盾壳上部左右两侧；所述作业平台与下部盾构油缸B组的两油缸滑靴联结。
[0007]所述的上部盾构油缸A组与上部盾构油缸B组均为双级等推力油缸。
[0008]所述的上管节由两个矩形侧面板和一个正投影成平行四边形顶板组成，其中顶板为平板或弧形板；所述的下管节由两个矩形侧面板和平行四边形底板组成；在安装时，下管节比上管节多装一节。
[0009]所述的台车包括台车架，所述台车架上部为由工字钢组成的框架，两侧为由无缝钢管组成的立柱，下部两侧是两根方管构成台车梁；在所述台车梁的下方焊有台车轮；所述台车轮在隧道地面上靠台车驱动动力行走；在所述的方管上设有四个定位轮；在台车架后方的一侧设有注浆设备和盛浆桶，另一侧设有供电开关箱；在设有注浆设备和盛浆桶一侧的方管内设有排土管道分别与前方的排土伸缩管和后方的排土管联成一体，且在排土管道下面设有行走轮；排土管道与排土管之间用卡箍接头和弯头联结。
[0010]所述的管节运输安装装置包括连接成一体的下管节运输车、上管节运输车和管节牵引车；所述的上管节运输车包括设在有四个车轮的上管节运输车车架，在所述的上管节运输车车架上设有一组液压动力源和液压控制阀，分别用来控制承担上管节转向的摆动油缸和上管节升降油缸以及上管节两个左右移动油缸，在上管节升降油缸外罩有导向筒；所述下管节运输车包括车架，在车架上放置待装下管节，所述车架通过联结板与上管节运输车联结。
[0011]所述的止水密封圈为封闭的橡胶圈，且在每个需密封的面上均设有两道密封圈。
[0012]所述的排土管与运土车相连。
[0013]所述的盾壳后段通过盾尾密封装置与倾斜式两半矩形管节相密封，所述的盾尾密封装置为填料密封。
[0014]所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构的管节组装方法:当所有盾构油缸都伸足后，即上一环管节推完后进行下一环管节安装，安装前，把排土伸缩管拆除，把除了下部盾构油缸B组以外的盾构油缸缩回，同时，把两环止水密封圈用胶水粘在密封槽内；接着先把上管节推到位，用上管节升降油缸把上管节升到所需的高度，接着用摆动油缸把上管节慢慢地转到所需的角度，用管节牵引车和上部盾构油缸A组把它与前一节上管节贴紧，再松开上管节升降油缸让它落下，与下管节贴紧；最后，把螺栓拧紧，上管节就安装完毕，再进行下管节的安装；先把下管节推到位，再把下管节升降油缸与下管节吊具联结在一起，用下管节升降油缸把它提升到一定高度，之后，把管节运输车拉回工作井；与此同时，把下部盾构油缸B组和作业平台一起往前移，就留出足够的安装空间，再用下管节移动油缸把它吊到适当的位置，然后用人工慢慢地把下管节旋转到位，最后，把下管节放下，它也安装到位；当在两节管节都安装好以后就可把剩余的盾构油缸伸出轻微地压到刚刚安装好的管节上，再接上排土伸缩管和轨道，把台车也前移一节管节长度；与此同时，新的管节和运土车又开到预先指定的位置后，进行新一环的盾构推进，如此循环工作下去。
[0015]有益效果:与现有技术相比，本实用新型的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，结构简单，设计巧妙，距离得以有效延长，且断面得以有效增大。该组装方法简单，容易操作，机械化程度高，效率高，具有很好的实用性，能满足使用需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构第一部分结构示意图；
[0017]图2是矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构第二部分结构示意图；
[0018]图3是矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构第三部分结构示意图；
[0019]图4是盾构油缸A组的安装示意图；
[0020]图5是上管节的第一种结构示意图；
[0021]图6是上管节的第二种结构示意图；
[0022]图7是下管节的结构示意图；
[0023]图8是管节安装旋转示意图；
[0024]图9是上管节与下管节组合安装后的结构示意图；
[0025]图10是台车的结构示意图；
[0026]图11是台车的侧视图；
[0027]图12是管节运输结构示意图；
[0028]图13是下管节吊装示意图；
[0029]图14是下管节吊装侧视图；
[0030]图15是上管节吊装示意图；
[0031]图16是上管节吊装侧视图；
[0032]图17是下管节运输结构示意图；
[0033]图18是上管节安装过程第一步示意图；
[0034]图19是上管节安装过程第二步示意图；
[0035]图20是上管节安装过程第三步示意图；
[0036]图21是上管节安装过程第四步示意图；
[0037]图22是下管节安装过程第一步示意图；
[0038]图23是下管节安装过程第二步示意图；
[0039]图24是下管节安装过程第三步示意图；
[0040]图25是下管节安装过程第四步示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0042]如图1、图2和图3所示(图1、图2和图3从左到右顺序连接去除重叠部分即可组成矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构整体结构)，矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构主要结构部件包括盾构机1、螺旋输送机2、土砂泵3、盾壳前段4、操纵台5、排土伸缩管6、下管节移动油缸7、上部盾构油缸A组8、上部盾构油缸B组9、下部盾构油缸A组10、下部盾构油缸B组11、下管节升降油缸12、盾壳后段13、作业平台14、下管节15、上管节16、台车17、盾尾密封装置18、轨道19、止水密封圈20、待装下管节21、下管节运输车22、吊具23、待装上管节24、上管节安装装置25、上管节运输车26、管节牵引车27、排土管28和运土车29。其中，下管节移动油缸7、上部盾构油缸A组8、上部盾构油缸B组9、下部盾构油缸A组10、下部盾构油缸B组11和下管节升降油缸12共同构成管节安装用和盾构推进用油缸总成。下管节运输车22、吊具23、上管节运输车25、以及管节牵引车26共同构成管节运输安装装置。倾斜式两半矩形管节隧道由下管节15、上管节16依次有序组装而成。
[0043]盾构机I可以是泥水形式的，也可以是土压形式的。在图1中的盾构机是土压形式的，用螺旋输送机2排土。用土砂泵3压送土。在盾壳前段4中设有操纵台5，可操纵盾构机及盾构推进等。排土伸缩管6能在盾构机在工作过程中伸展或折回，以适应土砂泵3和设在台车17上排土管道27间距离的变化。下管节移动油缸7在吊装下管节时做前后移动使用，下管节升降油缸12则是在吊装下管节时让其能上下升降。
[0044]本实用新型的管节为倾斜式，无论是上部盾构油缸还是下部盾构油缸均有左右之分。如图4所示的是上部盾构油缸A组8，其左边(即图中的上边)一根安装得靠前(近盾构机)，而其右边(即图中的下边)一根安装得靠后。除此之外，该组两根油缸其他参数完全相同。此外，在安装时，下管节比上管节多装一节，所以上部盾构油缸A组8和上部盾构油缸B组9这两组上部盾构油缸的行程比下部盾构油缸的行程要长一节管节的宽度，两组上部盾构油缸须用双级等推力油缸。而下部盾构油缸A组10和下部盾构油缸B组11这两组下部盾构油缸可用单级普通油缸。在盾壳后段13中不仅仅是盾构推进区域，而且也是上下管节安装的场所。作业平台14与下部盾构油缸B组11的两油缸滑靴联结在一起，该组盾构油缸伸缩就带动了作业平台的前后移动。作业平台上也铺设有轨道19。
[0045]上管节16的结构如图5和图6所示，下管节15的结构如图7所示，它与一般的斜式箱涵管有所不同，斜式箱涵管的上投影完全是一个平行四边形。而该上管节16的上投影中，只有在顶板部分是一个平行四边形，两个侧面板则是矩形，其中，顶部板可以是平形形状(图5)或弧形形状(图6)。下管节15底板部分是一个平行四边形，两个侧面板则是矩形。本实用新型把每个侧面板前后的两个端面设计为盾构油缸的受力面，所以，盾构在推进过程中就不会产生径向分力。不然，盾构是无法推进的。
[0046]图8是下管节在盾壳后段13内安装的示意图。已安装好的两节下管节底板的边线与盾构中心线之间的夹角Θ必须小于90度。15SP是下管节处于水平的位置。当下管节绕圆心O点，向顺时针方向旋转Θ度后就到了 15CZ位置，再只需往后移一定距离就可与已安装好的下管节进行联结了。从旋转过程看到:下管节A、B两点的旋转轨迹是以R为半径的大圆。当它们旋转Θ后，分别到了 A’、B’这两点，且在这一过程中，它们的轨迹始终没有超出盾壳后段13的内部。同样，C、D两点的旋转轨迹是以r为半径的小圆。当C、D两点绕O点向顺时针旋转一个角度Θ后，分别到了 C’、D’这两点，也没有超出盾壳后段一 13的内部，不过每一边都比安装好的下管节多出了 δ这样一个很小的间隙。这一点很关键，它让很大断面的矩形管节在一个很小的间隙的范围内就可旋转成功。从而使矩形管节盾构的盾壳做得比管节略大一点即可。
[0047]矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构施工过程中，始终多安装一节下管节，如图9所示。除了可减小下部盾构油缸的行程以外，其止水密封圈20是一个封闭的橡胶圈，并且，在每个需密封的面上均设有两道密封圈，这样使止水效果好。
[0048]台车17的结构请如图10和图11所示，台车可分为台车架和排土管道两部分:台车架上部由工字钢组成的框架171。两侧由无缝钢管组成的立柱173。下部两侧是两根方管172构成台车梁。台车梁的下方，焊有台车轮1712。台车轮在隧道地面上靠台车驱动176动力行走。为了防止移动台车在隧道内走偏，在方管172上设有四个定位轮1713。在台车架后方的一侧设有注浆设备和盛浆桶174。另一侧设有供电开关箱175。在设有注浆设备和盛浆桶174 —侧的方管内设有排土管道与后面排土管道177联成一体。并且在排土管道下面设有行走轮178。排土管道之间用卡箍接头179和弯头1710联结。末端排土口 1711可绕着弯头转动，以调节排土口在运土车中排土的位置。
[0049]盾尾密封18采用的是填料密封。轨道19是供上管节运输车22、下管节运输车25和管节牵引车26以及运土车28在上面行走。
[0050]管节运输，如图12所示，把待装下管节21、待装上管节24以及下管节运输车22、上管节运输车26都联成一体，由管节牵引车27推着在轨道上前进。运输时把待装下管节21放在待装上管节24之前，安装时先安装待装上管节24，后安装待装下管节21，这样做是在待装上管节24安装完后，当待装下管节21就位后只要被吊起时，管节牵引车27就可把下管节运输车22和上管节运输车26 —起往始发井中拉。在下管节继续安装和排泥管及电缆连结这一过程中，会有一段较长的时间间隙，利用这段时间间隙可以做下一步的准备工作，即把下一环的待装管节和运土空车驶入隧道，省时省事。
[0051]如图13和14所示，由于待装下管节21是倾斜的，虽然起吊孔211在两个侧面板上的位置相同，但用吊杆235联结时，在吊杆两头会错开一定距离。按照错开但平行的形式在在吊杆两头各焊上一个套管，在套管内设有销轴231，在销轴的内侧一端联结上一根螺栓作为手柄。当手柄拔出，销轴与下管节起吊孔211脱开。当两个销轴都与起吊孔脱开时，吊具与下管节就可分离。螺栓234是用来和下管节升降油缸联结的，为了使下管节旋转起来更轻松，在吊具与下管节升降油缸联结的螺栓中间设有推力轴承233。
[0052]如图15和16所示，上管节运输车26它除了承担上管节在隧道内运输以外，还承担上管节安装的任务。在上管节运输车上设有一组液压动力源261和液压控制阀266 (构成上管节安装装置25)，分别用来控制承担上管节转向的摆动油缸262和上管节升降油缸263以及上管节两个左右移动油缸267，升降油缸263外罩有导向筒264。以上这些部件都设在有四个车轮的上管节运输车车架265上。
[0053]如图17所示，下管节运输车22包括车架221，在车架221上放着待装下管节21，为了防止下管节在运输途中滑落，把它用螺栓222固定在车架上，联结板223是用于和上管节运输车联结的。
[0054]安装时，当所有盾构油缸都伸足，即到了推进一环管节的距离之后就可以把排土伸缩管拆除，把除了下部盾构油缸B组11以外的盾构油缸缩回，之所以不把该组油缸缩回，是为了防止盾构机后退。同时，把两环止水密封圈用胶水粘在密封槽内。先把上管节推到位，准备安装，如图18所示，再用上管节升降油缸把上管节升到所需的高度，如图19所示，接着用摆动油缸把上管节慢慢地转到所需的角度，如图20所示。再如图21所示，用管节牵引车和上部盾构油缸A组把它与前一节上管节贴紧，再松开上管节升降油缸让它落下，与下管节贴紧。最后，把螺栓拧紧，上管节就安装完毕。在安装下管节时，先把下管节升降油缸与下管节吊具联结在一起，如图22所示。再用下管节升降油缸把它提升到一定高度。之后，把管节运输车拉回工作井，与此同时，把下部盾构油缸B组和作业平台一起往前移，就留出足够的安装空间。再用下管节移动油缸把它吊到适当的位置，如图23所示。然后用人工慢慢地把下管节旋转到位，如图24所示。最后，把下管节放下，它也安装到位，如图25所示。在两节管节都安装好以后就可把其余的盾构油缸伸出轻微地压到刚刚安装好的管节上，再接上排土伸缩管、轨道等，把台车也前移一节管节长度。与此同时，新的管节和运土车又开到预先指定的位置后，一切都与图1所示的那样，进行新一环的盾构推进，如此循环工作下去。
【权利要求】
1.一种矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，包括盾构机(I)、螺旋输送机(2)、土砂泵(3)和操纵台(5);其特征在于:在所述的盾构机(I)后方依次连接有盾壳前段(4)、盾壳后段(13)和倾斜式两半矩形管节；在所述的盾壳前段(4)与盾壳后段(13)之间设有管节安装用和盾构推进用油缸总成；在所述的盾壳后段(13)内设作业平台(14);在已拼装并推进的倾斜式两半矩形管节隧道内设有台车(17);所述的矩形隧道是由倾斜式两半矩形管节下管节(15)和上管节(16)依次组合安装而成，且在施工过程中下管节(15)的数量比上管节(16)多一节，在下管节(15)和上管节(16)的安装连接面上设止水密封圈(20);所述的螺旋输送机(2)、土砂泵(3)和操纵台(5)均设在盾壳前段(4)内，所述土砂泵(3)与排土伸缩管(6)相连；所述的排土伸缩管(6)与设在台车(17)上的排土管(28)相连；在矩形隧道内设置用于运输和安装待安装管节的管节运输安装装置；在所述的作业平台(14)和矩形隧道内设有台车(17)和管节运输安装装置行走的轨道(19)。
2.根据权利要求1所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，其特征在于:所述的油缸总成包括下管节移动油缸(7)、上部盾构油缸A组(8)、上部盾构油缸B组(9)、下部盾构油缸A组(10)、下部盾构油缸B组(11);所述上部盾构油缸A组(8)与上部盾构油缸B组(9)设在盾壳上部左右两侧，且前后错开安装；所述的下部盾构油缸A组(10)与下部盾构油缸B组(11)设在盾壳上部左右两侧；所述作业平台(14)与下部盾构油缸B组(11)的两油缸滑靴联结。
3.根据权利要求2所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，其特征在于:所述的上部盾构油缸A组(8)与上部盾构油缸B组(9)均为双级等推力油缸。
4.根据权利要求1所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，其特征在于:所述的上管节(16)由两个矩形侧面板和一个正投影成平行四边形顶板组成，其中顶板为平板或弧形板；所述的下管节(15)由两个矩形侧面板和平行四边形底板组成；在安装时，下管节(15)比上管节(16)多装一节。
5.根据权利要求1所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，其特征在于:所述的台车(17)包括台车架，所述台车架上部为由工字钢组成的框架(171)，两侧为由无缝钢管组成的立柱(173)，下部两侧是两根方管(172)构成台车梁；在所述台车梁的下方焊有台车轮(1712);所述台车轮(1712)在隧道地面上靠台车驱动(176)动力行走；在所述的方管(172)上设有四个定位轮(1713);在台车架后方的一侧设有注浆设备和盛浆桶(174)，另一侧设有供电开关箱(175);在设有注浆设备和盛浆桶(174) —侧的方管内设有排土管道(177)分别与前方的排土伸缩管(6)和后方的排土管(28)联成一体，且在排土管道(177)下面设有行走轮(178);排土管道(177)与排土管道(27)之间用卡箍接头179和弯头1710联结。
6.根据权利要求1所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，其特征在于:所述的管节运输安装装置包括连接成一体的下管节运输车(22)、上管节运输车(26)和管节牵引车(27);所述的上管节运输车(26)包括设在有四个车轮的上管节运输车车架(265)，在所述的上管节运输车车架(265)上设有一组液压动力源(261)和液压控制阀(266)，分别用来控制承担上管节转向的摆动油缸(262)和上管节升降油缸(263 )以及上管节两个左右移动油缸(267)，在上管节升降油缸(263)外罩有导向筒(264);所述下管节运输车(22)包括车架(221)，在车架(221)上放置待装下管节(21)，所述车架(221)通过联结板(223)与上管节运输车(26)联结。
7.根据权利要求1所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，其特征在于:所述的止水密封圈(20)为封闭的橡胶圈，且在每个需密封的面上均设有两道密封圈。
8.根据权利要求1所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，其特征在于:所述的排土管(28)的排土口在运土车(29)的上方。
9.根据权利要求1所述的矩形隧道施工用倾斜式两半矩形管节盾构，其特征在于:所述的盾壳后段(13)通过盾尾密封装置(18)与倾斜式两半矩形管节相密封，所述的盾尾密封装置(18)为填料密封。
【文档编号】E21D9/06GK204002795SQ201420244518
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】余彬泉, 田玉福, 张道广, 朱伯锦, 朱晓肆, 卜祥鑫 申请人:江苏广泓重工设备有限公司, 山东万广建设工程有限公司