盾构机及其斜楔撑靴装置的制作方法

本发明涉及隧道开挖施工机械领域，特别涉及一种斜楔撑靴装置。此外，本发明还涉及一种上述斜楔撑靴装置的盾构机。

背景技术

目前的盾构机在施工掘进过程中，都需要沿隧道拼装管片，以提供主机前进或步进的反力，盾构机的这种推进模式可以称为有管片推进模式。

然而，在盾构机始发井空间小、物料运输困难等情况下以及对管片衬砌无必然要求的车站进行施工时，采用上述盾构机进行有管片模式的推进，盾构始发准备工作和时间较长，管片拼装过程大大降低了掘进速度，且增加了施工成本，

因此，如何提高掘进速度、降低施工成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于辅助盾构机步进的斜楔撑靴装置，能够降低盾构隧道施工成本且可以提高盾构机的掘进速度。本发明的另一目的是提供一种包括上述斜楔撑靴装置的盾构机，其使用可以使施工成本得到降低且掘进速度得以提高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于辅助盾构机步进的斜楔撑靴装置，包括：

用于与盾构机中的推进油缸配合相抵的代管片环；

设于所述代管片环后方的撑靴机构，包括传力架、伸缩部件和撑靴板，一个所述撑靴板与另一个所述撑靴板相对设于所述斜楔撑靴装置的中心线的两侧，所述伸缩部件的一端连接于所述传力架且另一端连接于所述撑靴板，所述撑靴板与所述传力架之间设有相配合的楔形结构，在所述伸缩部件伸缩运动的带动下，所述传力架的前后运动能够在所述楔形结构的限位下转换为所述撑靴板靠近或远离所述中心线的运动；

连接于所述代管片环与所述撑靴机构之间的连接件。

优选地，所述连接件连接于所述传力架，所述传力架设于所述撑靴板的前方，所述楔形结构包括设于所述传力架上的第一楔形部件和设于所述撑靴板上的第二楔形部件，所述第一楔形部件与所述第二楔形部件上相配合的倾斜面均由前向后逐渐向所述中心线靠近。

优选地，所述传力架上固定设有行走架，所述行走架铰接有用于与盾构机中的托梁相连的拖拽油缸。

优选地，所述行走架包括向下开口的凹槽，所述凹槽能够架设于盾构机的托梁上。

优选地，两个所述撑靴板上下相对设置。

优选地，若干个弧形钢管片绕所述中心线依次设置以构成环状的所述代管片环，且相邻所述弧形钢管片之间可拆卸连接。

优选地，所述连接件为姿态油缸，所述姿态油缸的前端与所述代管片环铰接且后端与所述传力架相铰接。

优选地，所述伸缩部件为连接油缸，所述撑靴板、所述传力架分别铰接连接于所述连接油缸。

优选地，所述连接件与所述撑靴机构、所述连接件与所述代管片环之间分别可拆卸连接。

一种盾构机，包括盾体，还包括：

可拆卸设于所述盾体中的管片拼装机；

斜楔撑靴装置，所述斜楔撑靴装置为如上述任意一项所述的斜楔撑靴装置。

本发明提供的斜楔撑靴装置采用模块化设计，包括代管片环、连接件和撑靴机构形成的前、中、后三部分。当盾构机在稳定围岩中采用无管片模式推进时，将该斜楔撑靴装置放置于盾构机中，盾构机中的推进油缸后端抵紧代管片环的前端。伸缩部件伸缩运动带动传力架与撑靴板之间沿着楔形结构进行相对运动，使撑靴板远离斜楔撑靴装置的中心线，撑靴板撑紧在周围洞壁上，依靠撑靴板与围岩之间的摩擦力承受代管片环前端推进油缸的推力和扭矩。当推进油缸带动主机及后配套系统完成预设距离掘进时，伸缩部件反向运动，撑靴板靠近斜楔撑靴装置的中心线运动。

在无需拼装管片的施工环境下，只需将此种斜楔撑靴装置设置在盾构机中，撑靴机构撑紧洞壁从而为前部推进油缸提供顶推反力，使盾构机在不拼装管片的情况下仍能进行掘进，不仅能够适应黏土、软岩或一定强度硬岩的施工环境，还可以适应稳定的围岩等施工环境，从而可以扩大盾构机适应的地质范围，大大降低盾构隧道施工成本，同时减少盾构始发准备工作和时间，可提高盾构机的掘进速度。

本发明提供的包括上述斜楔撑靴装置的盾构机，其使用可以使施工成本得到降低且掘进速度得以提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供斜楔撑靴装置的主视图；

图2为本发明所提供斜楔撑靴装置的剖视图；

图3为本发明所提供斜楔撑靴装置的左视图；

图4为本发明中盾构机在有管片推进模式下的示意图；

图5为本发明中盾构机在拼装过渡环管片时的示意图；

图6为本发明中盾构机在安装斜楔撑靴装置时的示意图；

图7为本发明中盾构机在拆除斜楔撑靴装置、拼装过渡环管片时的示意图；

图8为本发明中盾构机在再次回到有管片推进模式下的示意图。

图1至图8中：1-代管片环，101-弧形钢管片，102-连接部件，2-姿态油缸组，201-姿态油缸，3-撑靴机构，301-传力架，302-内楔形块，303-撑靴板，3031-上撑靴板，3032-下撑靴板，304-连接油缸，4-行走架，5-刀盘，6-盾体，7-推进油缸，8-主驱动，9-托梁，10-管片拼装机，11-螺旋输送机，12-围岩，13-壁后填充材料，14-隧道管片，1401-管片分块，15-后配套系统，16-拖车滚轮，17-过渡环管片，18-锚杆，19-止水环，20-拖拽油缸，21-斜楔撑靴装置。

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。

本发明的核心是提供一种用于辅助盾构机步进的斜楔撑靴装置，能够降低盾构隧道施工成本且可以提高盾构机的掘进速度。本发明的另一核心是提供一种包括上述斜楔撑靴装置的盾构机，其使用可以使施工成本得到降低且掘进速度得以提高。

本发明所提供斜楔撑靴装置的一种具体实施例中，请参考图1至图3，包括代管片环1、设置在代管片环1后方的撑靴机构3和连接在代管片环1和撑靴机构3之间的连接件。代管片环1用于和盾构机中的推进油缸7配合相抵。撑靴机构3包括传力架301、伸缩部件和撑靴板303。一个撑靴板3031与另一个撑靴板3032相对设置且分别设置在斜楔撑靴装置的中心线的两侧。其中，该中心线为斜楔撑靴装置中沿前后方向延伸的中心线。伸缩部件的一端连接于传力架301且另一端连接于撑靴板303。撑靴板303与传力架301之间设有相配合的楔形结构。在伸缩部件伸缩运动的带动下，传力架301的前后运动能够在楔形结构的限位下转换为撑靴板303靠近或远离中心线的运动。

该斜楔撑靴装置采用模块化设计，包括代管片环1、连接件和撑靴机构3形成的前、中、后三部分。在无需拼装管片的施工环境下，只需将本实施例中提供的斜楔撑靴装置设置在盾构机中，撑靴机构3撑紧洞壁，从而为前部推进油缸7提供顶推反力，使盾构机在不拼装管片的情况下仍能进行掘进，从而可以扩大盾构机适应的地质范围，大大降低盾构隧道施工成本，同时减少盾构始发准备工作和时间，可提高盾构机的掘进速度。

具体地，连接件可以连接在传力架301上。传力架301可以设置在撑靴板303的前方。楔形结构可以包括设置在传力架301上的第一楔形部件和设置在撑靴板303上的第二楔形部件。第一楔形部件与第二楔形部件上相配合的倾斜面均由前向后逐渐向中心线靠近。在进行无管片模式推进时，第一楔形部件上的倾斜面与第二楔形部件上的倾斜面会相配合，伸缩部件带动传力架301向后运动时可以推动撑靴板303远离中心线运动。本实施例中，将撑靴板303设置在传力架301的后方，可以降低连接件的设置难度。

更具体地，第二楔形部件可以为设置在撑靴板303上靠近中心线的侧面上的内楔形块302，且内楔形块302上与传力架301相配合的倾斜面可以设置在内楔形块302上靠近中心线的壁面上。在撑靴板303远离中心线运动时，传力架301可以完全支撑于撑靴板303靠近中心线的一侧，能够提高对撑靴板303支撑的稳定性。

在上述任一实施例的基础上，传力架301上可以固定设有行走架4，行走架4铰接有用于与盾构机中的托梁9相连接的拖拽油缸20。本实施例中，在传力架301上设置行走架4，通过拖拽油缸20拉动行走架4可以拉动斜楔撑靴装置整体前进，从而可以实现斜楔撑靴装置的步进。当推进油缸带动主机及后配套系统完成预设距离掘进时，伸缩部件反向运动，撑靴板303靠近斜楔撑靴装置的中心线运动，拖拽油缸回缩运动，拉动斜楔撑靴装置前进预设距离。主机及后配套系统每前进一定的距离时，即可通过拖拽油缸20将斜楔撑靴装置向前拉动同样的距离，能够保证斜楔撑靴装置的稳定前行。

进一步地，行走架4上可以包括向下开口的凹槽，该凹槽能够架设在盾构机的托梁9上。在连接拖拽油缸20时，拖拽油缸20的前端与托梁9相连且后端与行走架4相连。拖拽油缸20拖动行走架4前行时，行走架4可以以托梁9为滑轨在托梁9上向前滑动，能够进一步保证斜楔撑靴装置步进运动的稳定性。

在上述任一实施例的基础上，两个撑靴板303可以上下相对设置，两个撑靴板303可以分别向上撑紧洞壁或向下撑紧洞壁。

在上述任一实施例的基础上，若干个弧形钢管片101可以绕斜楔撑靴装置的中心线依次设置以构成环状的代管片环1，且相邻的弧形钢管片101之间为可拆卸连接。具体地，相邻弧形钢管片101之间可拆卸的连接部件102具体可以为螺钉。本实施例中，由若干个弧形钢管片101连接成环状结构，弧形钢管片101之间可以相互提供支撑力，同时，代管片环1的可拆卸连接可以减少斜楔撑靴装置在不使用时所需的存放空间。其中，弧形钢管片101的数量可以根据实际需要进行选择，例如，弧形钢管片101可以为6个。

在上述任一实施例的基础上，连接件具体可以为姿态油缸201，姿态油缸201的前端与代管片环1铰接且后端与传力架301相铰接。姿态油缸201与代管片环1、传力架301之间的铰接，可以使撑靴机构3、代管片环1相对于中心线的夹角是可调整的，可以保证推进油缸7抵住代管片环1时撑靴板303能够根据洞壁的具体形状调整角度以撑紧洞壁。其中，姿态油缸201的数量可以根据实际需要进行选择，例如，姿态油缸201可以为18个，所有姿态油缸201构成姿态油缸组2。

在上述任一实施例的基础上，伸缩部件具体可以为连接油缸304，撑靴板303、传力架301分别铰接连接于连接油缸304，平稳性较好。其中，每个撑靴板303与传力架301之间连接的连接油缸304的数量可以根据实际需要进行选择，例如，每个撑靴板303与传力架301之间连接油缸304的数量可以为3个。

在上述任一实施例的基础上，连接件与撑靴机构3、连接件与代管片环1之间可以分别为可拆卸连接，从而可以在不使用斜楔撑靴装置时将连接件、撑靴机构3与代管片环1三者相分开，能够方便该斜楔撑靴装置的存储，同时，便于斜楔撑靴装置在地上地下之间的传输。

在上述任一实施例的基础上，撑靴板具体可以为弧形板，以便于与围岩12的形状相适应。

对于一种包括拖拽油缸20、连接油缸304、上撑靴板3031、下撑靴板3032、内楔形块302的斜楔撑靴装置，当盾构机在稳定围岩12中采用无管片模式推进时，斜楔撑靴装置的连接油缸304带动传力架301向后移动，从而在传力架301与内楔形块302组成的楔形传力机构的推动下，置于主机尾部的上撑靴板3031向上撑紧在周围洞壁上且下撑靴板3032向下撑紧在周围洞壁上，依靠撑靴机构3与围岩12之间的摩擦力承受代管片环1前端推进油缸7的推力和扭矩。当推进油缸7带动主机以及后配套系统15完成1环管片距离掘进时，连接油缸304回缩，撑靴机构3随之回缩，从而在拖拽油缸20回缩的带动下拉动斜楔撑靴装置一同前进1环管片的距离。然后，撑靴机构3继续撑紧洞壁，推进油缸7伸出顶紧在代管片环1前端端面，继续完成1环管片距离步进。其中，拖拽油缸的前端与托梁铰接而后端与行走架铰接。

除了上述斜楔撑靴装置21，本发明还提供了盾构机，盾构机具体包括盾体6、斜楔撑靴装置21以及可拆卸设置在该盾体6中的管片拼装机10，该斜楔撑靴装置21可以为上述任一实施例所提供的斜楔撑靴装置21。该盾构机在进行施工过程中，具体包括盾构机从有管片推进模式到无管片推进模式转换的过程工艺及盾构机从无管片推进模式到有管片推进模式转换的过程工艺。斜楔撑靴装置21对于盾构机是一套可拆卸的反力装置，解决了盾构机“先隧后站”的施工难题及盾构机经济开挖车站的问题，扩大了地质适应范围，降低了隧道施工成本，可以实现“一机多用”，提高了掘进速度。该盾构机的刀盘5、主驱动8、螺旋输送机11、管片拼装机10、拖车滚轮16等结构请参考现有技术，本文不再赘述。

一种利用上述斜楔撑靴装置进行盾构机无管片拼装掘进的施工方法，具体施工过程如下：

一、请参考图4至图6，此三个图出示了土压盾构机从有管片推进模式到无管片推进模式转换的过程，具体模式转换流程(工艺)如下：

步骤一：在已拼装完成的隧道管片14前端拼装过渡环管片17(即钢管环)并进行加固。由管片拼装机10将过渡环管片17拼装成环，确保过渡环管片17与隧道管片14之间的纵向螺栓的连接紧固。在过渡环管片17前端加装止水环19，防止地层渗水。向过渡环管片17背面间隙注入壁后填充材料13，往隧道壁面打入锚杆18，打入数量根据需要选择。就此，过渡环管片17完成加固。其中，隧道管片14包括管片分块1401。

步骤二：安装斜楔撑靴装置21。按照代管片环1—姿态油缸组2—撑靴机构3的顺序安装斜楔撑靴装置21，紧固弧形钢管片101与弧形钢管片101之间、姿态油缸201与代管片环1及传力架301之间、撑靴机构3各组件之间的连接螺栓或其他连接装置，撑靴机构3后端一侧应与已拼装的过渡环管片17之间留出一定的调整间隙。

步骤三：土压盾构机无管片模式推进。在将斜楔撑靴装置21各个部件、液压和电气管线安装完毕后：1.在连接油缸304的推动下，撑靴机构3撑紧在洞壁上，缓慢升高撑紧力直至达到设计指标；2.伸出推进油缸7直至其末端抵紧在代管片环1端面；3.将管片拼装机10退回到托梁9最前端并锁定；4.转动刀盘5并启动其他系统，缓慢提高推进油缸7压力直至预期掘进参数，土压盾构机开始无管片掘进；5.完成一个步进循环的开挖距离(1环管片距离)，停机，连接油缸304回缩，撑靴机构3缩回；6.拖拽油缸20回缩，拖动斜楔撑靴装置21前进一个步进循环距离(1环管片距离)，连接油缸304伸长，撑靴机构3撑紧在洞壁上，推进油缸7伸出并顶紧在代管片环1端面，开始下一个掘进循环。

二、请参考图6至图8，此三个图出示了土压盾构机从无管片推进模式到有管片推进模式转换的过程示意图，具体模式转换流程(工艺)如下：

步骤一：当盾构机快要出硬岩段时，按照撑靴机构3—姿态油缸组2—代管片环1顺序依次分块拆除斜楔撑靴装置21，安装过渡环管片17并进行加固(加固流程同前述)，为盾构掘进提供反力，过渡环数量应达到设计要求(一般不少于2环)。

步骤二：停止拼装过渡环管片17，改为拼装隧道管片14。在隧道管片14背面填充壁后填充材料13，加固隧道管片14，土压盾构机开始有管片推进。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的盾构机及其斜楔撑靴装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。