一种适用于岩溶地质的可纠偏盾构机的制作方法

1.本发明涉及盾构机技术领域，尤其涉及一种适用于岩溶地质的可纠偏盾构机。


背景技术：

2.盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构，其利用尾部已装好的衬砌管片作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。
3.盾构法施工是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，是将盾构机械在土中或岩中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法，盾构工法有施工精度高、安全、劳动强度低、对环境影响小等优点。盾构机在岩溶地层中掘进时，由于下伏溶洞等软弱地层的存在，盾构机有栽头的风险，盾构机如果在掘进过程中发生了栽头，盾构机姿态调整较为困难，而且盾构机因栽头产生的位移过大，盾尾有压坏衬砌管片的风险。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种适用于岩溶地质的可纠偏盾构机，解决盾构机在岩溶地区发生栽头后不易调整姿态的问题。
5.一种适用于岩溶地质的可纠偏盾构机，包括：前盾与后盾，前盾与后盾之间采用球铰连接，前盾的外侧设有用于辅助纠偏的盾壳；前盾在轴向上由外至内依次包括刀盘、土仓与设备仓，后盾包括驱动机构、推进顶与设置在衬砌前方的预设件；
6.驱动机构包括内垫层与外垫层，内垫层上设有纵向驱动带与横向驱动带，外垫层上设有用于推移内垫层的挤压件；
7.设备仓一端为圆柱形，另一端为球台形，圆柱形一侧与土仓连接，球台一侧分别与纵向驱动带、横向驱动带相接触。
8.采用上述技术方案的有益效果：在传统盾构机的基础上将前盾与后盾采用球铰接方式连接，当前盾在岩溶地区发生栽头事故时，不影响后盾的姿态，其次，在球铰接触面上采用纵向和横向驱动带驱动调节前盾的姿态，在调节过程中后盾通过预设件与衬砌连接，调节前盾产生的反作用力不会直接作用在衬砌上，有利于保证后盾设备和已安装的管片衬砌的安全，防止后盾盾尾压坏衬砌；调节前盾的过程中是通过驱动机构主动作用，受外界地质情况的影响较小。
9.进一步地，上述盾壳为圆弧状结构且其上设有贯穿的充气口，充气口的外侧连接有气囊，充气口的内侧设有密封盖。
10.采用上述技术方案的有益效果：在盾壳外侧设置气囊辅助前盾进行姿态调整，加快调节速度和工作效率。
11.进一步地，上述纵向驱动带与横向驱动带均套设在驱动件的输出轴上，由驱动件
带动转动。
12.进一步地，上述内垫层上设有检测前盾转动扭矩的传感器，传感器与外界的信号接收器通信连接。
13.采用上述技术方案的有益效果：通过传感器可检测到前盾的扭矩变化情况，便于内部工作人员实时掌握前盾的姿态调节精度。
14.进一步地，上述预设件两端分别与后盾和衬砌相连接，且预设件与衬砌留有间隙。
15.进一步地，上述推进顶前端与驱动机构相连接，后端与衬砌相接触。
16.进一步地，上述设备仓内固定设置有螺旋出土器、人仓与刀盘驱动机。
17.进一步地，上述挤压件为液压式千斤顶。
18.本发明具有以下有益效果：本发明的可纠偏盾构机适用于岩溶地层，当前盾发生栽头或偏转后，可以在不破坏已安装衬砌块的情况下对前盾进行姿态调整；前盾与后盾通过球铰接的连接方式将盾构机分为负责开挖的前盾后负责推进和安装衬砌管片的后盾，实现固定后盾的同时调整前盾的姿态，同时在栽头事故中可以最大程度上减少事故对设备的损伤，可以有效提高盾构机在岩溶地层的施工效率。
附图说明
19.图1为本发明的整体结构示意图；
20.图2为本发明中内垫层的结构示意图；
21.图3为本发明中外垫层的结构示意图；
22.图4为本发明中盾壳的结构示意图。
23.图中：1-前盾；11-刀盘；12-土仓；13-设备仓；14-盾壳；141-气囊；142-充气口；143-密封盖；2-后盾；21-驱动机构；211-内垫层；212-外垫层；213-纵向驱动带；214-横向驱动带；215-挤压件；216-驱动件；22-衬砌；23-推进顶；24-预设件。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
25.参考图1至图4，本发明提供了一种适用于岩溶地质的可纠偏盾构机，包括：前盾1与后盾2，前盾1与后盾2之间采用球铰连接，前盾1的侧面设有用于辅助纠偏的盾壳14；
26.前盾1在轴向上由外至内依次包括刀盘11、土仓12与设备仓13，后盾2包括驱动机构21、推进顶23与设置在衬砌22前方的预设件24；
27.设备仓13一端为圆柱形，另一端为球台形，圆柱形一侧与土仓12连接，球台一侧分别与驱动机构21内的纵向驱动带213、横向驱动带214相接触。
28.设备仓13的内部固定设置有螺旋出土器、人仓与刀盘驱动机等必要设施，保证盾构机的正常推进；这些设施均不可移动，当前盾1进行旋转推进或发生栽头时，确保这些固定在设备仓13内的设施不会掉落。
29.驱动机构21包括内垫层211与外垫层212，内垫层211与外垫层212均为弧形结构，轮廓边缘使用不锈钢定型，内垫层211内部设有纵向驱动带213与横向驱动带214，外垫层212上设有用于推移内垫层211的挤压件215，挤压件215作用在内垫层211上，使内垫层211
上的纵向驱动带213和横向驱动带214压紧在设备仓13的铰接球面上；纵向驱动带213与横向驱动带214选用粘附性较大的橡胶制成，为保证驱动带与铰接球面有足够的摩擦力以至于不发生相互滑动；挤压件215为液压式千斤顶；纵向驱动带213与横向驱动带214均套设在驱动件216的输出轴上，由驱动件216带动转动，驱动件216可以选择电机、马达，当纵向驱动带213与横向驱动带214转动时可以带动前盾1整体进行转动。
30.驱动机构21对设备仓13共有两种工作状态，一种为主动，另一种为被动，当驱动带由驱动件216带动时是主动工作状态，当驱动件216不工作时，设备仓13在外力和驱动带之间摩擦的作用下转动为被动工作状态。
31.内垫层211上设有检测前盾1转动扭矩的传感器，传感器与外界的信号接收器保持通信连接；当前盾1发生偏转或栽头时，可以通过传感器检测前盾1的扭矩判断转动角度，在调整前盾1姿态时，也可以通过传感器实时掌握调节状况。
32.盾壳14为圆弧状结构且其上设有贯穿的充气口142，充气口142的外侧连接有气囊141，充气口142的内侧设有密封盖143，当前盾1发生栽头时，通过充气口142对气囊141充气，气囊141在前盾1与隧道内壁之间膨胀，辅助前盾1进行姿态调整，气囊141本身需要采用耐磨和耐高压的材料制成，便于承受前盾1调整过程的反作用力；气囊141内部除了充气也可以使用注浆等液体填充方式使气囊141膨胀。
33.预设件24为圆环状的衬砌块，相较于正常安装的衬砌块，预设件24的作用是为盾构机与衬砌22留足够的安全空间，防止后盾2位移时损坏衬砌22；预设件24的两端分别与后盾2和衬砌22相连接，且预设件24与衬砌22留有间隙。
34.推进顶23前端与驱动机构21相连接，后端与衬砌22相接触，当盾构机整体需要前进时，推进顶23底端作用在衬砌22的侧面并对盾构机向前推进，随后在原推进顶23的位置安装衬砌22，如此循环作业完成衬砌22的安装。
35.本发明的工作过程：
36.在盾构正常开挖时驱动机构固定设备仓使其处于被动转动状态，同时通过传感器检测前盾的姿态和转动扭矩。当转动扭矩剧烈增大时，允许驱动机构减小对设备仓的夹持力(即关闭挤压件对内垫层的推移，使内垫层与铰接球面的正压力减小)，防止前盾的姿态变坏带动后盾的姿态变化，导致后盾压坏已安装的衬砌。当前盾发生栽头等较大的姿态变化时，首先通过连接件连接固定后盾的预设件和台车，使得后盾与衬砌之间保持一定的空隙，再通过驱动机构调整前盾的姿态。通过前盾外侧的盾壳充气口向外释放辅助气囊，辅助调整前盾与地层之间的姿态，至此盾构机姿态调整完成。最后在盾构机内部对地层进行超前注浆，加固盾构机前方和下方的地层，直至可以正常通行。
37.以上所述仅为本发明的较优实施例，该实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。