專利名稱：一種長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)，具體涉及ー種長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，國外采用掘進(jìn)機(jī)法施工的隧道最大坡度為向上84%、向下58%，采用全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工的大坡度隧道絕大部分為上坡，因?yàn)樯掀戮蜻M(jìn)有利于處理大量涌水等不良地質(zhì)問題。而向下掘進(jìn)的大坡度隧道(坡度超過-10%)主要采用壓力平衡式盾構(gòu)，這樣容易解決大量涌水、大量有害氣體等不良地質(zhì)問題，但掘進(jìn)速度慢效率低，地質(zhì)適應(yīng)范圍窄。國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)法施工的隧道最大坡度只有±5. 5%，且均采用壓カ平衡式盾構(gòu)，掘進(jìn)速度慢效率低，地質(zhì)適應(yīng)范圍窄。而專門針對長距離大坡度斜井的TBM (坡度超過-10%)的研發(fā)和使用，在國內(nèi)未有先例。特別是煤礦中用于運(yùn)輸?shù)拈L距離大坡度斜井，往往伴有大量涌水、大量有害氣體等風(fēng)險(xiǎn)。且在長距離大坡度斜井隧道(坡度超過-10%)內(nèi)運(yùn)輸施工用輔助物料(如管片、豆礫石、混凝土砂漿、水泥漿等)存在安全和效率問題。專門針對此類長距離大坡度斜井工程的TBM研發(fā)和使用在世界范圍內(nèi)也未有先例。在我國，煤礦中使用的運(yùn)輸巷道絕大部分為長距離大坡度斜井，數(shù)量龐大，且對施エエ期以及安全要求苛刻。而目前此類斜井均采用鉆爆法等施工，或者改為豎井施工，施工速度和效率低，安全性和文明施工程度低。設(shè)計(jì)專門針對此類長距離大坡度斜井的TBM前景廣闊。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)，以解決長距離大坡度斜井中突發(fā)性大量涌水、大量有害氣體，掘進(jìn)速度和效率，輔助物料運(yùn)輸，主機(jī)栽頭及主機(jī)側(cè)向滾動等問題。本實(shí)用新型的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，包括盾體、設(shè)在盾體前端的由刀盤和主驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成的機(jī)頭、可雙向旋轉(zhuǎn)出碴的刀盤、位于刀盤后的開挖艙、設(shè)在開挖艙的可密閉的接碴斗和防涌門、安裝在盾體內(nèi)頂部的穩(wěn)定器、設(shè)在盾體內(nèi)的與機(jī)頭鉸接的推進(jìn)油缸、防爆型排水系統(tǒng)、防爆型通風(fēng)除塵系統(tǒng)、主機(jī)皮帶機(jī)，還包括設(shè)在盾體后端的管片拼裝機(jī)、與主機(jī)皮帶機(jī)銜接的后配套皮帶機(jī)以及物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)。所述刀盤的旋轉(zhuǎn)中心線向上偏離盾體中心線一定距離。所述刀盤上設(shè)有刮碴板。所述接碴斗進(jìn)料口上設(shè)有與油缸連接的密封門。所述推進(jìn)油缸的側(cè)向設(shè)有偏轉(zhuǎn)油缸。[0013]所述盾體外的底部焊接有防滾條。所述主機(jī)皮帶機(jī)設(shè)置有除塵風(fēng)管。物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)包括后配套尾部卸載拖車及物料運(yùn)輸車和罐。本實(shí)用新型的有益效果I、采用具有密閉功能的盾體、可密閉的接碴斗、防爆型排水系統(tǒng)以及防爆型通風(fēng)除塵系統(tǒng)，可解決長距離大坡度斜井工程中大量涌水、大量有害氣體等突發(fā)問題，保證設(shè)備和施工人員安全。 2、采用可雙向旋轉(zhuǎn)出碴的刀盤I配合主機(jī)皮帶機(jī)以及后配套皮帶機(jī)8出碴，可提高掘進(jìn)速度和出碴效率；采用預(yù)制混凝土管片襯砌支護(hù)，利用豆礫石和稀水泥漿填充管片與隧道之間的間隙，并在仰拱底部注入速凝混凝土防止管片沉降，可保證快速、有效、安全地襯砌支護(hù)隧道。3、采用適應(yīng)大坡度長距離斜井的物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)，可提高長距離大坡度斜井施エ用輔助物料(如管片、豆礫石、混凝土砂漿、水泥漿等)的供給速度。4、為解決在長距離大坡度斜井隧道掘進(jìn)過程中TBM主機(jī)容易栽頭的問題，將刀盤的旋轉(zhuǎn)中心線向上偏離盾體中心線一定距離，此時(shí)隧道底部開挖量減少頂部開挖量增加，隨著刀盤邊滾刀磨損量增加，隧道底部逐漸形成一條向上的曲線，迫使整個(gè)主機(jī)向上抬頭。5、為解決開挖后隧道壁對盾體包裹能力小、摩擦力不夠?qū)е耇BM主機(jī)與隧道發(fā)生相對側(cè)向滾動的問題，采用可雙向旋轉(zhuǎn)出碴的刀盤來抵消部分側(cè)向滾動扭矩，利用底部焊接有防滾條的盾體和安裝在盾體上部的穩(wěn)定器増加隧道與盾體間摩擦力，并配合可調(diào)整角度的推進(jìn)油缸提供與滾動方向相反的扭矩，共同防止TBM主機(jī)側(cè)向滾動。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明。

圖I是本實(shí)用新型正常掘進(jìn)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型遭遇大量涌水時(shí)剖視圖圖3是本實(shí)用新型中接碴斗的示意圖。圖4是本實(shí)用新型中推進(jìn)油缸的主視圖。圖5是圖4中推進(jìn)油缸的A向視圖。圖6是圖4的俯視圖。圖7是推進(jìn)油缸偏轉(zhuǎn)狀態(tài)示意圖。圖8是本實(shí)用新型中的主機(jī)皮帶機(jī)示意圖。圖9是本實(shí)用新型中刀盤旋轉(zhuǎn)中心與盾體中心的示意圖。圖10是本實(shí)用新型中的刀盤示意圖。圖11是本實(shí)用新型施工時(shí)管片在卸載拖車區(qū)域卸載示意圖。圖12是本實(shí)用新型施工時(shí)管片在后配套前部卸載和吊裝示意圖。圖13是本實(shí)用新型施工時(shí)豆礫石罐卸載示意圖。
具體實(shí)施方式
見圖I、圖2，長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，包括具有密閉功能和防滾動的盾體2、設(shè)在盾體2前端的由刀盤I和主驅(qū)動系統(tǒng)5構(gòu)成的機(jī)頭、可雙向旋轉(zhuǎn)出碴的刀盤
I、位于刀盤I后的開挖艙a、設(shè)在開挖艙a的可密閉的接碴斗4和防涌門12、安裝在盾體內(nèi)頂部的穩(wěn)定器3、設(shè)在盾體2內(nèi)的與機(jī)頭鉸接的推進(jìn)油缸10、防爆型排水系統(tǒng)11、防爆型通風(fēng)除塵系統(tǒng)15、主機(jī)皮帶機(jī)6，還包括設(shè)在盾體2后端的管片拼裝機(jī)7、與主機(jī)皮帶機(jī)6銜接的后配套皮帶機(jī)8以及物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)；接碴斗4進(jìn)料ロ 401上設(shè)有與油缸連接的密封門14，如圖3所示；推進(jìn)油缸10如圖4一6所示，在其底部側(cè)向設(shè)有偏轉(zhuǎn)油缸16與支架101連接，當(dāng)偏轉(zhuǎn)油缸16工作時(shí)帶動推進(jìn)油缸10發(fā)生偏轉(zhuǎn)(參見圖7);主機(jī)皮帶機(jī)6上設(shè)置有除塵風(fēng)管15，如圖8所示；刀盤I的旋轉(zhuǎn)中心線b向上偏離盾體2的中心線c 一定距離，如圖9所示；刀盤I上設(shè)有刮渣板101，如圖10所示；盾體2外的底部焊接有防滾條(未示出);見圖11一 13，物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)包括后配套尾部卸載拖車18及物料運(yùn)輸車和罐，如隧道內(nèi)膠輪車20運(yùn)輸編組、后配套物料卸載吊機(jī)17、后配套內(nèi)部的物料倒運(yùn)卷揚(yáng)小車22、 管片卸載器21、管片吊機(jī)24以及豆礫石吊機(jī)25、砂漿罐吊機(jī)以及砂漿泵送系統(tǒng)。工作原理圖I中為本實(shí)用新型正常掘進(jìn)模式，此時(shí)通過主機(jī)皮帶機(jī)6和后配套皮帶機(jī)8出碴，通過管片拼裝機(jī)7拼裝預(yù)制的混凝土管片9來襯砌支護(hù)開挖成型的隧道。刀盤I設(shè)置為正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)交叉的旋轉(zhuǎn)出碴模式，從而起到防止主機(jī)側(cè)向滾動的作用。盾體頂部的穩(wěn)定器3向外伸出撐靴頭作用在洞壁上產(chǎn)生的反力，増加了盾體底部與隧道壁之間的摩擦力，而盾體外底部焊接有防滾條也可増加與隧道壁間的摩擦力，從而起到防止主機(jī)滾動的作用。推進(jìn)油缸10亦可通過自身的偏轉(zhuǎn)油缸16調(diào)整偏轉(zhuǎn)角度，提供與主機(jī)滾動扭矩方向相反的扭矩，阻止主機(jī)滾動。圖2中為斜井開挖面遭遇大量涌水或者大量有害氣體13時(shí)的處理示意圖。當(dāng)掌支面突然出現(xiàn)大量涌水13時(shí)停止掘進(jìn)，關(guān)閉接碴斗4的密封門14和防涌門12，將涌水暫時(shí)密封在開挖艙a內(nèi)。然后調(diào)節(jié)防涌門12開ロ大小，限制性地讓部分涌水流進(jìn)盾體2內(nèi)，再通過盾體2內(nèi)的防爆型排水系統(tǒng)11將涌水抽排到后配套污水箱內(nèi)。污水箱內(nèi)污水通過簡單的分離處理后，通過后配套內(nèi)排污泵以及隧道內(nèi)排污泵分級抽排至洞外。當(dāng)斜井開挖面出現(xiàn)大量有害氣體13時(shí)停止掘進(jìn)，立即關(guān)閉接碴斗4的密封門14和防涌門12，暫時(shí)將大量有害氣體密閉在開挖艙a內(nèi)。在保證主機(jī)內(nèi)通風(fēng)除塵系統(tǒng)工作良好的情況下再打開接碴斗4的密封門14，此時(shí)具有防爆功能的除塵系統(tǒng)通過主機(jī)皮帶機(jī)6內(nèi)部的除塵風(fēng)管15迅速將有害氣體抽排至后配套區(qū)域以外，再依靠隧道內(nèi)回風(fēng)作用將有害氣體攜帯至洞外?？擅荛]的接碴斗4在緊急情況下，密封門14可通過油缸實(shí)現(xiàn)自動開閉。推進(jìn)油缸10，通過偏轉(zhuǎn)油缸16可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)油缸10整體偏轉(zhuǎn)一定角度，在推進(jìn)過程中提供一定防主機(jī)側(cè)滾的扭矩。可雙向旋轉(zhuǎn)出碴的刀盤I由于有刮渣板，刀盤正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)均可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)出碴，并可防止和糾正主機(jī)的側(cè)向滾動。物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)可快速運(yùn)輸施工所需的管片、豆礫石及混凝土砂漿、水泥漿等輔助物料。管片運(yùn)輸方案如圖11和圖12所示。首先，洞外的管片23通過膠輪車20編組整環(huán)運(yùn)送至TBM后配套尾部卸載拖車18區(qū)域；其次，在卸載拖車18區(qū)域通過物料卸載吊機(jī)17將管片23卸載到物料倒運(yùn)卷揚(yáng)小車22上；然后，通過卷揚(yáng)小車22將管片23運(yùn)送至后配套前部；再通過管片卸載器21將管片23卸載后堆放在拖車內(nèi)，并通過管片吊機(jī)24將管片23分塊吊至管片存儲小車19上，最后管片拼裝機(jī)7抓取由管片存儲小車19運(yùn)送來的管片23并依次拼裝。豆礫石運(yùn)輸方案如圖11 ー圖13所示。首先，洞外豆礫石裝載至豆礫石罐26中，通過膠輪車20將豆礫石罐26運(yùn)送至TBM后配套尾部卸載拖車18區(qū)域；其次，在卸載拖車18區(qū)域通過物料卸載吊機(jī)17將礫石罐26卸載到物料倒運(yùn)卷揚(yáng)小車22上；然后，通過卷揚(yáng)小車22將礫石罐26運(yùn)送至后配套豆礫石罐指定存放拖車區(qū)域；再通過豆礫石罐吊機(jī)25將豆礫石罐26卸載后放置于指定位置?；炷辽皾{、水泥漿等輔助物料運(yùn)輸方案。此類非固態(tài)輔助物料罐裝后用膠輪車20運(yùn)輸至TBM后配套尾部卸載拖車18區(qū)域，并通過吊機(jī)卸載到后配套尾部拖車內(nèi)，再泵送至拖車前部指定的存儲罐內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，其特征在于包括盾體、設(shè)在盾體前端的由刀盤和主驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成的機(jī)頭、可雙向旋轉(zhuǎn)出碴的刀盤、位于刀盤后的開挖艙、設(shè)在開挖艙的可密閉的接碴斗和防涌門、安裝在盾體內(nèi)頂部的穩(wěn)定器、設(shè)在盾體內(nèi)的與機(jī)頭鉸接的推進(jìn)油缸、防爆型排水系統(tǒng)、防爆型通風(fēng)除塵系統(tǒng)、主機(jī)皮帶機(jī)，還包括設(shè)在盾體后端的管片拼裝機(jī)、與主機(jī)皮帶機(jī)銜接的后配套皮帶機(jī)以及物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述刀盤的旋轉(zhuǎn)中心線向上偏離盾體中心線一定距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述刀盤上設(shè)有刮碴板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述接碴斗進(jìn)料ロ上設(shè)有與油缸連接的密封門。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述推進(jìn)油缸的側(cè)向設(shè)有偏轉(zhuǎn)油缸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述盾體外的底部焊接有防滾條。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，其特征在于所述主機(jī)皮帶機(jī)設(shè)置有除塵風(fēng)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，其特征在干物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)包括后配套尾部卸載拖車及物料運(yùn)輸車和罐。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種長距離大坡度斜井全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，包括盾體、設(shè)在盾體前端的由刀盤和主驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成的機(jī)頭、可雙向旋轉(zhuǎn)出碴的刀盤、位于刀盤后的開挖艙、設(shè)在開挖艙的可密閉的接碴斗和防涌門、安裝在盾體內(nèi)頂部的穩(wěn)定器、設(shè)在盾體內(nèi)的與機(jī)頭鉸接的推進(jìn)油缸、防爆型排水系統(tǒng)、防爆型通風(fēng)除塵系統(tǒng)、主機(jī)皮帶機(jī)，還包括設(shè)在盾體后端的管片拼裝機(jī)、與主機(jī)皮帶機(jī)銜接的后配套皮帶機(jī)以及物料快速倒運(yùn)系統(tǒng)。本實(shí)用新型可以有效解決長距離大坡度斜井中突發(fā)性大量涌水、大量有害氣體，掘進(jìn)速度和效率，輔助物料運(yùn)輸，主機(jī)栽頭及主機(jī)側(cè)向滾動等問題。
文檔編號E21D9/087GK202645580SQ20122031363
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者劉飛香, 程永亮, 鄭大橋, 彭正陽, 龍斌, 麻成標(biāo) 申請人:中國鐵建重工集團(tuán)有限公司