一种硬岩盾构机及其施工方法与流程

1.本发明涉及岩层掘进技术领域，特别涉及一种硬岩盾构机。本发明还涉及一种硬岩盾构机的施工方法。

背景技术：

2.硬岩盾构机是集破岩掘进、渣土运输、管片支护于一体的集成化设备，具备稳定性好、对岩层扰动小及安全性高等优势，广泛应用于建设水利水电、铁路、交通、城市地下工程等。
3.硬岩盾构机通常包括刀盘、主驱动、前盾、中盾及尾盾，由于其稳定性是施工效率及施工安全的关键因素，前盾通常设有前盾稳定器，但受现有技术限制，这类稳定器尚存在诸多缺陷。
4.例如，前盾端面分布有两个前盾稳定器，两个前盾稳定器沿圆周呈45
°
圆心角分布，两个前盾稳定器之间设有支撑块，支撑块铰接于前盾稳定器与前盾的盾体外周之间，形成锚固结构，虽然可牢固地稳定住前盾，为后配合前进提供支撑，但这类稳定器无法使整机向前掘进。
5.再例如，前盾与中盾通过反扭矩装置相连，前盾稳定器沿径向设置在前盾的安装槽内，这类前盾稳定器多为单油缸支撑，与岩层接触面积小，支撑力不足，稳定性不理想。
6.因此，现有硬岩盾构机的稳定器既影响整机向前掘进，又不具备良好的稳定性。

技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硬岩盾构机，通过优化前盾稳定器的结构，使前盾稳定器能提供更大的支撑力，使整机的稳定性在掘进及换步两种工况下均较好。本发明的另一目的在于提供一种硬岩盾构机的施工方法。
8.本发明所提供的硬岩盾构机，包括前盾、中盾和撑紧盾，前盾设有前盾稳定器，前盾稳定器包括弧形撑靴和至少两根与弧形撑靴铰接相连的径向驱动件；中盾设有中盾稳定器，撑紧盾设有撑紧稳定器；在掘进工况下，全部前盾稳定器及全部撑紧稳定器均伸出撑住岩壁，全部中盾稳定器不伸出；在换步工况下，全部前盾稳定器及全部中盾稳定器均伸出撑住岩壁，全部撑紧稳定器不伸出。
9.优选的，前盾稳定器还包括固设于前盾且与弧形撑靴可滑动相抵、用于引导弧形撑靴沿径向线性伸缩的径向导向件。
10.优选的，前盾稳定器还包括与弧形撑靴相固连且可滑动地紧贴径向导向件的限位板，当弧形撑靴的伸出长度达到最大时，限位板所设的限位组件与径向导向件的端面相抵。
11.优选的，限位组件包括：
12.贯穿限位板的限位螺栓；
13.套于限位螺栓尾部的限位螺母；
14.套于限位螺栓且两端分别与限位螺母及限位板所设的限位凹槽相抵的抗弯限位
套；当弧形撑靴的伸出长度达到最大时，抗弯限位套的外侧面与径向导向件的端面相抵。
15.优选的，径向驱动件具体为径向驱动缸，弧形撑靴一体式设有u型铰支座，u型铰支座与每个径向驱动缸的活塞杆通过销轴铰接相连，销轴套设有用于隔开u型铰支座与活塞杆的隔套。
16.优选的，u型铰支座的销孔孔沿可拆卸设置有止挡板，当销轴插装于销孔内时，销轴的头部与止挡板相抵。
17.优选的，前盾的端面固设有前隔板，前隔板的背面对称设有至少一组前盾稳定器，中盾的前支撑环与后支撑环之间对称设有至少一组中盾稳定器，每组前盾稳定器与每组中盾稳定器沿轴向相对。
18.优选的，每组前盾稳定器焊接固定在于前隔板或动力中心环上。
19.优选的，前盾稳定器还包括用于检测每根径向驱动件的伸出压力的压力检测件，压力检测件及径向驱动件均与控制器相连，当径向驱动件的伸出压力小于预设压力时，控制器用于根据压力检测检测反馈的信号控制径向驱动件继续向外伸出，直至伸出压力等于预设压力。
20.本发明所提供的应用于上述任一项所述的硬岩盾构机的施工方法，，步骤包括：
21.s1、全部撑紧稳定器伸出撑住岩壁，刀盘向前掘进，全部前盾稳定器伸出撑住岩壁，全部中盾稳定器不伸出，盾尾与撑紧盾之间的伸缩油缸向外伸出，前盾、中盾及尾盾随刀盘向前掘进；
22.s2、刀盘停止掘进，全部前盾稳定器及全部中盾稳定器均伸出撑住岩壁，全部撑紧稳定器不伸出，伸缩油缸向内收缩，撑紧盾向前移动换步。
23.相对于背景技术，本发明所提供的硬岩盾构机，包括前盾、中盾和撑紧盾，前盾设有前盾稳定器，前盾稳定器包括弧形撑靴和至少两根径向驱动件，全部径向驱动件与弧形撑靴铰接相连，也即一块弧形撑靴由多根径向驱动件同时驱动，相较于现有的单油缸撑靴而言，弧形撑靴与岩壁的接触面更大，支撑力更大，可承受的反力更大，稳定性更好。此外，每根径向驱动件与弧形撑靴铰接相连，可通过调节各径向驱动件的伸出长度来调节相连的弧形撑靴的偏转角度，使弧形撑靴与岩壁接触更充分，可进一步提升稳定性。
24.在掘进工况下，全部前盾稳定器及全部所述撑紧稳定器均伸出撑住岩壁，全部中盾稳定器不伸出，前盾稳定器稳定性的提升，可减轻刀盘转动产生的振动，使整机掘进时保持稳定。在换步工况下，全部前盾稳定器及全部中盾稳定器均伸出撑住岩壁，全部撑紧稳定器不伸出，优化后的前盾稳定器可提供足够大的撑紧力，使撑紧盾实现稳定换步。
25.因此，本发明所提供的硬岩盾构机通过优化前盾稳定器的结构，在整机在掘进及换步两种工况下均提供足够大的支撑力，稳定性更好。
26.本发明所提供的硬岩盾构机的施工方法的技术方案与本发明所提供的硬岩盾构机的技术方案相同，具有相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
27.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。
28.图1为本发明一种具体实施例所提供的硬岩盾构机的主视剖视图；
29.图2为图1中a的局部放大图；
30.图3为图2中b的局部放大图；
31.图4为图1中前盾的二分之一横截面图；
32.图5为图4的局部剖视图；
33.图6为图5中c的局部放大图；
34.图7为图1中中盾的二分之一横截面图；
35.图8为图7中d的局部放大图。
36.附图标记如下：
37.前盾稳定器1、前盾2、中盾3、中盾稳定器4、尾盾5、撑紧盾6、动力中心环7和前隔板8；
38.弧形撑靴11、径向驱动件12、径向导向件13、限位板14和限位组件15；
39.u型铰支座111、销轴112、隔套113和止挡板114；
40.限位螺栓151、限位螺母152和抗弯限位套153。
41.附图中的箭头指代的是掘进方向。
具体实施方式
42.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。
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
44.请参考图1至图8，图1为本发明一种具体实施例所提供的硬岩盾构机的主视剖视图；图2为图1中a的局部放大图；图3为图2中b的局部放大图；图4为图1中前盾的二分之一横截面图；图5为图4的局部剖视图；图6为图5中c的局部放大图；图7为图1中中盾的二分之一横截面图；图8为图7中d的局部放大图。
45.本发明实施例公开了一种硬岩盾构机，通过优化前盾稳定器1的结构，使前盾稳定器1能提供更大的支撑力，使整机的稳定性在掘进及换步两种工况下均较好。
46.上述硬岩盾构机包括前盾2、中盾3、尾盾5及撑紧盾6，其中，前盾2内设有主驱动，主驱动与刀盘相连，为刀盘的旋转提供动力。前盾2与中盾3通过铰接油缸相连，使前盾2与中盾3之间可轴向相对运动。中盾3与尾盾5以焊接的形式刚性连接。尾盾5与撑紧盾6通过伸缩油缸相连。
47.前盾2设有前盾稳定器1，前盾稳定器1包括弧形撑靴11和至少两根径向驱动件12，全部径向驱动件12均与弧形撑靴11铰接相连，也即一块弧形撑靴11由多根径向驱动件12同时驱动，相较于现有的单油缸撑靴而言，弧形撑靴11与岩壁的接触面更大，支撑力更大，可承受的反力更大，稳定性更好。此外，每根径向驱动件12与弧形撑靴11铰接相连，可通过调节各径向驱动件12的伸出长度来调节相连的弧形撑靴11的偏转角度，使弧形撑靴11与岩壁
接触更充分，可进一步提升稳定性。
48.径向驱动件12具体为径向驱动缸，由液压驱动，可为弧形撑靴11提供更大的支撑力。前盾稳定器1具体为多油缸稳定器。当然，径向驱动件12的类型不限于此。需要注意的是，径向驱动缸的最大伸出长度小于弧形撑靴11的机械限位行程，确保弧形撑靴11可完成伸出顶住岩壁。
49.弧形撑靴11包括弧形顶板及分别对称固设于弧形顶板两侧的左侧板和右侧板，其中，左侧板和右侧均与前隔板8相平行。弧形顶板的弧度与前盾2的盾体弧度一致，避免弧形撑靴11外凸而影响前盾2移动。组装完前盾稳定器1后，需对全部径向驱动件12进行零位调节，确保弧形撑靴11的外侧面与前盾2的外侧面齐平，此时各径向驱动件12的伸出量设置为零位，如此可确保弧形撑靴11不突出于前盾2的盾体外。
50.前盾2的端面固设有前隔板8，前隔板8的背面对称设有至少一组前盾稳定器1，使前盾2均匀受力。具体地，前隔板8的竖直中线两侧各对称设有一组前盾稳定器1。每组前盾稳定器1的各径向驱动件12的固定端可焊接在前隔板8或动力中心环7上，使前盾稳定器1的结构更稳定，可提供更大的支撑力。文中的动力中心环7同轴设于前隔板8的中心，用于支撑主驱动。
51.中盾3设有中盾稳定器4，受安装空间限制，为不受刀盘转动影响，中盾稳定器4具体为单油缸稳定器。中盾3的前支撑环与后支撑环之间对称设有至少一组中盾稳定器4，具体地，中盾3的竖直中线两侧各对称设有一组中盾稳定器4。每组前盾稳定器1与每组中盾稳定器4沿轴向相对，使前盾2与中盾3的受力部位相同，避免前盾2与中盾3因受力不同而发生扭转。
52.撑紧盾6设有撑紧稳定器，撑紧稳定器的结构具体可参考现有技术，在此不再详述。
53.在掘进工况下，全部前盾稳定器1及全部所述撑紧稳定器均伸出撑住岩壁，全部中盾稳定器4不伸出，前盾稳定器1稳定性的提升，可减轻刀盘转动产生的振动，使整机掘进时保持稳定。在换步工况下，全部前盾稳定器1及全部中盾稳定器4均伸出撑住岩壁，全部撑紧稳定器不伸出，优化后的前盾稳定器1可提供足够大的撑紧力，使撑紧盾6实现稳定换步。
54.综上所述，本发明所提供的硬岩盾构机可在整机在掘进及换步两种工况下均提供足够大的支撑力，稳定性更好。
55.前盾稳定器1还包括径向导向件13，前盾2的盾体设有贯穿的避让孔，用于避让弧形撑靴11。径向导向件13固设于前盾2的盾体内侧且与避让孔的孔沿相固连，径向导向件13具体可呈板状，与前盾2的径向相平行。弧形撑靴11的一端与径向导向件13可滑动相抵，其另一端与前隔板8可滑动相抵，使径向导向件13与前隔板8配合形成导向滑道，弧形撑靴11可滑动装于导向滑道，用于引导弧形撑靴11沿径向线性伸缩，确保各径向驱动件12同步伸缩，避免弧形撑靴11出现卡滞，降低故障率，使前盾稳定器1工作更稳定、更可靠。径向导向件13远离弧形撑靴11的一侧固设有加强板，用于提升径向导向件13的抗弯强度。
56.前盾稳定器1还包括与弧形撑靴11相固连的限位板14，限位板14因前盾2的径向设置，限位板14可滑动地紧贴径向导向件13，限位板14远离弧形撑靴11的一端固设有限位组件15，当弧形撑靴11的伸出长度达到最大时，限位组件15与径向导向件13的端面相抵，阻止弧形撑靴11继续向外伸出，避免弧形撑靴11的行程过大，可有效保护径向驱动件12。此外，
限位组件15的设置还可在一定程度上限制弧形撑靴11的偏转角度，防止弧形撑靴11出现卡滞，可提升前盾稳定器1的稳定性。
57.限位组件15优选包括限位螺栓151、限位螺母152及抗弯限位套153，限位螺栓151垂直穿过限位板14，限位螺母152套于限位螺栓151尾部，用于锁紧固定。抗弯限位套153套于限位螺栓151，限位板14靠近径向限位套的一侧设有限位凹槽，抗弯限位套153的两端分别与限位螺母152及限位凹槽相抵，用于轴向限定抗弯限位套153。当弧形撑靴11的伸出长度达到最大时，抗弯限位套153的外侧面与径向导向件13的端面相抵，阻止弧形撑靴11继续向外伸出。抗弯限位套153的设置可提升限位螺栓151的抗弯强度，防止限位螺栓151受到过大的剪切应力而断裂，使限位组件15的更可靠。
58.当然，限位螺栓151也可直接与径向导向件13的端面相抵，或者在限位板14的自由端一体式设置与径向导向件13的端面相抵的限位翻边，均可实现本发明的目的。
59.弧形撑靴11的底部一体式设有u型铰支座111，u型铰支座111与每个径向驱动缸的活塞杆通过销轴112铰接相连，销轴112套设有隔套113，用于隔开u型铰支座111与活塞杆，隔套113为耐磨套，用于减缓u型铰支座111与活塞杆之间的磨损量，延长弧形撑靴11及径向驱动缸的使用寿命。具体地，销轴112套有两个隔套113，两个隔套113分别位于活塞杆的两侧。
60.u型铰支座111设有销孔，销轴112穿过销孔，销孔的孔沿可拆卸设置有止挡板114，当销轴112插装于销孔内时，销轴112的头部与止挡板114相抵，避免销轴112完全钻入销孔，还方便拆装销轴112。止挡板114具体依靠紧固螺钉固定在销孔的孔沿上。
61.前盾稳定器1还包括用于检测每根径向驱动件12的伸出压力的压力检测件，压力检测件具体可以是压力传感器，压力检测件及径向驱动件12均与控制器相连，当径向驱动件12的伸出压力小于预设压力时，控制器根据压力检测件反馈的触发信号控制径向驱动件12继续向外伸出，直至伸出压力等于预设压力，如此可在弧形撑靴11与岩壁相抵时自动调节弧形撑靴11的偏转角度，使弧形撑靴11最大程度地紧贴岩壁。
62.本发明实施例还公开一种应用于上述硬岩盾构机的施工方法，步骤包括：
63.s1、全部撑紧稳定器伸出撑住岩壁，刀盘向前掘进，全部前盾稳定器1伸出撑住岩壁，减轻刀盘转动产生的振动，使整机掘进时保持稳定；全部中盾稳定器4不伸出，盾尾与撑紧盾6之间的伸缩油缸向外伸出，前盾2、中盾3及所述尾盾5随所述刀盘向前掘进；
64.s2、刀盘停止掘进，全部前盾稳定器1伸出撑住岩壁，固定住前盾2，全部中盾稳定器4均伸出撑住岩壁，固定住中盾3，全部撑紧稳定器不伸出，盾尾与撑紧盾6之间的伸缩油缸向内收缩，撑紧盾6向前移动换步。
65.本发明所提供的硬岩盾构机的施工方法的技术方案与本发明所提供的硬岩盾构机的技术方案相同，具有相同的有益效果，在此不再赘述。
66.以上对本发明所提供的硬岩盾构机及其施工方法进行了详细介绍，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种硬岩盾构机，其特征在于，包括前盾(2)、中盾(3)和撑紧盾(6)，所述前盾(2)设有前盾稳定器(1)，所述前盾稳定器(1)包括弧形撑靴(11)和至少两根与所述弧形撑靴(11)铰接相连的径向驱动件(12)；所述中盾(3)设有中盾稳定器(4)，所述撑紧盾(6)设有撑紧稳定器；在掘进工况下，全部所述前盾稳定器(1)及全部所述撑紧稳定器均伸出撑住岩壁，全部所述中盾稳定器(4)不伸出；在换步工况下，全部所述前盾稳定器(1)及全部所述中盾稳定器(4)均伸出撑住岩壁，全部所述撑紧稳定器不伸出。2.根据权利要求1所述的硬岩盾构机，其特征在于，所述前盾稳定器(1)还包括固设于所述前盾(2)且与所述弧形撑靴(11)可滑动相抵、用于引导所述弧形撑靴(11)沿径向线性伸缩的径向导向件(13)。3.根据权利要求2所述的硬岩盾构机，其特征在于，所述前盾稳定器(1)还包括与所述弧形撑靴(11)相固连且可滑动地紧贴所述径向导向件(13)的限位板(14)，当所述弧形撑靴(11)的伸出长度达到最大时，所述限位板(14)所设的限位组件(15)与所述径向导向件(13)的端面相抵。4.根据权利要求3所述的硬岩盾构机，其特征在于，所述限位组件(15)包括：贯穿所述限位板(14)的限位螺栓(151)；套于所述限位螺栓(151)尾部的限位螺母(152)；套于所述限位螺栓(151)且两端分别与所述限位螺母(152)及所述限位板(14)所设的限位凹槽相抵的抗弯限位套(153)；当所述弧形撑靴(11)的伸出长度达到最大时，所述抗弯限位套(153)的外侧面与所述径向导向件(13)的端面相抵。5.根据权利要求1至4任一项所述的硬岩盾构机，其特征在于，径向驱动件(12)具体为径向驱动缸，所述弧形撑靴(11)一体式设有u型铰支座(111)，所述u型铰支座(111)与每个所述径向驱动缸的活塞杆通过销轴(112)铰接相连，所述销轴(112)套设有用于隔开所述u型铰支座(111)与所述活塞杆的隔套(113)。6.根据权利要求5所述的硬岩盾构机，其特征在于，所述u型铰支座(111)的销孔孔沿可拆卸设置有止挡板(114)，当所述销轴(112)插装于所述销孔内时，所述销轴(112)的头部与所述止挡板(114)相抵。7.根据权利要求1至4任一项所述的硬岩盾构机，其特征在于，所述前盾(2)的端面固设有前隔板(8)，所述前隔板(8)的背面对称设有至少一组所述前盾稳定器(1)，所述中盾(3)的前支撑环与后支撑环之间对称设有至少一组所述中盾稳定器(4)，每组所述前盾稳定器(1)与每组所述中盾稳定器(4)沿轴向相对。8.根据权利要求7所述的硬岩盾构机，其特征在于，每组所述前盾稳定器(1)焊接固定在于所述前隔板(8)或动力中心环(7)上。9.根据权利要求1至4任一项所述的硬岩盾构机，其特征在于，所述前盾稳定器(1)还包括用于检测每根所述径向驱动件(12)的伸出压力的压力检测件，所述压力检测件及所述径向驱动件(12)均与控制器相连，当所述径向驱动件(12)的伸出压力小于预设压力时，所述控制器用于根据所述压力检测检测反馈的信号控制所述径向驱动件(12)继续向外伸出，直至所述伸出压力等于所述预设压力。10.一种应用于权利要求1至9任一项所述的硬岩盾构机的施工方法，其特征在于，步骤包括：
s1、全部撑紧稳定器伸出撑住岩壁，刀盘向前掘进，全部前盾稳定器伸出撑住岩壁，全部中盾稳定器不伸出，盾尾与撑紧盾之间的伸缩油缸向外伸出，前盾、中盾及所述尾盾随所述刀盘向前掘进；s2、所述刀盘停止掘进，全部所述前盾稳定器及全部所述中盾稳定器均伸出撑住岩壁，全部所述撑紧稳定器不伸出，所述伸缩油缸向内收缩，所述撑紧盾向前移动换步。

技术总结

本发明公开一种硬岩盾构机，包括前盾、中盾和撑紧盾，前盾设有前盾稳定器，前盾稳定器包括弧形撑靴和至少两根与弧形撑靴铰接相连的径向驱动件；中盾设有中盾稳定器，撑紧盾设有撑紧稳定器；在掘进工况下，全部前盾稳定器及全部撑紧稳定器均伸出撑住岩壁，全部中盾稳定器不伸出；在换步工况下，全部前盾稳定器及全部中盾稳定器均伸出撑住岩壁，全部撑紧稳定器不伸出。本发明通过优化前盾稳定器的结构，使前盾稳定器能提供更大的支撑力，使整机的稳定性在掘进及换步两种工况下均较好。本发明还公开一种硬岩盾构机的施工方法。公开一种硬岩盾构机的施工方法。公开一种硬岩盾构机的施工方法。