技术领域
[0001] 本公开涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种盾构机。
相关背景技术
[0002] 土压/TBM(Tunne l Bor i ng Mach i ne，隧道掘进机，狭义上将用于岩石地层的简称为TBM(硬岩TBM))双模盾构机在软硬交变、高风险隧道中可实现“一机多用”，同时满足施工安全、施工效率等核心问题，逐步广泛应用于复杂环境下的隧道施工。然而该双模盾构机大多数属于离线式双模盾构机，两种模式的出渣设备因空间、技术限制等因素难以共同存在，在隧道内需要投入较大的人力、物力才能顺利完成模式切换作业，这种出渣方式不能同时共存的双模盾构势必影响项目的整体工期，施工成本等。
具体实施方式
[0053] 现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
[0054] 本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0055] 在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
[0056] 本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0057] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0058] 本公开实施例中的上游是指沿盾构机掘进方向的上游，上游方也是前方。下游是指沿盾构机掘进方向的下游，下游方也是后方或背部。
[0059] 图1和图2是根据本公开盾构机的一些实施例的结构示意图。参考图1和图2，在一些实施例中，盾构机包括盾体100、刀盘200、土仓300、第一输送机1和第二输送机2。
[0060] 盾体100为圆筒形。
[0061] 刀盘200设于盾构机的掘进方向的上游端，也就是盾体100的前端。
[0062] 土仓300设于盾体100内，且位于刀盘200的下游，也就是刀盘200的后方。
[0063] 第一输送机1设于盾体100内。
[0064] 第二输送机2设于盾体100内，且位于第一输送机1的下方。
[0065] 其中，第一输送机1与第二输送机2择一将土仓300内的渣土输出。
[0066] 在一些相关技术中，需要盾体内部预留足够的空间才能满足两个输送机的共存。
[0067] 基于此，在本公开实施例中，第一输送机1布置于第二输送机2的上方，第一输送机1与第二输送机2呈上下布置的形式，此布置形式能够充分利用盾体100内现有空间，便于组装、模式切换、施工作业，提高施工效率，不仅适用于大直径盾构机也适用于小直径盾构机，适用范围广。
[0068] 在一些实施例中，第一输送机1用于TBM硬岩模式，第一输送机1用于输送破碎岩石等。第二输送机2用于土压模式，第二输送机2用于输送泥浆等。本公开实施例中的渣土包括泥浆或破碎岩石等。
[0069] 本公开实施例提供的盾构机包括第一输送机1和第二输送机2，第一输送机1与第二输送机2择一将土仓300内的渣土输出，盾构机具有土压模式和TBM模式，适用范围广。
[0070] 在一些实施例中，第二输送机2设于第一输送机1的正下方，减少左右空间的占用。
[0071] 在一些实施例中，第一输送机1包括第一进口和第一出口14，第一进口位于第一出口14的上游，第一进口用于从土仓中输入渣土，第一出口14用于输出渣土。
[0072] 在一些实施例中，第二输送机2包括第二进口和第二出口21，第二进口位于第二出口21的上游，第二进口用于从土仓中输入渣土，第二出口21用于输出渣土。
[0073] 第一输送机1用于输送破碎岩石，因此，第一输送机1可以采用皮带输送机，也可以采用螺杆输送机。
[0074] 第二输送机2用于输送泥浆，为避免泥浆溢出，第二输送机2采用螺杆输送机。
[0075] 第一输送机1的长度延伸方向与盾体100的长度延伸方向平行。第一输送机1的第一进口位于盾体100的径向的中部，第一出口14位于第一进口的下游，且高于第一进口。
[0076] 第二输送机1的长度延伸方向与盾体100的长度延伸方向平行。第二输送机1的第二进口位于盾体100的径向的下部，第二出口21位于第二进口的下游，且高于第二进口。
[0077] 第一进口大体上位于第二进口的正上方，第一出口14大体上位于第二出口21的正上方。
[0078] 参考图7，在一些实施例中，第一输送机1包括用于排出渣土的第一出口14，第二输送机2包括用于排出渣土的第二出口21，第一出口14被配置为在第一输送机1将土仓300内的渣土输出的状态下与第二出口21连通。
[0079] 第一输送机1将土仓300内的渣土输出的状态下，第一出口14与第二出口21连通，第一输送机1与第二输送机2共用同一出口，可以采用同一出渣设备，盾体100内各部件布置紧凑，有利于盾体100内其他管线及维修通道的布置，能够实现小直径双模盾构机两个输送机的出渣设备的共存需求，适用范围广、占用空间小，解决相关技术中共存式双模盾构机两种出渣设备、管线、通道等布置难，两种模式出渣口跨距大，导致后配套出渣输送机接渣难，模式切换时间相对较长、施工不便等问题。
[0080] 参考图7，第一输送机1将土仓300内的渣土输出的状态下，第一出口14与第二出口21连通，第一输送机1的第一进口输入渣土，第一出口14将渣土输送至第二输送机2的第二出口21，最终将渣土通过第三输送机3输出。
[0081] 参考图8，第二输送机2将土仓300内的渣土输出的状态下，第一出口14与第二出口21不连通，第二输送机2的第二进口输入渣土，第二出口21将渣土送至第三输送机3，通过第三输送机3输出。
[0082] 参考图8，在一些实施例中，盾构机还包括第一封闭板41，第二输送机2还包括设于第二出口21上方的开口22，第一封闭板41被配置为遮盖开口22，第一出口14与第二出口21不连通，第一封闭板41被配置为避让开口22，第一出口14通过开口22与第二出口21连通。
[0083] 第一封闭板41用于控制第一出口14与第二出口21的通断，第一封闭板41遮盖开口22时，第一出口14与第二出口21不连通，第一封闭板41打开，避让开口22时，第一出口14通过开口22与第二出口21连通。
[0084] 在一些实施例中，盾构机还包括动力机构，动力机构驱动连接于第一封闭板41，通过动力机构驱动第一封闭板41移动以遮盖开口22，或者避让开口22。
[0085] 在一些实施例中，盾构机还包括第三输送机3，第三输送机3设于第二出口21的下方，用于输送第二出口21输出的渣土。
[0086] 第三输送机3用于将第一输送机1或第二输送机2输出的渣土输送走。第一输送机1工作时，第一出口14通过第二出口21将第一输送机1内的渣土送至第三输送机3。第二输送机2工作时，第二出口21将第二输送机2内的渣土送至第三输送机3。
[0087] 在一些实施例中，第一输送机1包括第一输送部11，第一输送部11被配置为伸入土仓300内，以将土仓300内的渣土输出，或从土仓300内移出。
[0088] 第一输送部11能够伸入土仓300内，以将土仓300内的渣土输出，第一输送部11也能够从土仓300内移出。第一输送机1工作时，第一输送部11伸入土仓300内，第一输送机1不工作时，第一输送部11从土仓300内移出。
[0089] 在一些实施例中，第一输送机1还包括第二输送部12和第三输送部13，第二输送部12被配置为在第一输送部11伸入土仓300的状态下，连接第一输送部11和第三输送部13，第三输送部13被配置为输出第一输送部11输送的渣土。第二输送部12被配置为在第一输送部
11要从土仓300内移出时被拆除。
[0090] 需要第一输送机1工作时，第一输送部11伸入土仓300内，第二输送部12连接第一输送部11和第三输送部13，第一输送部11将土仓300内的渣土输送至第二输送部12，第二输送部12将渣土输送至第三输送部13。
[0091] 不需要第一输送机1工作时，第二输送部12被拆除，第一输送部11从土仓300内移出。
[0092] 第一进口设于第一输送部11，第一出口14设于第三输送部13。
[0093] 参考图6，在一些实施例中，盾构机包括第一动力机构51，第一动力机构51驱动连接于第一输送部11，以使第一输送部11伸入土仓300内，或从土仓300内移出。
[0094] 在一些实施例中，第一动力机构51包括第一油缸，第一油缸驱动连接于第一输送部11，以驱动第一输送部11往复运动，以便使第一输送部11伸入土仓300内，或使第一输送部11从土仓300内移出。
[0095] 参考图5和图6，在一些实施例中，盾构机还包括设于盾体100内的轨道81和输送架82，输送架82被配置为承载第一输送部11，第一动力机构51设于轨道81，且连接于输送架
82，第一动力机构51驱动输送架82沿轨道81往复运动。
[0096] 参考图5，在一些实施例中，输送架82包括第一架体821、第二架体822和第三架体823，第一架体821上设有用于在轨道81上行走的滑轮826，第一架体821与第二架体822之间通过第一销轴824连接，第二架体822通过第一销轴824能够相对于第一架体821水平转动，进而能够使输送架82携带第一输送部11左右摆动。第三架体823与第二架体822之间通过第二销轴825连接，第三架体823能够相对于第二架体822上下转动，进而使输送架82携带第一输送部11上下摆动。
[0097] 输送架82携带第一输送部11前后移动的过程中，随盾体100的姿态变化而变化，满足上下坡左右转弯的需求，能够使第一输送机1具有自适应功能，一定程度上防止皮带跑偏，渣土泄漏。
[0098] 第一输送部11位于前端接料区域，第二输送部12位于中间区域。第三输送部13位于后端出料区域，第三输送部13可利用支撑架固定连接在第二输送机1的螺旋机固定筒节上。
[0099] 当TBM模式掘进时，第一输送部11向前移动深入土仓300内，第一输送部11与第三输送部13之间安装第二输送部12，实现第一输送机1运输渣土的功能。当土压模式掘进时，拆除第二输送部12，第一输送部11向后退回至后端，满足中心回转接头9的安装空间。
[0100] 参考图1，在一些实施例中，盾构机还包括集渣件61，集渣件61被配置为在第一输送部11伸入土仓300内时，位于土仓300内，且收集土仓300内的渣土送至第一输出部11。集渣件61还被配置为在第一输送部11移出土仓300时，也从土仓300内移出，参考图2。
[0101] 集渣件61包括第三进口和第三出口，第三进口用于收集土仓300内的渣土，第三出口与第一输送部11连通，用于将第三进口收集的渣土输送至第一输送部11。
[0102] 在一些实施例中，集渣件61包括漏斗。
[0103] 在一些实施例中，盾构机还包括设于集渣件61上的第二封闭板42，第二封闭板42被配置为在第一输送机1无法及时输送渣土的情况下，遮盖集渣件61。
[0104] 在第一输送机1无法及时输送渣土的情况下，第二封闭板42封闭集渣件61，也就是封闭集渣件61的第三进口，集渣件61不再收集渣土输送至第一输送部11。
[0105] 在第一输送机1无法及时输送渣土的情况包括渣土突然大量涌现，第一输送机1的输送能力无法满足突然增多的渣土输送需求，为避免第一输送机1堵塞无法运转，第二封闭板42封闭集渣件61，集渣件61不再收集渣土输送至第一输送部11，待第一输送机1输送正常，或者渣土量正常时，第二封闭板42打开，集渣件61继续收集渣土输送至第一输送部11。
[0106] 在一些实施例中，刀盘200被配置为在第二封闭板42遮盖集渣件61的状态下空转。
[0107] 刀盘200与第一输送机1具有联锁功能，当第一输送机1启动稳定运转后，刀盘200才能启动，当第一输送机1停止时，刀盘200停止。第二封闭板42的作用是防止第一输送机1前端因渣土过多引起卡机，导致刀盘200频繁停机的现象。当TBM掘进时出现短暂大量渣土涌入第一输送机1前端的集渣件61时，及时利用第二封闭板42实现集渣件61闭合，避免导渣板7持续带来渣土最终导致第一输送机1彻底卡死停机。
[0108] 参考图3，在一些实施例中，盾构机还包括设于集渣件61上的第二动力机构52，第二动力机构52驱动连接于第二封闭板42，以使第二封闭板42遮盖集渣件61或不遮盖集渣件61。
[0109] 参考图4，在一些实施例中，第二动力机构52包括第二油缸521，以及设于集渣件61和第二封闭板42上的第一滑块滑道组件522，通过第一滑块滑道组件522，第二封闭板42可相对于集渣件61往复运动，遮盖集渣件61的第三进口或不遮盖集渣件61的第三进口。
[0110] 第二封闭板42为弧形板。
[0111] 第二油缸521驱动第二封闭板42两侧的第一滑块滑道组件522实现集渣件61顶部的第三进口的开合。
[0112] 参考图1和图2，在一些实施例中，盾构机还包括设于盾体100内的主驱动机构400，主驱动机构400驱动连接于刀盘200，主驱动机构400围绕盾体100的轴线设置，第一输送机1在径向上位于主驱动机构400的内侧，土仓300位于主驱动机构400与刀盘200之间。
[0113] 主驱动机构400围绕盾体100的轴线设置，主驱动机构400为环形，主驱动机构400的内侧为环形的内侧圆形空间。
[0114] 参考图2，在一些实施例中，盾构机还还包括隔板62，隔板62被配置为在第一输送部11移出土仓300的情况下，与主驱动机构400连接，封闭主驱动机构400的内侧，主驱动机构400、隔板62和刀盘200之间形成封闭的土仓300。
[0115] 第一输送部11移出土仓300，第一输送机1不工作，第二输送机2工作，此时是土压模式，也就是掌子面是土层，土压模式工作产生的渣土是泥浆，掌子面不能形成稳定工作面，容易造成泥浆突然涌入盾体100内，出现安全隐患，不利于掘进工作，因此，为提高刀盘200前端的掌子面的稳定性，土仓300内需要保持一定的压力，通过主驱动机构400、隔板62和刀盘200之间形成封闭的土仓300，能够使土仓300内具有所需的压力，以对掌子面形成支撑，形成稳定的压力平衡。
[0116] 参考图1，在一些实施例中，隔板62被配置为在第一输送部11伸入土仓300的情况下，与主驱动机构400不连接，以使土仓300在主驱动机构400的内侧位置敞开。
[0117] 第一输送部11伸入土仓300的情况下，第一输送机1工作，第二输送机2不工作，此时是TBM硬岩模式，也就是掌子面是岩石层，TBM硬岩模式工作产生的渣土是破碎岩石，掌子面能够形成稳定的工作面，土仓300内可以不用形成压力，利用该工况，可以将隔板62打开，土仓300在主驱动机构400的内侧位置敞开，以使第一输送部11可以从主驱动机构400的内侧伸入土仓300内输送渣土。
[0118] 在一些实施例中，盾构机包括集渣件61，集渣件61被配置为在第一输送部11伸入土仓300内时，位于土仓300内，且收集土仓300内的渣土送至第一输出部，集渣件61连接于隔板62的下游侧。集渣件61与隔板62同步移动。
[0119] 参考图3，在一些实施例中，盾构机还包括第三动力机构53，第三动力机构53驱动连接于隔板62，以使隔板62带动集渣件61移动至土仓300内，或从土仓300内移出。
[0120] 参考图4，第三动力机构53包括第三油缸531和第二滑块滑道组件532。第三油缸531设于主驱动机构400的内壁左右两侧，主驱动机构400的内壁左右两侧设置第二滑块滑道组件532，第三油缸531提供动力，驱动集渣件61和隔板62沿左右两侧设置的第二滑块滑道组件532整体前后移动。
[0121] 参考图1，在一些实施例中，盾构机还包括导渣板7，导渣板7被配置为在第一输送部11伸入土仓300内的状态下，设于土仓300内，以将渣土导向第一输送部11。
[0122] 参考图2，在土压模式时拆除刀盘200背部的导渣板7。参考图1，在TBM模式时安装导渣板7，实现开挖渣土顺利进入集渣件61的目的。
[0123] 第二输送机2采用螺杆输送机。螺杆输送机包含螺旋机固定筒节、螺旋机伸缩筒节、螺旋机出渣口和驱动装置等。螺旋机固定筒节前端利用关节轴承与前端底部螺旋机底座连接；螺旋机伸缩筒节利用伸缩油缸带动螺旋轴及驱动装置整体前后移动；螺旋机出渣口顶部预留可拆卸筒壁作为第一封闭板41，TBM模式时拆除顶部筒壁，第一输送机1的出渣口与螺旋机的出渣口贯通，开挖渣土实现刀盘200‑导渣板7‑溜渣槽‑第一输送机1‑第二输送机2‑第三输送机3的输送路线。
[0124] 参考图2，盾构机还包括回转接头9，在土压模式下，隔板62的背部安装回转接头9，通过回转接头9输送管线，管线用于向掌子面提供输送流体，以改良渣土，提高渣土的流动性。
[0125] 下面根据图1和图2，描述本公开实施例提供的盾构机在土压模式和TBM模式之间切换的过程。
[0126] 当双模盾构由硬岩地层向软土地层过渡掘进时，需提前进行TBM模式切换成土压模式，其具体关键操作为：
[0127] 拆除第一输送机1的第二输送部12；
[0128] 第一输送机1的第一输送部11利用第一动力机构51整体后退至满足中心回转接头9安装空间为止；
[0129] 第三动力机构53驱动隔板62与主驱动机构400连接；
[0130] 在隔板62的后端的中心位置安装中心回转接头9，同时土仓300内安装L型梁管路通道，即安装土压模式所需的渣土改良通道；
[0131] 拆除刀盘200的背部的导渣板7；
[0132] 打开第二输送机2的前闸门，第二输送机2利用伸缩油缸将螺旋机轴深入土仓300的内底部；
[0133] 调试掘进。
[0134] 同理，当双模盾构由软土地层向硬岩地层过渡掘进时，需提前进行土压模式切换成TBM模式，其具体关键操作为：
[0135] 拆除隔板62的后端的中心位置安装的中心回转接头9，同时拆除土仓300内的L型梁管路通道；
[0136] 安装刀盘200的背部的导渣板7；
[0137] 第三动力机构53驱动隔板62和集渣件61整体向前伸进土仓300的中部；
[0138] 第一输送机1的第一输送部11利用第一动力机构51整体前移至集渣件61的正下方位置；
[0139] 安装第一输送机1的第二输送部12；
[0140] 第二输送机2利用伸缩油缸将螺旋机轴从土仓底部退出，关闭螺旋机前闸门；
[0141] 拆除第二输送机2的第二出口21的顶部开口22处的第一封闭件41；
[0142] 调试掘进。
[0143] 基于上述各个实施例，本公开实施例提供的盾构机能够使土压模式与TBM模式更便捷可靠的相互切换，实现盾体100内设备管线合理布置、快速模式切换等目的，提高施工效率，降低劳动强度。
[0144] 基于上述本公开的各实施例，在没有明确否定或冲突的情况下，其中一个实施例的技术特征可以有益地与其他一个或多个实施例相互结合。
[0145] 虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。
