專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有多層可伸縮輻條可以切削非圓形斷面隧道的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有多層可伸縮輻條、可以切削多種非圓形斷面隧道的刀盤(pán)結(jié) 構(gòu)，屬于隧道施工設(shè)備的發(fā)明。
背景技術(shù)：
在地下工程中，絕大多數(shù)隧道的斷面都是圓形的，因?yàn)閳A形斷面是最容易實(shí)現(xiàn)的。 然而，由于城市的地下樁基和設(shè)施越來(lái)越密集，地下空間的資源已經(jīng)日顯稀缺寶貴，因而經(jīng) 常出現(xiàn)由于地下空間的不足而使得圓形隧道線路的選擇受到阻礙。加之圓形隧道的斷面 雖然是最容易實(shí)現(xiàn)的施工斷面，可是在大多數(shù)的情況下卻并不是利用效率最高的隧道斷 面，也就是說(shuō)，在圓形隧道的施工中經(jīng)常不可避免地對(duì)許多不必要的、也就是今后派不上用 場(chǎng)的那些空間的土體進(jìn)行挖掘。因此，為了解決圓形隧道的不足之處，已經(jīng)有越來(lái)越多的 非圓形如正方形、長(zhǎng)方形或橢圓形等斷面的隧道在世界各地的工程中出現(xiàn)。為了建造各 種非圓形斷面的隧道(或稱(chēng)異形隧道)，世界上已經(jīng)出現(xiàn)了相當(dāng)多的有關(guān)非圓形隧道施工 設(shè)備的專(zhuān)利，比如JP3122398設(shè)置了左右兩個(gè)圓形刀盤(pán)和上下兩個(gè)水平布置的鼓形滾刀， US5110188采用數(shù)個(gè)圓形刀盤(pán)以及數(shù)個(gè)擺動(dòng)式刀具，JP6307190將圓弧三角形刀盤(pán)設(shè)置在 與盾構(gòu)本體縱向軸線成偏心的套筒內(nèi)，JP2002004758采用了偏心多軸機(jī)構(gòu)，EP1959093在 兩個(gè)相對(duì)于盾構(gòu)中心成對(duì)稱(chēng)布置并能在圍繞中心旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行擺動(dòng)的偏心軸端上安裝 了兩個(gè)刀盤(pán)，US4998776在圓形刀盤(pán)上設(shè)置了可擺動(dòng)的圓形小刀盤(pán)，JP2000008779在圓 形刀盤(pán)上設(shè)置可回轉(zhuǎn)的卵形小刀盤(pán)并通過(guò)自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，US20100164274設(shè)置多個(gè) 刀盤(pán)圍繞多個(gè)回轉(zhuǎn)軸線通過(guò)自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)及擺動(dòng)進(jìn)行切削，以及JP11256991、JP2005256434、 JP2000213279、JP2007126882、ZL02136207. 6等等。所有這些專(zhuān)利設(shè)備都可以切削出某些 非圓形斷面的隧道，它們的設(shè)計(jì)都非常巧妙獨(dú)特，只是它們的機(jī)械結(jié)構(gòu)都太復(fù)雜，其中大多 數(shù)還必須借助電器和液壓的特殊配合或借助計(jì)算機(jī)控制以將某些刀具的擺動(dòng)角度、回轉(zhuǎn)角 度或伸出長(zhǎng)度與刀盤(pán)回轉(zhuǎn)的相位角度對(duì)應(yīng)起來(lái)才能實(shí)現(xiàn)非圓形斷面的切削，因而這些設(shè)備 造價(jià)極其昂貴，維保修理困難，故障率增加，從而造成非圓形斷面的隧道一直難以得到積極 的推廣發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單卻能夠切削出多種非圓形斷面隧道的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，這 種刀盤(pán)結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于盾構(gòu)和頂管機(jī)上。借助本發(fā)明的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)并配以相應(yīng)的殼體，盾構(gòu) 和頂管機(jī)就可以切削出正方形、長(zhǎng)方形、圓弧正方形、圓弧長(zhǎng)方形、橢圓形、卵形、馬蹄形、菱 形、弓狀矩形等等多種類(lèi)型的非圓形斷面的隧道。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在盾構(gòu)或頂管機(jī)的刀盤(pán)上設(shè)置數(shù)條可以沿刀盤(pán)的徑 向作伸縮移動(dòng)的輻條，并使輻條端部始終緊緊地頂在盾構(gòu)或頂管機(jī)的殼體內(nèi)壁上。當(dāng)?shù)侗P(pán) 旋轉(zhuǎn)時(shí)，可伸縮輻條就會(huì)隨著殼體形狀曲率的變化而伸出或縮回，從而安裝于可伸縮輻條 上的刀具就可切削出與殼體形狀完全相同的斷面來(lái)，而且，無(wú)論盾構(gòu)或頂管機(jī)的殼體是什
3么形狀的斷面，可伸縮輻條上的刀具都會(huì)對(duì)該形狀斷面的土體作出真正的全斷面切削。具 體的做法是將刀盤(pán)上的刀具分作兩大類(lèi)，第一類(lèi)刀具負(fù)責(zé)對(duì)直徑為小于等于待建非圓形 斷面隧道的內(nèi)切圓直徑的圓內(nèi)的土體的切削，第二類(lèi)刀具負(fù)責(zé)對(duì)非圓形斷面的周邊與第一 類(lèi)刀具所切削的圓的周邊之間的土體的切削。第一類(lèi)刀具和第二類(lèi)刀具都受刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)并 以刀盤(pán)軸線為回轉(zhuǎn)中心對(duì)土體進(jìn)行回轉(zhuǎn)切削。第一類(lèi)刀具和第二類(lèi)刀具既可以處在同一個(gè) 切削平面內(nèi)，也可以處在前后兩個(gè)不同的切削平面內(nèi)，在后者情況下，第二類(lèi)刀具位于第一 類(lèi)刀具后面的那個(gè)切削平面內(nèi)。第一類(lèi)刀具固定在刀盤(pán)體上，第二類(lèi)刀具固定在為多層可 伸縮結(jié)構(gòu)的輻條上且借助可伸縮結(jié)構(gòu)沿刀盤(pán)的徑向作伸縮移動(dòng)。在多層可伸縮結(jié)構(gòu)輻條中 各層之間的所有受力面上均安裝有直線滾動(dòng)軸承，并在互為反向受力的直線滾動(dòng)軸承中選 擇在某一方向受力的直線滾動(dòng)軸承上設(shè)置間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。在多層可伸縮輻條的各層之間設(shè) 有密封裝置，以確保直線滾動(dòng)軸承的功能不受碴土的影響。借助機(jī)械或液壓的手段對(duì)伸得 最出的那層輻條始終施加一個(gè)力，使其始終緊緊地頂在盾構(gòu)或頂管機(jī)的殼體內(nèi)壁上。在伸 得最出的那層輻條的頂端裝有滾輪，以使可伸縮輻條與盾構(gòu)或頂管機(jī)的殼體內(nèi)壁之間形成 滾動(dòng)摩擦。盾構(gòu)或頂管機(jī)的殼體內(nèi)壁在與滾輪接觸位置處堆焊有一圈耐磨層。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明一掃以往非圓形斷面隧道施工設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià) 格昂貴的狀況。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有的圓形隧道的盾構(gòu)和頂管機(jī)來(lái)講，總體結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)什么變 化，只是在機(jī)械部分有很小的不同，而對(duì)電氣液壓部分根本就沒(méi)有任何變動(dòng)，即或在采用本 發(fā)明的液壓方案時(shí)也只需引出一條設(shè)置有安全閥的油路送至單作用式油缸而已。這種結(jié)構(gòu) 非常簡(jiǎn)單卻能隨意切削出各種非圓形斷面隧道的技術(shù)無(wú)疑將極大地推動(dòng)非圓形斷面隧道 的推廣使用。有了這種非圓形斷面隧道的可行技術(shù)作后盾，城市在規(guī)劃設(shè)計(jì)地下隧道如地 鐵線路、共同溝、地下車(chē)行或人行通道時(shí)就可在地下空間極其有限的情況下有著更多的選 擇，隧道建設(shè)方也可以根據(jù)隧道的最終使用目的來(lái)選擇最有利的隧道斷面形狀而不再受到 只能采用圓形斷面的限制。此外，對(duì)于影響隧道工程造價(jià)的三大因素，即隧道施工設(shè)備、管 片襯砌和碴土挖掘運(yùn)輸處理，本發(fā)明都能起到積極的作用。本發(fā)明的造價(jià)與以往的非圓形 斷面隧道的施工設(shè)備相比絕對(duì)有大幅度的降低，即若與相應(yīng)大小的圓形斷面隧道的施工設(shè) 備相比亦大致相當(dāng)，而通過(guò)選用適當(dāng)?shù)姆菆A形斷面隧道卻可以最大限度地減少不必要的那 些空間的土體的掘削，從而既可以在碴土的挖掘、運(yùn)輸、處理上節(jié)省下非?？捎^的費(fèi)用，又 可以因隧道斷面周長(zhǎng)的減小而在管片襯砌方面同樣節(jié)約不少的費(fèi)用。因此，從節(jié)省隧道工 程的造價(jià)方面來(lái)講，本發(fā)明也必將起到非常積極的作用。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是上海地鐵盾構(gòu)及其所建造圓形隧道的斷面圖及限界圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例--的總圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例--的盾構(gòu)殼體的斷面尺寸。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例--的可伸縮輻條的詳圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例二二的總圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例三Ξ的總圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例三Ξ的可伸縮輻條的詳圖。
圖8是本發(fā)明能夠切削的非圓形隧道的斷面形狀的例子。圖中1.盾構(gòu)殼體，2.可伸縮輻條，3.刀盤(pán)體，4.可伸縮輻條外層，5.壓縮彈簧， 6.密封調(diào)心滾子軸承，7.耐磨層，8.可伸縮輻條內(nèi)層，9.直線滾柱滾動(dòng)軸承，10.固定螺釘， 11.緊定螺釘，12.橡膠密封板，13.液壓缸，14.壓縮彈簧，15.限位塊。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例一是以上海地鐵盾構(gòu)為原型所做的設(shè)計(jì)。圖1為上海地鐵盾構(gòu)及 其所建造的圓形隧道的斷面圖，其中，盾構(gòu)外徑為6340mm，內(nèi)徑為6260mm，去掉盾尾間隙 30mmX2后，隧道管片的外徑為6200mm，內(nèi)徑為5500mm，再去掉盾構(gòu)推進(jìn)誤差、測(cè)量誤差以 及不均勻沉降等因素后，取建成后的隧道的有效內(nèi)徑為5200mm，然后，依此有效內(nèi)徑，根據(jù) 隧道內(nèi)的各項(xiàng)限界值進(jìn)行設(shè)備布置。從圖中可以看出，此圓形隧道在水平方向上的空間其 實(shí)仍然有壓縮的余地。為此，本發(fā)明實(shí)施例一將原上海地鐵的盾構(gòu)改造成一臺(tái)橢圓形斷面 的盾構(gòu)，以節(jié)省隧道工程的造價(jià)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的總圖，因延續(xù)原上海地鐵盾構(gòu)的 設(shè)計(jì)而采用了面板式刀盤(pán)的設(shè)計(jì)，其中，盾構(gòu)殼體(1)的斷面尺寸見(jiàn)圖3(圖中陰影部分為 改造后的盾構(gòu)比改造前可以少挖的土體部分，計(jì)算可知少挖10%的土體)，可伸縮輻條(2) 的詳圖見(jiàn)圖4。固定在刀盤(pán)體(3)上的刀具即第一類(lèi)刀具負(fù)責(zé)對(duì)橢圓形斷面內(nèi)切圓內(nèi)的土 體進(jìn)行切削，固定在可伸縮輻條(2)上的刀具即第二類(lèi)刀具負(fù)責(zé)對(duì)橢圓形斷面的周邊與第 一類(lèi)刀具所切削的圓的周邊之間的土體進(jìn)行切削。第一類(lèi)刀具和第二類(lèi)刀具處在同一個(gè) 切削平面內(nèi)?？缮炜s輻條外層(4)受壓縮彈簧(5)的作用始終通過(guò)密封調(diào)心滾子軸承(6) 緊緊地頂在盾構(gòu)殼體(1)的內(nèi)壁上。盾構(gòu)殼體(1)的內(nèi)壁上在與密封調(diào)心滾子軸承(6)接 觸位置處用寬帶極堆焊有一圈耐磨層(7)?？缮炜s輻條外層(4)與可伸縮輻條內(nèi)層(8)之 間安裝有直線滾柱滾動(dòng)軸承(9)。在互為反向受力的直線滾柱滾動(dòng)軸承(9)中選擇在某一 方向受力的直線滾柱滾動(dòng)軸承(9)上設(shè)置間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。間隙調(diào)整通過(guò)直線滾柱滾動(dòng)軸承 (9)的固定螺釘(10)與緊定螺釘(11)的一拉一頂?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。在可伸縮輻條外層(4)上安 裝有內(nèi)鑲鋼片的橡膠密封板(12)，以保護(hù)直線滾柱滾動(dòng)軸承(9)的功能不受碴土的影響。本發(fā)明實(shí)施例二是按照上海某地下人行通道的斷面尺寸(為3. SmX3. 8m的正方 形)設(shè)計(jì)的用于頂管機(jī)的輻條式刀盤(pán)，采用兩個(gè)切削平面、雙層可伸縮輻條和壓縮彈簧的 方案，總圖見(jiàn)圖5。本發(fā)明實(shí)施例三是按照日本某共同溝的斷面尺寸(為7. 65mX5. Im的上下邊為 拱形的豎長(zhǎng)方形)設(shè)計(jì)的用于盾構(gòu)的輻條式刀盤(pán)，采用兩個(gè)切削平面、三層可伸縮輻條和 液壓缸的方案，總圖見(jiàn)圖6。可伸縮輻條的詳圖見(jiàn)圖7。液壓缸(13)為三節(jié)單作用式。為 確?？缮炜s輻條滑移的平穩(wěn)順暢，在可伸縮輻條的中間層和內(nèi)層之間設(shè)置了壓縮彈簧(14) 和限位塊(15)。從以上三個(gè)實(shí)施例可以知道，本發(fā)明幾乎可應(yīng)用于所有的非圓形斷面隧道的建 設(shè)，只要非圓形斷面的長(zhǎng)短軸比不要太大。圖8即為本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的非圓形斷面隧道的 斷面形狀的例子。
權(quán)利要求
一種可以切削多種非圓形斷面隧道的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，其特征是刀盤(pán)體(可以為面板式刀盤(pán)，也可以為輻條式刀盤(pán))上設(shè)有數(shù)條可以沿刀盤(pán)的徑向移動(dòng)的多層可伸縮輻條；借助機(jī)械或液壓的手段對(duì)伸得最出的那層輻條始終施加一個(gè)力，使其始終緊緊地頂在盾構(gòu)或頂管機(jī)的殼體內(nèi)壁上；刀盤(pán)體上的固定刀具負(fù)責(zé)對(duì)直徑為小于等于待建非圓形隧道斷面內(nèi)切圓直徑的圓內(nèi)的土體的切削，多層可伸縮輻條上的刀具負(fù)責(zé)對(duì)非圓形隧道斷面的周邊與刀盤(pán)體上固定刀具所切削的圓的周邊之間的土體的切削；刀盤(pán)體上的固定刀具和多層可伸縮輻條上的刀具都受刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)并以刀盤(pán)軸線為回轉(zhuǎn)中心對(duì)土體進(jìn)行回轉(zhuǎn)切削。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，其特征是所述刀盤(pán)體上的固定刀具和多層可伸 縮輻條上的刀具既可以處在同一個(gè)切削平面內(nèi)，也可以處在前后兩個(gè)不同的切削平面內(nèi)， 在后者情況下，多層可伸縮輻條上的刀具位于刀盤(pán)體上固定刀具后面的那個(gè)切削平面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，其特征是在多層可伸縮結(jié)構(gòu)輻條中各層之間的 所有受力面上均安裝有直線滾動(dòng)軸承，并在互為反向受力的直線滾動(dòng)軸承中選擇在某一方 向受力的直線滾動(dòng)軸承上設(shè)置間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，其特征是在多層可伸縮輻條的各層之間設(shè)有密 封裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，其特征是在伸得最出的那層輻條的頂端裝有滾輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，其特征是盾構(gòu)或頂管機(jī)的殼體內(nèi)壁在與滾輪接 觸位置處堆焊有一圈耐磨層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以切削多種非圓形斷面隧道、可以應(yīng)用于盾構(gòu)和頂管機(jī)的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，屬于隧道施工設(shè)備的發(fā)明。技術(shù)方案是在盾構(gòu)或頂管機(jī)的刀盤(pán)上設(shè)置數(shù)條可以沿刀盤(pán)的徑向作伸縮移動(dòng)的輻條，并使輻條端部始終緊緊地頂在盾構(gòu)或頂管機(jī)的殼體內(nèi)壁上。當(dāng)?shù)侗P(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可伸縮輻條就會(huì)隨著殼體形狀而伸出或縮回，從而安裝于可伸縮輻條上的刀具就可切削出與殼體形狀完全相同的斷面來(lái)。借助本發(fā)明的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)可以切削出正方形、長(zhǎng)方形、圓弧正方形、圓弧長(zhǎng)方形、橢圓形、卵形、馬蹄形、菱形、弓狀矩形等等多種類(lèi)型的非圓形斷面的隧道。
文檔編號(hào)E21D9/08GK101949292SQ20101029393
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者徐積勉 申請(qǐng)人:徐積勉