專利名稱：盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及盾構機領域，特別涉及一種盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置。
背景技術：
隨著國內地鐵線網的加密與隧道數量的增加，地下空間資源在逐漸減小，隧道的 位置將受到許多因素的制約，導致盾構施工過程中經常碰到各種地下障礙物，如地下在役 與廢棄的管線、基礎樁、地下連續墻、孤石等。障礙物所處的地質條件非常多樣化，有粘土、 砂土、礫石、軟巖等地質條件。目前，盾構施工過程中碰到地下障礙物時，對障礙物進行處置的方法主要有兩種 撤除障礙物的方法和盾構機直接切削障礙物的方法。撤除障礙物方法的優點是相對比較安 全，施工工藝也比較成熟，缺點是影響范圍大，增加的施工工期較長，必須對土體進行大范 圍加固處理，必須增加大量投資。相比而言，采用盾構機直接切削障礙物的方法具有影響 小、節約工期和投資等優點，但由于軟土的強度較低，如果盾構施工過程中碰到地下障礙物 時，盾構直接切削障礙物過程中可能帶動障礙物往前運動和隨著盾構機刀盤進行轉動，對 土體產生較大擾動，導致出現塌方或周邊建筑物沉降等風險。因此，必須在盾構切削障礙物 之前，先將障礙物進行初步破碎，并對障礙物周邊土體進行加固。但是，現有技術中還沒有 同時能進行破碎和加固的裝置。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固 裝置，其破碎前方障礙物使盾構機能正常向前推進，并向盾構前方開挖面及周邊噴射漿液 進行加固。為解決所述技術問題，本發明提供了一種盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固 裝置，其包括刀盤、土倉、刀盤驅動機構、人行倉、盾構外殼體、第一鉆探機、車架連接橋、第 二鉆探機、拼裝機、推進油缸、螺旋機、球鉸、連接螺栓、導向管、球閥、管接頭和控制閥組，土 倉位于刀盤和刀盤驅動機構之間，刀盤驅動機構和刀盤連接并控制刀盤的轉動，土倉、刀盤 驅動機構、人行倉、第一鉆探機、第二鉆探機、拼裝機、螺旋機位于盾構外殼體內，第一鉆探 機和第二鉆探機分別位于螺旋機的一側，車架連接橋固定在螺旋機的一端，拼裝機和第二 鉆探機轉動連接，推進油缸位于螺旋機和盾構外殼體之間，球鉸位于連接螺栓的一側，導向 管、球閥、管接頭、控制閥組位于同一直線上，導向管和管接頭分別位于球閥的兩側，管接頭 與第二鉆探機固定連接。優選地，所述第一鉆探機和第二鉆探機都包括鉆探機機架、轉向油缸、轉動副、固 定底座、平移油缸和鉆桿，控制閥組位于鉆探機機架的一端，轉向油缸的一端固定在鉆探機 機架上，轉動副位于鉆探機機架和固定底座之間，轉向油缸的另一端固定在固定底座上，平 移油缸和鉆桿分別固定在鉆探機機架的一側。本發明的積極進步效果在于本發明破碎前方障礙物使盾構機能正常向前推進，避免一般的人工氣壓出倉鑿除障礙物帶來的風險。本發明在危險區域或有障礙物的地方， 向盾構前方開挖面及周邊噴射漿液進行加固，在盾構前方盡可能靠近刀盤的地方形成水密 栓，當在盾構前方的端部發生重大故障時，可以避免維修人員在氣壓防水條件下進行維修 施工。同時，漿液硬化后具有一定的強度，不僅可以降低危險區域的施工風險，還可以固定 住障礙物的位置，保證在盾構切削障礙物時，障礙物不會隨著盾構機運動。


圖1為本發明盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置的內部結構示意圖。圖2為本發明盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置的外部結構示意圖。圖3為本發明中鉆探機內部的結構示意圖。
具體實施例方式下面舉個較佳實施例，并結合附圖來更清楚完整地說明本發明。如圖1和圖2所示，本發明盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置包括刀盤 1、土倉2、刀盤驅動機構3、人行倉4、盾構外殼體5、第一鉆探機6、車架連接橋7、第二鉆探 機8、拼裝機9、推進油缸10、螺旋機11、球鉸12、連接螺栓13、導向管14、球閥15、管接頭16 和控制閥組18，土倉2位于刀盤1和刀盤驅動機構3之間，刀盤驅動機構3和刀盤1連接 并控制刀盤1的轉動，土倉2、刀盤驅動機構3、人行倉4、第一鉆探機6、第二鉆探機8、拼裝 機9、螺旋機11位于盾構外殼體5內，第一鉆探機6和第二鉆探機8分別位于螺旋機11的 一側，車架連接橋7固定在螺旋機11的一端，拼裝機9和第二鉆探機8轉動連接，推進油缸 10位于螺旋機11和盾構外殼體5之間。球鉸12位于連接螺栓13的一側，導向管14、球閥 15、管接頭16、控制閥組18位于同一直線上，導向管14和管接頭16分別位于球閥15的兩 側，管接頭16可以與第二鉆探機8固定連接。如圖3所示，第一鉆探機6和第二鉆探機8 都包括鉆探機機架19、轉向油缸20、轉動副21、固定底座22、平移油缸23和鉆桿24，控制閥 組18位于鉆探機機架19的一端，轉向油缸20的一端固定在鉆探機機架19上，轉動副21 位于鉆探機機架19和固定底座22之間，轉向油缸20的另一端固定在固定底座22上，平移 油缸23和鉆桿24分別固定在鉆探機機架19的一側。在盾構機的上部及底部分別安裝第一鉆探機6和第二鉆探機8，第一鉆探機6和 第二鉆探機8均配有單獨的液壓動力裝置。第一鉆探機6可穿過土倉2向盾構機的前端鉆 探，用于探測前方的地質情況、障礙物情況及向盾構前方注漿加固；第二鉆探機8從盾構機 的底部斜向下鉆探，對下方地質的探測工作有利于預測盾構的沉降情況，并可及時對下方 土體注漿補強。第一鉆探機6和第二鉆探機8的鉆桿在伸出方向上可進行一定調整，滿足 范圍要求，且能在不用時密封，以防止泥水的涌入。在不工作狀態下，第一鉆探機6、第二鉆 探機8與導向管14松開連接而成為一個獨立部件。第一鉆探機6是可轉動式鉆探機，其工作面為盾構機正面。第一鉆探機6工作時， 刀盤1必須暫停掘削。導向管14在鉆探機鉆探過程中為鉆頭提供導向，使鉆探機能準確地 控制鉆探方位。導向管14可以作為注漿管道來使用，此時必須先退出鉆頭。球鉸12可以 在一定角度內轉動，為穿過球鉸12的導向管14提供一定范圍的旋轉自由度，擴大第一鉆探 機6的鉆探范圍。球閥15用于控制管道通斷，當不需要鉆探和注漿時，對于第一鉆探機6，導向管14將退出球鉸12，以防與旋轉中的刀盤1相撞。由于盾構機掘進前方及前上方的地 質探測尤為重要，第一鉆探機6使用球鉸12能最大范圍的提升第一鉆探機6的鉆探范圍， 對前上方進行區域探測，獲得更全面的觀測數據，為土體分析及預判提供有力保障，并且能 夠擴大注漿加固范圍，增強掘削面土體的穩定，提高施工安全性。同時，可擴大第一鉆探機6 鑿除障礙物的范圍，以便于盾構機切削通過障礙物區域。第一鉆探機6的工作路徑通過刀 盤1，所以在不工作時，導向管14必須撤出土倉2，以避免與旋轉中的刀盤1相干涉，因此球 閥15安裝在球鉸12的后部。 第二鉆探機8是固定方向式鉆探機，其工作面為盾構機的下方。對于第二鉆探機 8，要控制鉆頭退出導向管14，必須將球閥15關閉，以防外界泥水涌入盾構。管接頭16用于 連接，當需要進行鉆探工作時，管接頭16與第二鉆探機8固定連接，使鉆頭可以從連接處通 過導向管14向外鉆探，當需要作注漿加固時，管接頭16可以直接連接注漿管路對外注漿。 在盾構機的內部和底部的空間相對上部要小，無法提供有效的回旋空間，并且對盾構機下 方土體的鉆探、注漿和障礙物鑿除以最低點處最為重要，因此第二鉆探機8的導向管14直 接為固定式，安裝于盾構機的最低點處。第一鉆探機6和第二鉆探機8的動力都由液壓動力裝置提供，控制閥18組起到將 油壓轉化為扭矩，并對第一鉆探機6和第二鉆探機8的運動狀態進行控制的作用。機架19 是第一鉆探機6和第二鉆探機8的主體結構，起著連接固定各部件的作用，當第一鉆探機6 和第二鉆探機8工作時，機架19也必須承擔鉆探、鑿除等工作中的反作用力。轉向油缸20 和平移油缸23能調整第一鉆探機6和第二鉆探機8的初始角度與前后位置，轉動副21則 提供旋轉自由度。鉆桿24是進行鉆探的重要部件，是鉆探機的功率輸出單元。本發明盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置的實際操作步驟如下(一) 當前方碰到障礙物時，盾構機停止推進，刀盤1停止轉動；(二)將第一鉆探機6和第二鉆探 機8的鉆桿24伸出盾構機外，破碎前方及周邊的障礙物；(三)縮回第一鉆探機6和第二 鉆探機8，通過導向套14向盾構機前方和周邊注入漿液以改善障礙物碎塊的流動性；(四) 通過第一鉆探機6和第二鉆探機8向盾構機前方及周邊注入加固漿液；(五)縮回第一鉆 探機6和第二鉆探機8的鉆桿24，盾構機停頓一段時間，待加固漿液硬化；(六)開啟刀盤 1和螺旋機11，排出切削下來的障礙物碎塊，盾構機繼續向前推進。當盾構機前方碰到地下障礙物或土質條件不好，不利于盾構機直接切削通過時， 盾構機的刀盤暫停轉動，盾構機停止推進，利用鉆桿向刀盤的前端土體進行鉆探。如果前方 土質條件不好，可根據鉆探過程中鉆頭所受阻力及扭矩的大小變化及鉆桿回退所帶出的切 削渣土，大致判斷前方土體是屬于砂土層、礫石層抑或黏土層、含水量及土體的穩定性好壞 等，如果前方是自穩性差的砂土或土體的穩定性差，就可以等鉆桿退出后在導向管一端連 接注漿管進行注漿加固；如果前方是強度較大的地下障礙物，可通過鉆桿將障礙物初步破 碎，然后向障礙物周邊噴射注漿，加固障礙物周邊土體，以防止盾構刀盤切削障礙物時，障 礙物隨著盾構機一起運動。每次鉆孔后注漿都能在圖體內鉆孔方向形成近似柱狀的區域， 多次鉆孔注漿后，漿液連接成一整塊，起到整體加固的效果。雖然以上描述了本發明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些 僅是舉例說明，在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變 更或修改。因此，本發明的保護范圍由所附權利要求書限定。
權利要求
一種盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置，其特征在于，其包括刀盤、土倉、刀盤驅動機構、人行倉、盾構外殼體、第一鉆探機、車架連接橋、第二鉆探機、拼裝機、推進油缸、螺旋機、球鉸、連接螺栓、導向管、球閥、管接頭、控制閥組，土倉位于刀盤和刀盤驅動機構之間，刀盤驅動機構和刀盤連接并控制刀盤的轉動，土倉、刀盤驅動機構、人行倉、第一鉆探機、第二鉆探機、拼裝機、螺旋機位于盾構外殼體內，第一鉆探機和第二鉆探機分別位于螺旋機的一側，車架連接橋固定在螺旋機的一端，拼裝機和第二鉆探機轉動連接，推進油缸位于螺旋機和盾構外殼體之間，球鉸位于連接螺栓的一側，導向管、球閥、管接頭、控制閥組位于同一直線上，導向管和管接頭分別位于球閥的兩側，管接頭與第二鉆探機固定連接。
2.如權利要求1所述的盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置，其特征在于，所 述第一鉆探機和第二鉆探機都包括鉆探機機架、轉向油缸、轉動副、固定底座、平移油缸和 鉆桿，控制閥組位于鉆探機機架的一端，轉向油缸的一端固定在鉆探機機架上，轉動副位于 鉆探機機架和固定底座之間，轉向油缸的另一端固定在固定底座上，平移油缸和鉆桿分別 固定在鉆探機機架的一側。
全文摘要
本發明公開了一種盾構機的自攜式破碎障礙物和地基加固裝置，其包括刀盤、土倉等元件，土倉位于刀盤和刀盤驅動機構之間，刀盤驅動機構和刀盤連接并控制刀盤的轉動，土倉、刀盤驅動機構、人行倉、第一鉆探機、第二鉆探機、拼裝機、螺旋機位于盾構外殼體內，第一鉆探機和第二鉆探機分別位于螺旋機的一側，車架連接橋固定在螺旋機的一端，拼裝機和第二鉆探機轉動連接，推進油缸位于螺旋機和盾構外殼體之間，球鉸位于連接螺栓的一側，導向管、球閥、管接頭、控制閥組位于同一直線上，導向管和管接頭分別位于球閥的兩側，管接頭與第二鉆探機固定連接。本發明破碎前方障礙物使盾構機能正常向前推進，并向盾構前方開挖面及周邊噴射漿液進行加固。
文檔編號E21D9/093GK101845954SQ201010140678
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月6日 優先權日2010年4月6日
發明者呂建中, 李畢華, 滕麗, 王偉剛 申請人:上海盾構設計試驗研究中心有限公司