一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法，在刀盘盾体上设计一套钢结构组成的接收架，并通过焊接机构与刀盘盾体紧焊接密贴合，从而改变掘进机刀盘盾体顶撑面结构形状，使刀盘盾体顶撑范围结构形状与隧洞二衬结构形状保持一致，达到快速空推步进的目的，且由于该方法无需新增液压泵站、无需再新增推进油缸以及无需牵引装置，并且，在刀盘盾体与接收架定位过程中遇到阻碍物时，压力传感器向PLC控制箱发送压力过载信号，通过PLC控制箱控制激光切割头对阻碍物进行切割去除。

A kind of air pushing step device and method for open tunnel boring machine

【技术实现步骤摘要】
一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法
本专利技术涉及TBM施T工艺，具体来说，涉及一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法。
技术介绍
TBM施工工艺目前在国内大型输水隧洞工程、铁路隧道工程以及市政隧道工程等各类隧道工程中得到了较多的应用。TBM除具备完备的掘进功能外(开挖、支护、出渣一整套隧洞施工工艺)，在某些特定工程，TBM在完成隧洞掘进任务后贯通在另一段已开挖隧洞内，需空推步进至特定吊出位置(如竖井、具备吊出条件的开阔地带等)方可解体吊出，实现TBM设备的重复利用。目前国内的空推步进技术需根据TBM掘进机结构设计特点，设计一套小行程推进装置(新增液压泵站或利用TBM设备的某个系统的液压泵站、加装推进油缸(含油缸基座)以及一套牵引装置等)，才能实现TBM的空推步进，如图8所示。该方法成本高，步进效率低(每行程40～60cm不等)，如何在隧洞内实现TBM快速空推步进，提高效率，降低成本，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法，通过PLC控制箱修改TBM掘进PLC程序，即在不转动刀盘的情况下，TBM可往前推进，直接利用TBM设备的掘进功能，将改造完成的TBM刀盘盾体撑紧在隧洞的洞壁上，利用TBM设备行程油缸收缩/伸长，达到快速空推步进的目的，且由于该方法无需新增液压泵站、无需再新增推进油缸以及无需牵引装置，大大降低了施工成本，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种敞开式隧道掘进机空推步进装置，包括刀盘盾体和与刀盘盾体传动连接的推进机构，所述刀盘盾体的前端焊接接收架；所述推进机构上安装用于固定接收架的焊接机构；所述推进机构在刀盘盾体后端还设有激光切割头，激光切割头和焊接机构安装在转盘上，转盘固定在推进机构上；所述推进机构的末端设有PLC控制箱，PLC控制箱与激光切割头、焊接机构电连接。更进一步地，所述刀盘盾体的前端面加工有多个球状的凸起，刀盘盾体在球状的凸起的内部分别填装压力传感器，每个压力传感器分别与PLC控制箱内的控制元件连接。更进一步地，所述PLC控制箱内的控制元件包括一台工控机、一台用于编程的笔记本电脑和一个触摸屏，所述工控机用于记录各种由自动化元件所采集的数据，并通过一个OPC服务器适时的传输到操作室的触摸屏上。更进一步地，所述接收架的内端面设为与刀盘盾体前端面相匹配的弧形，并在弧形面上设有与球状的凸起相匹配的凹面槽；所述接收架的内端面安装在刀盘盾体前端面上，并通过凹面槽与球状的凸起定位安装，在所述的凹面槽与球状的凸起之间还通过焊接机构焊接固定；所述接收架的外轮廓由四个断面构成，其包括顶部水平断面、与顶部水平断面相接的弧形断面、设置在弧形断面与底部水平断面之间的竖直断面构成。更进一步地，所述接收架外轮廓的四个断面结构与待掘进的隧洞的内侧墙面相匹配，在隧洞的底部埋设钢筋砼底板，隧洞的底部在钢筋砼底板的两侧浇筑钢筋砼边墙。更进一步地，所述焊接机构设有里外两组安装在转盘上，焊接机构包括焊接箱、电动气缸、菱形伸缩架、转台和喷嘴；所述焊接箱和电动气缸通过导线与PLC控制箱电连接，电动气缸的前端传动连接菱形伸缩架，菱形伸缩架的另一端安装转台，转台上安装喷嘴，喷嘴由焊接箱提供焊接动力。更进一步地，所述推进机构包括液压缸、转轴和联轴器；所述液压缸受控于PLC控制箱，液压缸的输出端连接转轴，转轴的另一端通过联轴器与刀盘盾体固定安装。更进一步地，所述激光切割头采用光纤激光自动调焦切割头D38-Z-JX，激光切割头的切割线与接收架的上下两个断面平齐。本专利技术还提供一种技术方案：一种敞开式隧道掘进机空推步进的方法，包括以下步骤：S1：将推进机构与刀盘盾体通过液压缸、转轴和联轴器传动连接，并在转轴的前端焊接转盘；S2：在转盘上安装焊接机构和激光切割头，并将焊接机构、激光切割头与推进机构末端的PLC控制箱电连接；S3：将接收架制作好后固定在隧洞的内侧墙面上，通过PLC控制箱控制推进机构推动刀盘盾体向前进给，直至刀盘盾体的前端面与接收架的内端面定位嵌合；S4：在刀盘盾体与接收架定位过程中遇到阻碍物，通过PLC控制箱控制激光切割头对阻碍物进行切割去除；S5：再通过PLC控制箱驱动焊接机构工作，焊接机构通过电动气缸推动菱形伸缩架带动转台和喷嘴向前推进至刀盘盾体与接收架的安装面，再由喷嘴对接缝处进行焊接，焊接完成后，收回菱形伸缩架即可。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法，依据敞开式隧道掘进机结构设计特点和空推步进工艺特点，结合TBM设备的推进功能，实现了敞开式TBM完成隧洞掘进贯通过程，在空推步进之前，在刀盘盾体上设计一套钢结构组成的接收架，并通过焊接机构与刀盘盾体紧焊接密贴合，从而改变掘进机刀盘盾体顶撑面结构形状，使刀盘盾体顶撑范围结构形状与隧洞二衬结构形状保持一致；空推步进时，通过PLC控制箱修改TBM掘进PLC程序，即在不转动刀盘的情况下，TBM可往前推进，直接利用TBM设备的掘进功能，将改造完成的TBM刀盘盾体撑紧在隧洞的洞壁上，利用TBM设备行程油缸收缩/伸长，达到快速空推步进的目的，且由于该方法无需新增液压泵站、无需再新增推进油缸以及无需牵引装置，大大降低了施工成本。并且，本专利技术在刀盘盾体与接收架定位过程中遇到阻碍物时，压力传感器向PLC控制箱发送压力过载信号，通过PLC控制箱控制激光切割头对阻碍物进行切割去除附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术实施例一的隧洞截面图；图2是根据本专利技术实施例一的整体结构图；图3是根据本专利技术实施例一的刀盘盾体结构图；图4是根据本专利技术实施例一的PLC控制箱模块连接图；图5是根据本专利技术实施例一的接收架结构图；图6是根据本专利技术实施例一的焊接机构结构图；图7是根据本专利技术实施例二的隧洞截面图；图8是现有技术推进机构结构图。图中：1、刀盘盾体；101、球状的凸起；102、压力传感器；2、推进机构；201、液压缸；202、转轴；203、联轴器；3、接收架；301、凹面槽；302、顶部水平断面；303、弧形断面；304、竖直断面；305、底部水平断面；4、焊接机构；401、焊接箱；402、电动气缸；403、菱形伸缩架；404、转台；405、喷嘴；5、激光切割头；6、PLC控制箱；601、工控机；602、笔记本电脑；603、触摸屏；604、OPC服务器；7、转盘；8、隧洞；801、钢筋砼底板；802、钢筋砼边墙。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种敞开式隧道掘进机空推步进装置，包括刀盘盾体(1)和与刀盘盾体(1)传动连接的推进机构(2)，其特征在于：所述刀盘盾体(1)的前端焊接接收架(3)；所述推进机构(2)上安装用于固定接收架(3)的焊接机构(4)；所述推进机构(2)在刀盘盾体(1)后端还设有激光切割头(5)，激光切割头(5)和焊接机构(4)安装在转盘(7)上，转盘(7)固定在推进机构(2)上；所述推进机构(2)的末端设有PLC控制箱(6)，PLC控制箱(6)与激光切割头(5)、焊接机构(4)电连接，其特征在于：所述接收架(3)的内端面设为与刀盘盾体(1)前端面相匹配的弧形，并在弧形面上设有与球状的凸起(101)相匹配的凹面槽(301)，所述接收架(3)的内端面安装在刀盘盾体(1)前端面上，并通过凹面槽(301)与球状的凸起(101)定位安装，在所述的凹面槽(301)与球状的凸起(101)之间还通过焊接机构(4)焊接固定；所述接收架(3)的外轮廓由四个断面构成，其包括顶部水平断面(302)、与顶部水平断面(302)相接的弧形断面(303)、设置在弧形断面(303)与底部水平断面(305)之间的竖直断面(304)构成，所述刀盘盾体(1)的前端面加工有多个球状的凸起(101)，刀盘盾体(1)在球状的凸起(101)的内部分别填装压力传感器(102)，每个压力传感器(102)分别与PLC控制箱(6)内的控制元件连接，在刀盘盾体(1)与接收架(3)定位过程中遇到阻碍物时，压力传感器(102)向PLC控制箱(6)发送压力过载信号，通过PLC控制箱(6)控制激光切割头对阻碍物进行切割去除。/n...

【技术特征摘要】
1.一种敞开式隧道掘进机空推步进装置，包括刀盘盾体(1)和与刀盘盾体(1)传动连接的推进机构(2)，其特征在于：所述刀盘盾体(1)的前端焊接接收架(3)；所述推进机构(2)上安装用于固定接收架(3)的焊接机构(4)；所述推进机构(2)在刀盘盾体(1)后端还设有激光切割头(5)，激光切割头(5)和焊接机构(4)安装在转盘(7)上，转盘(7)固定在推进机构(2)上；所述推进机构(2)的末端设有PLC控制箱(6)，PLC控制箱(6)与激光切割头(5)、焊接机构(4)电连接，其特征在于：所述接收架(3)的内端面设为与刀盘盾体(1)前端面相匹配的弧形，并在弧形面上设有与球状的凸起(101)相匹配的凹面槽(301)，所述接收架(3)的内端面安装在刀盘盾体(1)前端面上，并通过凹面槽(301)与球状的凸起(101)定位安装，在所述的凹面槽(301)与球状的凸起(101)之间还通过焊接机构(4)焊接固定；所述接收架(3)的外轮廓由四个断面构成，其包括顶部水平断面(302)、与顶部水平断面(302)相接的弧形断面(303)、设置在弧形断面(303)与底部水平断面(305)之间的竖直断面(304)构成，所述刀盘盾体(1)的前端面加工有多个球状的凸起(101)，刀盘盾体(1)在球状的凸起(101)的内部分别填装压力传感器(102)，每个压力传感器(102)分别与PLC控制箱(6)内的控制元件连接，在刀盘盾体(1)与接收架(3)定位过程中遇到阻碍物时，压力传感器(102)向PLC控制箱(6)发送压力过载信号，通过PLC控制箱(6)控制激光切割头对阻碍物进行切割去除。


2.根据权利要求1所述的一种敞开式隧道掘进机空推步进装置，其特征在于，所述PLC控制箱(6)内的控制元件包括一台工控机(601)、一台用于编程的笔记本电脑(602)和一个触摸屏(603)，所述工控机(601)用于记录各种由自动化元件所采集的数据，并通过一个OPC服务器(604)适时的传输到操作室的触摸屏(603)上。


3.根据权利要求1所述的一种敞开式隧道掘进机空推步进装置，其特征在于，所述接收架(3)外轮廓的四个断面结构与待掘进的隧洞(8)的内侧墙面相匹配，在隧洞(8)的底部埋设钢筋砼底板(801)，隧洞(8)的底部在钢筋砼底板(801)的两侧浇筑钢筋砼边墙(802)。


4.根据权利要求3所述的一种敞开式隧道掘进机空推步进...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳争荣，谢祥明，金永就，林建伟，王应龙，胡江涛，郑莉，
申请(专利权)人：广东水电二局股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44