【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盾构隧道，特别涉及一种具有地层适应能力的盾构推进系统及其操作方法。
技术介绍
1、盾构机是用于地下隧道建设的先进工程机械，通过刀盘旋转切割地层，快速推进并一次性成型隧道。广泛应用于城市地铁、道路、水利工程等领域，具有施工速度快、不受天气影响、高效稳定等优势。其精密设计和自适应能力，使其成为现代城市基础设施建设不可或缺的重要工具，促进城市发展和交通网络完善。
2、在盾构工程中，盾构机总是要面临不同的地质情况，不同的地质情况下盾构机的具体工作方式也不同，在挖掘较硬的土层时，土层的摩擦力系数大，盾体和土层之间的摩擦力较大，盾构推进系统也需要提供较大的推力来推动盾体和刀盘向前掘进，而对于刀盘旋转扭矩对盾体的反作用力一般仅通过该摩擦力形成的扭矩就能与之平衡；而在挖掘较软的土层时，土层的摩擦力系数较小，盾体和土层之间的摩擦力较小，虽然盾构推进系统所需要提供的推力较小，但由于该摩擦力形成的扭矩也较小，不足以抵抗刀盘旋转扭矩对盾体的反作用力，就可能会引起机器的震动和不稳定，甚至诱发盾体自转现象造成盾体后方的管片崩坏，严重影响盾构掘进的速率和精度。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单、工作可靠的具有地层适应能力的盾构推进系统，并提供其操作方法。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种具有地层适应能力的盾构推进系统，包括刀盘、盾体、撑靴、管片，所述刀盘安装在盾体的最前端，管片位于盾体后方，所述管片与盾体之间呈环形、等距、连
3、上述具有地层适应能力的盾构推进系统，若干对液压缸呈圆周均匀布置，其分布圆的半径为r。
4、上述具有地层适应能力的盾构推进系统，所述油路包括液压泵、液压油箱、压力指示表和溢流阀，所述液压缸a和液压缸b分别由第一h型三位四通换向阀、第二h型三位四通换向阀控制，液压油缸经液压泵后分为四路，第一路外接压力指示表，第二路经第一h型三位四通换向阀后连接液压缸a，第三路经第二h型三位四通换向阀后连接液压缸b，第四路经溢流阀后返回液压油箱。
5、上述具有地层适应能力的盾构推进系统，所述第一h型三位四通换向阀左右两端分别设置电磁铁x1和电磁铁x2，当电磁铁x1和电磁铁x2均不得电，则第一h型三位四通换向阀的阀芯在对中弹簧的作用下处于中位，液压缸a处于浮动状态，当电磁铁电磁铁x1且电磁铁x2不得电，则第一h型三位四通换向阀向左换位，液压缸a向外伸出。
6、上述具有地层适应能力的盾构推进系统，所述第二h型三位四通换向阀左右两端分别设置电磁铁y1和电磁铁y2，当电磁铁y1和电磁铁y2均不得电，则第二h型三位四通换向阀的阀芯在对中弹簧的作用下处于中位，液压缸b处于浮动状态，当电磁铁电磁铁y1且电磁铁y2不得电，则第二h型三位四通换向阀向左换位，液压缸b向外伸出。
7、一种具有地层适应能力的盾构推进系统的操作方法，包括以下步骤：
8、步骤一：根据盾构在实际掘进工程中的地质软硬情况，选择液压缸不同的工作方式，若为硬地层，则进入步骤二，若为软地层，则进入步骤三；
9、步骤二：此时，硬地层和盾体之间的摩擦力大，盾构推进系统需要提供大推力来克服摩擦力使盾构向前掘进，液压缸a和液压缸b都需要工作以保证足够的推力，硬地层和盾体之间的摩擦力所形成的扭矩m3足以抵抗刀盘旋转扭矩m对盾体的反作用力，即
10、
11、盾构推进系统提供推动力以满足盾构掘进需要，所以控制电磁铁x1和电磁铁y1得电，两个三位四通换向阀均向左换向，控制液压缸a和液压缸b均向外伸出，推动刀盘向前掘进，此时所有的液压缸a和液压缸b的径向分力形成的扭矩大小相同方向相反相互抵消，不对盾体造成影响，所有的液压缸a和液压缸b的轴向推力相叠加共同推动盾体向前掘进；
12、步骤三：判断刀盘旋转方向，若刀盘顺时针旋转，则进入步骤四，若刀盘逆时针旋转，则进入步骤五；
13、步骤四：此时，软地层和盾体之间的摩擦力小，盾构推进系统不需要大推力去克服摩擦力推动盾构向前掘进，只需要每对液压缸中的其中一个液压缸进行推进工作，软地层和盾体之间的摩擦力所形成的扭矩不足以抵抗刀盘旋转扭矩对盾体的反作用力，即
14、
15、为了不使盾体产生自转，在盾构内部产生一个扭矩用以抵抗刀盘旋转扭矩对盾体的反作用力，此时电磁铁x1得电，其余电磁铁均不得电，控制液压缸a的第一三位四通换向阀向左换位，控制液压缸b的第二三位四通换向阀的阀芯在对中弹簧的作用下处于中位，使每一对液压缸中的液压缸a向外伸出，液压缸b处于浮动状态，此时液压缸a推力的径向分力形成扭矩m1用来抵抗刀盘扭矩对盾体的反作用力，盾构掘进所需的推力仅由液压缸a的轴向分力提供：
16、
17、其中n为液压缸的对数，即液压缸a的个数；f为液压缸a形成的径向分力；r为液压缸群的分布半径；
18、此时所有液压缸a的径向分力形成的扭矩m1和盾体与土层之间摩擦力形成的扭矩m3叠加与刀盘旋转扭矩m相抵消：
19、
20、步骤五：此时，软地层和盾体之间的摩擦力所形成的扭矩不足以抵抗刀盘旋转扭矩对盾体的反作用力，即
21、
22、为了不使盾体产生自转，在盾构内部产生一个扭矩用以抵抗刀盘旋转扭矩对盾体的反作用力，则电磁铁y1得电，其余电磁铁均不得电，控制液压缸a的第一三位四通换向阀的阀芯在对中弹簧的作用下处于中位，控制液压缸b的第二三位四通换向阀向左换位，使每一对液压缸中的液压缸b向外伸出，液压缸a处于浮动状态，此时所有液压缸b推力的径向分力形成扭矩m2用来抵抗刀盘旋转扭矩对盾体的反作用，盾构掘进所需的推力仅由液压缸b的轴向分力提供：
23、
24、其中n＇为液压缸的对数，即液压缸b的个数；f＇为液压缸b形成的径向分力；r为液压缸群的分布半径；
25、此时所有液压缸b的径向分力形成的扭矩m2和盾体与土层之间摩擦力形成的扭矩m3叠加与刀盘旋转扭矩m相抵消：
26、。
27、本专利技术的有益效果在于：
28、1、本专利技术通过改变液压缸在盾体和管片之间的安装方向，使盾构在面对软硬不同地层时，只需通过液压缸控制阀选择不同的液压缸工作方案就能适应地层对盾构的不同影响，增大了盾构的地质适用范围。
29、2、本专利技术盾构推进系统中通过控制部分液压缸工作，可以达到最大程度的节能目的。
30、3、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有地层适应能力的盾构推进系统，包括刀盘、盾体、撑靴、管片，所述刀盘安装在盾体的最前端，管片位于盾体后方，其特征在于：所述管片与盾体之间呈环形、等距、连续均匀布置若干对液压缸，每对液压缸均包括液压缸a和液压缸b，所述液压缸a和液压缸b的一端与盾体后端连接，液压缸a和液压缸b的另一端以相同的角度，不同的偏转方向通过撑靴顶在管片上，并通过管片上的反作用力推动整个盾构向前掘进；所述液压缸a和液压缸b通过油路中H型三位四通换向阀的电磁铁得电情况来控制液压杆的伸出、收回和浮动状态，根据不同地质情况下土层和盾体之间的摩擦力大小选择不同的液压缸工作方案来满足不同的地质情况下的推进需要。
2.根据权利要求1所述的具有地层适应能力的盾构推进系统，其特征在于：若干对液压缸呈圆周均匀布置，其分布圆的半径为R。
3.根据权利要求1所述的具有地层适应能力的盾构推进系统，其特征在于：所述油路包括液压泵、液压油箱、压力指示表和溢流阀，所述液压缸a和液压缸b分别由第一H型三位四通换向阀、第二H型三位四通换向阀控制，液压油缸经液压泵后分为四路，第一路外接压力指示表，第二路经第一H型
4.根据权利要求3所述的具有地层适应能力的盾构推进系统，其特征在于：所述第一H型三位四通换向阀左右两端分别设置电磁铁X1和电磁铁X2，当电磁铁X1和电磁铁X2均不得电，则第一H型三位四通换向阀的阀芯在对中弹簧的作用下处于中位，液压缸a处于浮动状态，当电磁铁电磁铁X1且电磁铁X2不得电，则第一H型三位四通换向阀向左换位，液压缸a向外伸出。
5.根据权利要求4所述的具有地层适应能力的盾构推进系统，其特征在于：所述第二H型三位四通换向阀左右两端分别设置电磁铁Y1和电磁铁Y2，当电磁铁Y1和电磁铁Y2均不得电，则第二H型三位四通换向阀的阀芯在对中弹簧的作用下处于中位，液压缸b处于浮动状态，当电磁铁电磁铁Y1且电磁铁Y2不得电，则第二H型三位四通换向阀向左换位，液压缸b向外伸出。
6.一种根据权利要求5所述的具有地层适应能力的盾构推进系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种具有地层适应能力的盾构推进系统，包括刀盘、盾体、撑靴、管片，所述刀盘安装在盾体的最前端，管片位于盾体后方，其特征在于：所述管片与盾体之间呈环形、等距、连续均匀布置若干对液压缸，每对液压缸均包括液压缸a和液压缸b，所述液压缸a和液压缸b的一端与盾体后端连接，液压缸a和液压缸b的另一端以相同的角度，不同的偏转方向通过撑靴顶在管片上，并通过管片上的反作用力推动整个盾构向前掘进；所述液压缸a和液压缸b通过油路中h型三位四通换向阀的电磁铁得电情况来控制液压杆的伸出、收回和浮动状态，根据不同地质情况下土层和盾体之间的摩擦力大小选择不同的液压缸工作方案来满足不同的地质情况下的推进需要。
2.根据权利要求1所述的具有地层适应能力的盾构推进系统，其特征在于：若干对液压缸呈圆周均匀布置，其分布圆的半径为r。
3.根据权利要求1所述的具有地层适应能力的盾构推进系统，其特征在于：所述油路包括液压泵、液压油箱、压力指示表和溢流阀，所述液压缸a和液压缸b分别由第一h型三位四通换向阀、第二h型三位四通换向阀控制，液压油缸经液压泵后分为四路，第...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷劝，李媛媛，邓孔书，徐昆，崔佳鑫，何巨峰，
申请(专利权)人：湖南工商大学，
类型：发明
国别省市：
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