【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种冲击回转掘进式盾构机，适用于各种复杂地层，包括坚硬的互层、砾层等复杂地层的高效掘进，属于盾构机设备领域。
技术介绍
1、盾构法隧道施工具有许多优点， 施工不受地面自然条件的影响，地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰。现有盾构机在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。在许多重大工程中盾构机得到了广泛应用。作为现有盾构机的技术发展代表性的全封闭式盾构机，包括泥水加压平衡盾构机和土压平衡盾构机：
2、泥水加压平衡盾构由盾壳、开挖机构、推进机构、送排泥浆机构、拼装机构及附属装置组成，也是目前各种盾构中最复杂、价格最贵的一种。但其适用范围较大，多用于含水率高的软弱土质中，是一种低沉降、较安全的施工机械，对稳定的地层优点尤为明显，其工作效率要高于土压平衡盾构机。
3、土压平衡盾构是在泥水加压盾新型盾构。通过对土压管理，保持土压或土碴量的相对平衡与稳定来进行工作。广泛适用于对冲积粘土、洪积粘土砂质土、砂、砂砾、卵石等地质的施工。
4、泥水加压盾构机最初是在冲积粘土、洪积粘土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对稳定开挖面的作用明显，因此在软弱的淤泥质土层、砂砾层、卵石、砂砾层、砂砾和坚硬的互层等地层中均适用。
5、但本申请专利技术人发现现有盾构机普遍至少存在进入微风化、弱风化硬岩层等复杂地层中掘进困难，存在刀具磨损快，换刀频繁，岩石渣粉容易将滚刀裹住，使之不能滚动，导致刀具偏磨，盾体卡壳，故障率高、效率低、
6、针对上述问题，本申请通过对盾构机刀盘掘进装置的创新改进，实现回转-冲击掘进机制，解决盾构机在坚硬岩层掘进效率低刀具磨损大施工成本高的问题。与此同时，本申请技术还通过适时更换高频冲击-回转装置的钻头及其刀齿类型，及刀盘上布置的辅助刀具，能够应对各种不同复杂地层，优化掘进效率。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有盾构机技术在微风化和弱风化岩层、坚硬的互层、砾层等复杂地层掘进效率低，刀具磨损严重以至卡盾无法进尺的缺点，提供一种掘进机制更加合理的回转-冲击组合掘进式盾构机。
2、本申请提供了一种冲击回转掘进式盾构机，至少包括控制系统、动力系统、盾构壳、推进油缸、刀盘、管片安装机、注浆设备及出渣输送机；其特征在于：所述刀盘上安装有一组高频冲击-回转铣削装置，所述高频冲击-回转铣削装置包括回转动力驱动装置、高频冲击装置以及在缓冲装置支撑下弹性浮动的传动钻杆和钻头；所述高频冲击-回转铣削装置的钻头在所述回转动力驱动装置驱动下自转的同时随同刀盘公转；所述高频冲击-回转铣削装置通过多路旋转密封接头与固定设置于盾构机的支承环内的液压动力系统相连接。刀盘掘进面上,除高频冲击-回转铣削装置的钻头以外,适当布置有进料槽开口及辅助刀具包括刮刀、滚刀等。
3、作为优选，所述高频冲击-回转铣削装置还包括固定安装于所述刀盘上的外筒体和以滚动轴承、推力轴承与所述外筒体连接的旋转内筒；所述旋转内筒内固定设置有所述高频冲击装置以及在缓冲装置支撑下弹性浮动状态的传动钻杆和钻头，所述旋转内筒与所述回转动力驱动装置传动连接。
4、作为优选，所述高频冲击-回转铣削装置的外筒体通过连接件固定安装于盾构机的刀盘面板内侧。可以从刀盘内侧拆卸,以便通过更换不同类型钻头和相应的刀齿,以及在刀盘布置的辅助刀具,以针对包括硬岩、软土等各种不同地层,优化掘进效率。
5、作为优选，所述回转动力驱动装置为回转液压马达，所述回转液压马达的底座固定安装于所述外筒体端部，所述回转液压马达的输出轴通过花键或法兰连接所述旋转内筒以驱动所述旋转内筒旋转；
6、所述传动钻杆的顶部安装有冲击帽，所述高频冲击装置固定安装于所述旋转内筒端部，所述高频冲击装置的钎杆抵在所述冲击帽顶端；
7、所述旋转内筒还包括内筒芯，所述内筒芯包括与旋转内筒固定连接的前箱体及与所述前箱体固定连接后箱体，所述前箱体内设置多边形槽孔，所述传动钻杆设置有与所述多边形槽孔啮合的多边形柱体段，内筒旋转转时驱动钻杆旋转；
8、所述缓冲装置设置于所述后箱体内，且所述多边形槽孔与钻杆多边形柱体段之间的间隙空间大于所述缓冲装置的伸缩变形的幅度,亦即钻杆在冲击作用下移动的幅度；所述外筒体和旋转内筒前、后端的滚动轴承外均安装轴承端盖。
9、所述缓冲装置为套设于所述传动钻杆上的两种不同弹性模量的弹簧叠放构成，包括钢丝弹簧和蝶形弹簧；所述钢丝弹簧通过隔圈抵接于所述冲击帽,所述碟形弹簧通过隔圈抵接在所述前箱体的台阶上；
10、所述的高频冲击-回转铣削装置还包括前密封端盖，所述旋转内筒与所述内筒芯通过所述前密封端盖及紧固件固定连接；所述外筒体下部是漏空框架式结构以便于钻头排渣。
11、作为优选，所述高频冲击装置的压力油管通道为穿过所述回转液压马达及其输出轴内部的双层空心管道的内管，所述双层空心管道的外管为回转动力驱动装置的输油管道；在所述回转液压马达的注油端口安装所述多通道旋转密封接头。
12、作为优选，所述回转液压马达设置于所述传动钻杆一侧，且通过直齿齿轮与传动钻杆连接，所述传动钻杆顶端通过冲击帽与高频冲击装置的钎杆抵接。
13、作为优选，所述高频冲击-回转铣削装置的钻头采用变螺距螺纹与传动钻杆连接,所述传动钻杆前端直径放大并以固紧螺帽加强钻头侧向的稳定性，所述钻头的底部与侧面以圆弧曲线过渡连接,所述钻头前端凸出于所述刀盘掘进面。 钻头随同盾构机刀盘旋公转时,横向移动与岩土表面产生横向接触，通过圆弧面刀齿侧向的冲击铣削岩石,减小岩石对钻头横向移动的阻力。
14、作为优选,所述刀盘动力系统的主驱动装置采用低转速大扭矩液压马达,其输出轴与刀盘支承架大轴以花键连接直接驱动刀盘旋转。省去减速齿轮箱的过渡环节,使主驱动装置结构简化,减少维护工作量。由于本申请以一组高频-冲击回转装置冲击破碎岩土及其协同回转,从这两个方面均大大减小了盾构机刀盘主驱动的回转扭矩负载.为主驱动装置结构简化创造了条件,同时应对硬岩地层的工况下,也减小了盾构机推动油缸推进力的负载要求及刀具的磨耗。
15、作为优选，在所述高频冲击-回转铣削装置的旋转内筒顶端与外筒体顶之间设置柱塞油缸和压力传感受器。适时调整油压,通过内筒箱体及钻杆传递,适时对钻头施加钻压,与此同时,刀盘在推进油缸推动下,控制刀盘掘进面的压力平衡,本申请技术的自动控制及操作系统依据不同地层,综合掘进面的相关压力参数,调整推进力和高频冲击-回转铣削装置钻头的合理钻压。优化掘进效率,减小刀齿磨耗。
16、本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
17、1）、本申请以高频冲击应对坚硬岩石，通过刀齿与硬岩石的瞬间接触， 作用时间极短，可以使接触应力放大许多倍，能够解决坚硬岩地层的高效掘进。冲击回转钻进所需的轴向压力较小，转速也低，对刀齿的磨损小，试本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种冲击回转掘进式盾构机，至少包括控制系统、动力系统、盾构壳、推进油缸、刀盘（1）、管片安装机、注浆设备及出渣输送机；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的冲击回转掘进式盾构机,其特征在于：所述高频冲击-回转铣削装置还包括固定安装于所述刀盘（1）上的外筒体（9）和以滚动轴承（10）、推力轴承（11）与所述外筒体（9）连接的旋转内筒（12）；
3.根据权利要求2所述的冲击回转掘进式盾构机,其特征在于：所述高频冲击-回转铣削装置的外筒体（9）通过连接件固定安装于盾构机的刀盘面板内侧。
4.根据权利要求2所述的冲击回转掘进式盾构机，其特征在于：所述回转动力驱动装置（2）为回转液压马达，所述回转液压马达的底座固定安装于所述外筒体（9）端部，所述回转液压马达的输出轴通过花键或法兰连接所述旋转内筒（12）以驱动所述旋转内筒（12）旋转；
5.根据权利要求4所述的高频冲击-回转铣削装置，其特征在于：所述缓冲装置（4）为套设于所述传动钻杆上的两种不同弹性模量的弹簧叠放构成，包括钢丝弹簧（4-1）和蝶形弹簧（4-2）；所述钢丝弹簧（4-1）通过隔
6.根据权利要求4所述的冲击回转掘进式盾构机，其特征在于：所述高频冲击装置（3）的压力油管通道为穿过所述回转液压马达及其输出轴内部的双层空心管道的内管，所述双层空心管道的外管为回转动力驱动装置的输油管道；在所述回转液压马达的注油端口安装所述多通道旋转密封接头（7）。
7.根据权利要求1所述的冲击回转掘进式盾构机，其特征在于：所述回转液压马达设置于所述传动钻杆一侧，且通过直齿齿轮与传动钻杆连接，所述传动钻杆顶端通过冲击帽与高频冲击装置的钎杆抵接。
8.根据权利要求1所述的冲击回转掘进式盾构机，其特征在于：所述高频冲击-回转铣削装置的钻头采用变螺距螺纹与传动钻杆连接,所述传动钻杆前端直径放大并以固紧螺帽加强钻头侧向的稳定性，所述钻头的底部与侧面以圆弧曲线过渡连接,所述钻头前端凸出于所述刀盘掘进面。
9.根据权利要求1所述的冲击回转掘进式盾构机，其特征在于：所述动力系统的主驱动装置采用低转速大扭矩液压马达,其输出轴与刀盘支承架大轴通过花键连接直接驱动刀盘旋转。
10.根据权利要求2所述的冲击回转掘进式盾构机，其特征在于：在所述高频冲击-回转铣削装置的旋转内筒顶端与外筒体顶之间设置所述柱塞油缸和压力传感受器，通过自动控制及操作系统,综合掘进面的地质条件和相关压力参数,调整所述柱塞油缸的压力以保持钻头的合理钻压。
...【技术特征摘要】
1.一种冲击回转掘进式盾构机，至少包括控制系统、动力系统、盾构壳、推进油缸、刀盘（1）、管片安装机、注浆设备及出渣输送机；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的冲击回转掘进式盾构机,其特征在于：所述高频冲击-回转铣削装置还包括固定安装于所述刀盘（1）上的外筒体（9）和以滚动轴承（10）、推力轴承（11）与所述外筒体（9）连接的旋转内筒（12）；
3.根据权利要求2所述的冲击回转掘进式盾构机,其特征在于：所述高频冲击-回转铣削装置的外筒体（9）通过连接件固定安装于盾构机的刀盘面板内侧。
4.根据权利要求2所述的冲击回转掘进式盾构机，其特征在于：所述回转动力驱动装置（2）为回转液压马达，所述回转液压马达的底座固定安装于所述外筒体（9）端部，所述回转液压马达的输出轴通过花键或法兰连接所述旋转内筒（12）以驱动所述旋转内筒（12）旋转；
5.根据权利要求4所述的高频冲击-回转铣削装置，其特征在于：所述缓冲装置（4）为套设于所述传动钻杆上的两种不同弹性模量的弹簧叠放构成，包括钢丝弹簧（4-1）和蝶形弹簧（4-2）；所述钢丝弹簧（4-1）通过隔圈抵接于所述冲击帽（5-2）,所述碟形弹簧（4-2）通过隔圈抵接在所述前箱体（13-1）的台阶上；
6.根据权利要求4所述的冲击回转...
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