一种压注式竖向掘进机的制作方法

1.本发明属于盾构机设备领域，特别涉及一种压注式竖向掘进机。


背景技术：

2.目前竖井施工多采用钻爆法，该工法掘进效率低，人力成本高且施工风险大，采用机械化进行竖井施工已逐渐成为一种趋势，已经有各种类型的竖向掘进机得到了应用，比如嵌岩钻机、sbm、vsm等设备。
3.常用的嵌岩钻机有正循环和反循环两种排渣方式，无论是正循环钻机还是反循环钻机，由于整个竖井充满泥浆，采用泥浆支护洞壁，因此对制浆的需求量大且制浆要求高，另外对于破碎地层无法适用，刀具换刀效率很低，严重制约了施工效率。
4.sbm竖向掘进机采用机械式刮板链出渣，出渣效率低、故障率高，导致掘进效率较低。vsm竖向掘进机采用悬臂式刀头，使用泥浆泵排渣，整个竖井都充满泥浆，难以适用于硬岩地层，掘进深度有限。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种压注式竖向掘进机，采用压注混凝土支护洞壁，无须泥浆支护，能够适用于包括软弱围岩在内的各种地层。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种压注式竖向掘进机，它包括空心的主轴、与所述主轴转动连接的刀盘、用于驱动所述刀盘转动的驱动件、以及泥浆系统，所述掘进机还包括固定于所述主轴下端部且位于所述主轴外周面上的护盾，所述护盾以及主轴均与所述刀盘相转动且密封连接，所述刀盘与所述护盾之间为开挖舱，所述开挖舱与所述主轴内部相连通并与所述主轴外侧相隔绝，所述护盾具有向下移动的趋势并对开挖舱施加压力。
7.优化的，所述泥浆系统包括位于所述主轴内的排浆泵、设于所述主轴内且下端口连接至所述刀盘上的进浆管、设于所述主轴内且下端口与所述排浆泵相连接的排浆管、安装在主轴的上端部上且分别于所述进浆管和排浆管的上端口相连接的泥浆处理站，所述排浆泵所在空间与所述开挖舱相连通。
8.进一步的，所述主轴内设有密封板，所述进浆管和所述排浆穿过所述密封板且与所述密封板密封连接，所述排浆泵所在空间通过所述密封板、护盾以及护盾外周的土体实现与所述主轴外侧的隔绝。
9.优化的，压注式竖向掘进机包括管片、用于向管片和土体之间注浆且对护盾具有朝向刀盘推力的注浆装置。
10.进一步的，所述注浆装置设于所述护盾内安装于所述护盾上，其包括固定安装在护盾内的注浆管、用于向注浆管内的输入混凝土浆的混凝土浆供给部、固定安装在护盾内且用于向止浆板施加压力的注浆油缸。
11.优化的，所述掘进机还包括对护盾具有朝向刀盘推力的下推进组件，所述下推进
组件包括固定于所述主轴上的下推进架、固定于所述下推进架上的下推进油缸，安装完成的管片位于所述下推进油缸的活塞缸的伸出路径上。
12.优化的，所述掘进机还包括设于所述主轴上的上拼装机和下拼装机，上拼装机位于所述下拼装机上方。
13.优化的，所述掘进机还包括设于所述主轴上的支撑步进系统，所述支撑步进系统包括套设于所述主轴上且可与所述主轴相对滑动的稳定靴组件、固定套设于所述主轴上的撑靴组件、连接于所述撑靴组件和所述稳定靴组件之间的上推进油缸，所述稳定靴组件包括套设于所述主轴上的稳定架、可伸缩的设于所述稳定架上的稳定靴、两端部分别铰接于所述稳定架和所述稳定靴之间的稳定油缸，所述撑靴组件包括固定于所述主轴上的内撑靴架、可沿主轴的轴向滑动的套设于所述内撑靴架上的外撑靴架、沿所述主轴的径向可伸缩的设于所述外撑靴架上的滑动块、通过万向连接件与所述滑动块相连接的撑靴、以及两端部分别铰接于所述外撑靴架和所述撑靴之间的支撑油缸。
14.进一步的，所述上推进油缸的两端分别铰接于所述撑靴和所述稳定架上。
15.进一步的，所述稳定架上设有管片吊机。
16.优化的，所述主轴的上端部固定有上端平台，所述上端平台上设有料斗。
17.优化的，所述主轴包括下层轴、位于所述下层轴上方的上层轴以及设于所述下层轴和上层轴之间的吊篮，所述掘进机还包括固定安装于所述吊篮上的管片支撑靴。
18.进一步的，所述刀盘、护盾、下推进组件以及下拼装机安装于所述下层轴上，所述上拼装机、支撑步进系统安装于所述上层轴上。
19.进一步的，护盾包括安装于所述刀盘上方且固定于所述主轴上的端面盾体、与所述端面盾体同轴固定连接的周面盾体，所述驱动件安装于所述端面盾体上。
20.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：克服了泥浆支护不稳定且泥浆需求量大的缺点，克服了传统锚喷支护工序复杂、岩爆地层无法支护的缺点，克服了机械式刮板链排渣效率低、故障率高的缺点，利用护盾、护盾下方的土体和主轴形成密封空间，从而使开挖舱实现建仓，克服了无压条件下泥浆循环不畅、排渣不彻底的缺点，具有支护效果好的优点，因而适用的地层特别广，掘进的深度不受限制；具有出渣效果好的优点，能够显著地提高钻机掘进的施工效率，而且出渣设备便于维护、操作方便。
附图说明
21.图1为本发明主视图；图2为支撑步进系统的结构示意图；图3为图1中r处放大图；图4为图1中z处放大图；图5为图4中x处放大图；图6为图4中y处放大图。
具体实施方式
22.下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
23.如图1所示，压注式竖向掘进机，它包括主轴0、护盾1、刀盘2、驱动件3、管片c、注浆
装置4、下推进组件5、上拼装机61、下拼装机62、支撑步进系统7、上端平台81、料斗82以及泥浆系统。
24.其中，主轴0包括空心的下层轴01、设于下层轴01上端口的密封板02、位于下层轴01上方的空心的上层轴03以及设于下层轴01和上层轴03之间的吊篮04，下层轴01；护盾1固定于下层轴01下端部且位于下层轴01外周面上，护盾1包括安装于刀盘2上方且固定于下层轴01下端部上的端面盾体11、与端面盾体11同轴固定连接的周面盾体12，周面盾体12从端面盾体11周面向上层轴03的方向延伸，驱动件3安装于端面盾体11上并与刀盘2传动连接；如图4-6所示，刀盘2上设有套设于下层轴01的下端面外周的第一密封管21，第一密封管21的内周面和下层轴01的之间设有唇型密封圈22，端面盾体11的下端面形成有第二密封管111，刀盘2上还设有穿设于第二密封管111内的第三密封管23，第二密封管111和第三密封管23之间设有唇型密封圈22；刀盘2与护盾1之间为开挖舱a，开挖舱a与下层轴01内部空间b相连通并与下层轴01外侧相隔绝，护盾1具有向下移动的趋势并对开挖舱a施加压力。
25.泥浆系统包括位于主轴0内的排浆泵91、设于主轴0内且下端口连接至刀盘2上的进浆管92、设于主轴0内且下端口与排浆泵91相连接的排浆管93、安装在主轴0的上端部上且分别于进浆管92和排浆管93的上端口相连接的泥浆处理站94，排浆泵91所在空间与开挖舱a相连通。进浆管92和排浆穿过密封板02且与密封板02密封连接，密封板02、护盾1以及护盾1外周的土体将排浆泵91所在下层轴01内部空间b与主轴0外侧的空间e隔绝，达到建压的目的，在排浆泵91的作用下，开挖舱a中间部位的压力低，周侧的压力高，在压力差的作用下，泥浆和砾石被送入排浆泵91的吸口，然后通过排浆泵91输送到最上部的泥浆处理站94。经过泥浆处理站94的筛分、旋流、调浆等步骤，再将比重低的泥浆经进浆管92道输送到开挖舱a内，这样就形成了一个泥浆循环系统。该系统避免了无压状态下砾石无法进入排浆泵91、排渣不畅、排浆泵91容易吸空等现象的发生。
26.如图3所示，注浆装置4设于周面盾体12内侧面上，其包括设于周面盾体12和已安装好的管片c之间的环形的止浆板41、固定安装在环形的止浆板41上且位于周面盾体12内的注浆管42、用于向注浆管42内的输入混凝土浆的混凝土浆供给部（非本技术重点，在此不做赘述）、固定安装在周面盾体12内且用于向止浆板41施加压力的注浆油缸43。注浆油缸43通过止浆板41给混凝土施加一定的压力，便于混凝土的成型。止浆板41上方已经注入的混凝土浆液对止浆板41具有向下的压力，能够进一步的为开挖舱a提供压力。为了防止混凝土进入掘进机内部和刀盘2，止浆板41和管片c外侧以及周面盾体12之间设置有密封圈，且在周面盾体12的上端部和注浆管42上设有盾尾刷44进一步防止混凝土进入掘进机内部和刀盘2。
27.如图2所示，支撑步进系统7包括套设于主轴0上且可与主轴0相对滑动的稳定靴组件71、固定套设于主轴0上的撑靴组件72、上推进油缸73，稳定靴组件71包括套设于主轴0上的稳定架711、可伸缩的设于稳定架711上的稳定靴、两端部分别铰接于稳定架711和稳定靴712之间的稳定油缸713，撑靴组件72包括固定于主轴0上的内撑靴架721、可沿主轴0的轴向滑动的套设于内撑靴架721上的外撑靴架722、沿主轴0的径向可伸缩的设于外撑靴架722上的滑动块723、通过万向连接件725与滑动块723相连接的撑靴726、以及两端部分别铰接于
外撑靴架722和撑靴726之间的支撑油缸724。上推进油缸73的两端分别铰接于撑靴726和稳定架711上，稳定架711上设有管片吊机06。一环掘进结束后，稳定油缸713带动稳定靴712伸出至洞壁上，承受掘进机向下的重力，然后支撑油缸724带动撑靴726缩回，离开洞壁，并在上推进油缸73的作用下向下移动一环管片c宽度的距离，然后，撑靴726再次伸出，稳定靴712缩回，进行下一环的掘进工作。
28.下推进组件5对护盾1具有朝向刀盘2推力，下推进组件5包括固定于主轴0上的下推进架51、固定于下推进架上的下推进油缸52，安装完成的管片c位于下推进油缸的活塞缸的伸出路径上，当需要推进刀盘2时，下推进油缸顶推管片c，管片c和压注混凝土、洞壁之间均有摩擦力，由摩擦力提供推进油缸所需的反力；由于在撑靴和稳定架711之间设置了上推进油缸73，撑靴顶紧在洞壁上，提供了反力。在上下推进油缸的共同作用下，实现了竖向掘进机向下的掘进功能，同时能够进一步的为开挖舱a提供压力。
29.上拼装机61和下拼装机62设于主轴0上的，上拼装机61位于下拼装机62上方，上拼装机61实现洞内上方的管片c的拆卸，下拼装机62对拆卸下的管片c进行安装。上端平台81固定在上层轴03的上端部，料斗82安装在上端平台81上。掘进机还包括吊篮04上固定安装有管片支撑靴05。为了保证管片c的稳定性，防止管片c的摆动。
30.综上，本发明利用护盾1、护盾1下方的土体和主轴0形成密封空间，从而使开挖舱a实现建仓，避免了无压状态下砾石无法进入排浆泵91、排渣不畅、泵容易吸空等现象的发生，保证泥浆循环系统高效稳定地工作；并利用掘进机自身重力、结合下推进组件5以及注浆装置4对护盾1的推力，进一步提高开挖舱a内的压力，进一步保证砾石顺利进入排浆泵91；下推进油缸有多个且沿着管片c轴向布置，可以根据导向系统的反馈数据，通过控制各组油缸的压力、速度和行程来实现掘进机的精确调向；在吊篮04的顶部设置了管片支撑靴05，保证了管片c的稳定性，防止管片c的摆动；刀盘2与护盾1以及主轴0之间设置唇型密封，开挖舱a内加压的泥浆不会反窜到护盾1内部。
31.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。