專利名稱：隧道挖掘機及隧道挖掘方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道挖掘機及隧道挖掘方法，特別涉及挖掘基巖等來構(gòu)筑隧道的隧道鉆機(TBM)。
一般的隧道鉆機(以下稱為TBM)是在圓筒形面板前部安裝可驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的刀盤，在該刀盤上，安裝著多個挖掘基巖用的輥筒式切刀(ロ-ラカッタ)。在該面板上，安裝著與已挖掘形成的隧道內(nèi)壁面壓接以保持該面板位置的一對前撐靴。另外，在面板的隔壁中，固定著中空的并向后方延伸的導(dǎo)筒，在該導(dǎo)筒的后部，安裝著可沿掘進方向移動的后部支護體。在該后部支護體上，安裝著與已挖掘形成的隧道內(nèi)壁面壓接以保持該后部支護體位置的一對后撐靴。在面板與后部支護體之間，架設(shè)著若干個推進液壓缸。
因此，在由后撐靴保持著后部支護體位置，前撐靴解除了對面板位置保持的狀態(tài)下，如果一邊使刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，一邊使上述若干個推進液壓缸伸長，則多個輥筒式切刀一邊挖掘前方的基巖，面板一邊前進。當(dāng)推進液壓缸伸長至全沖程時，由前撐靴保持著面板的位置，后撐靴解除對后部支護體的位置保持。在此狀態(tài)下，當(dāng)縮回該多個的推進液壓缸時，則后部支護體相對于面板拉近而前進。然后，如前所述，由后撐靴保持著后部支護體的位置，前撐靴解除對面板的位置保持，通過邊旋轉(zhuǎn)驅(qū)動刀盤邊伸長該若干個推進液壓缸，由多個輥筒式切刀挖掘基巖并前進，通過反復(fù)進行該作業(yè)構(gòu)筑隧道。
但是，用上述現(xiàn)有TBM挖掘基巖形成隧道時，有時因裝置的維修、更換切刀、故障等原因需長時間中斷挖掘，或者因休息日等要停止使用TBM2～3天。而基巖通常是呈壓縮狀態(tài)處于巖床中的，由于形成了隧道，該基巖會膨脹，而使由TBM挖掘的隧道的內(nèi)徑變小。在此狀態(tài)下，如上所述，基巖膨脹時，應(yīng)力作用在面板的外周面，再次用TBM挖掘基巖形成隧道時，面板即TBM本體不能再前進。
因基巖膨脹而使已挖掘的隧道內(nèi)徑變小，面板(TBM)不能再前進時，在現(xiàn)有技術(shù)中，作業(yè)者要走出TBM，用人工挖掘面板的外周邊，將隧道的內(nèi)徑擴大后再開始挖掘。因此，加重了作業(yè)者的負(fù)擔(dān)，作業(yè)效率降低，構(gòu)筑隧道的時間加長。
本發(fā)明是為了解決上述問題而作出的，其目的在于提供一種能提高挖掘作業(yè)效率的隧道挖掘機和隧道挖掘方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的隧道挖掘機的特征是它具有由沿周方向分割成若干個的支護體構(gòu)成的筒狀鉆體；通過使上述若干個支護體沿鉆體的徑向移動而使鉆體的外徑擴大和縮小的支護體移動機構(gòu)；安裝在鉆體前部的可驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的刀盤；配設(shè)在鉆體后方的一對后部支護體；使該一對后部支護體壓接在已挖掘隧道內(nèi)壁面上的后部支護體壓接機構(gòu)；架設(shè)在鉆體與后部支護體之間的若干個推進機構(gòu)。
因此，用該隧道挖掘機挖掘基巖時，在由后支護體壓接機構(gòu)將一對后部支護體壓接在已挖掘的隧道內(nèi)壁面上的狀態(tài)下，一邊驅(qū)動安裝在鉆體前部的刀盤旋轉(zhuǎn)，一邊由若干個推進機構(gòu)使鉆體相對于后部支護體前進，由刀盤挖掘前方的基巖，則形成隧道。當(dāng)長時間停止挖掘機的挖掘作業(yè)，因基巖膨脹等使已挖掘的隧道的內(nèi)徑變小時，通過支護體移動機構(gòu)使構(gòu)成鉆體的若干個支護體向該鉆體內(nèi)方移動，以縮小鉆體的外徑，消除隧道內(nèi)壁面對鉆體外周面的干擾，鉆體便可前進。
另外，本發(fā)明的隧道挖掘方法是一邊使安裝在前部的刀盤驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，一邊使沿周方向分割成若干部分的筒狀鉆體前進，挖掘前方的基巖而形成隧道，其特征在于，當(dāng)因所挖掘的基巖膨脹而引起在鉆體周邊形成的隧道的內(nèi)徑變小時，縮小上述筒狀鉆體的外徑后再進行挖掘。
因此，用該隧道挖掘方法挖掘基巖時，一邊使前部的刀盤驅(qū)動旋轉(zhuǎn)一邊使筒狀的鉆體前進，挖掘前方的基巖可形成隧道，因挖掘的基巖膨張使形成在鉆體周邊的隧道內(nèi)徑變小時，通過縮小該筒狀鉆體的外徑便能進行掘進。


圖1是作為本發(fā)明一實施例隧道挖掘機的隧道鉆機的斷面圖。
圖2是圖1中II-II線斷面圖，表示本實施例隧道鉆機的主要部分的斷面。
圖3是圖1中III-III線斷面圖，表示本實施例隧道鉆機的主要部分的斷面。
圖4是圖1中IV-IV線斷面圖，表示本實施例隧道鉆機的主要部分的斷面。
在附圖中11-鉆體；12-頂支護體；13、14-側(cè)支護體；15-下支護體；18、19-側(cè)支護體返回液壓缸；25-頂支護體液壓缸；26-切削刀頭；29-切刀驅(qū)動電機；31-導(dǎo)筒；32-后支護體(后部支承體)；42、43-后撐靴；45-推進液壓缸(推進裝置)；下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。
圖1是作為本發(fā)明一實施例隧道挖掘機的隧道鉆機的斷面略圖，圖2至圖4是該實施例隧道鉆機的主要部分?jǐn)嗝鎴D，圖2表示圖1的II-II斷面，圖3表示圖1的III-III斷面，圖4表示圖1的IV-IV斷面。
如圖1至圖4所示，本實施例的隧道鉆機(以下稱為TBM)中，呈圓筒形的鉆體11由在圓周方向分割成的若干個(本發(fā)明中是4個)支護體構(gòu)成，即由頂支護體12、一對側(cè)支護體13、14和下支護體15構(gòu)成。即，在支承圓盤16的外周部，一體地固定著刀盤支架17。在該刀盤支架17的下部，固定著外周面為圓弧形的上述下支護體15。外周面為圓弧形的上述一對側(cè)支護體13、14位于刀盤支架17的兩側(cè)部，刀盤支架17的下端部樞接在上述下支護體15上。外周面為圓弧形的上述頂支護體12位于刀盤支架17的上部，該頂支護體12的兩側(cè)部與各側(cè)支護體13、14相連接。
在刀盤支架17的兩側(cè)部，分別安裝著側(cè)支護體返回液壓缸18、19和側(cè)支護體楔緊液壓缸20、21，各側(cè)支護體返回液壓缸18、19的活塞桿前端部與各側(cè)支護體13、14連接，在各側(cè)支護體楔緊液壓缸20、21的活塞桿前端部，安裝著把各側(cè)支護體13、14向外方推壓的楔部件22、23。頂支護體12由支護本體12a和可轉(zhuǎn)動地連接在其兩端的支護體連接部12b、12c構(gòu)成。該支護體連接部12b、12c的各端通過連接銷24可在周方向移動地連接在各側(cè)支護體13、14的上端部。在刀盤支架17的上部，安裝著頂支護體液壓缸25，該頂支護體液壓缸25的活塞桿前端與頂支護體12的支護本體12a連接。
因此，當(dāng)驅(qū)動各側(cè)支護體液壓缸18、19、20、21使液壓缸活塞桿縮回時，側(cè)支護體13、14以其與下支護體15的連接部為支點，向內(nèi)方轉(zhuǎn)動。當(dāng)驅(qū)動頂支護體液壓缸25使其活塞桿縮回時，頂支護體12的支護本體12a向內(nèi)方移動。這時，頂支護體12的支護體連接部12b、12c通過連接銷24可在周方向移動地與側(cè)支護體13、14連接，隨著頂支護體12(支護本體12a)和側(cè)支護體13、14的向內(nèi)方移動，各側(cè)支護體連接部12b、12c一邊縮小與側(cè)支護體13、14的距離一邊向內(nèi)方移動。這樣，通過頂支護體12和側(cè)支護體13、14的向內(nèi)方或向外方移動，可以擴縮鉆體11的外徑。
在鉆體11的前部，通過刀盤支架17安裝著刀盤26，在該刀盤26前部，安裝著多個挖掘基巖用的輥筒式切刀27。在該刀盤26上固定著齒圈28，在刀盤支架17上，安裝著多個(本實施例中是12個)切刀驅(qū)動電機29，該切刀驅(qū)動電機29的驅(qū)動齒輪30與齒圈28嚙合。因此，驅(qū)動該電機29，通過驅(qū)動齒輪30及齒圈28可驅(qū)動刀盤26旋轉(zhuǎn)。
呈四角形筒狀的導(dǎo)筒31的一端固定在刀盤支架17的后部，該導(dǎo)筒31的后部在隧道內(nèi)延伸至后方。在該導(dǎo)筒31的后端部，固定著后支護體32，在該后支護體32上，安裝著支承導(dǎo)筒31后部的2個支腳33，該支腳可通過支承液壓缸34伸縮。在導(dǎo)筒31的后部，安裝著作為后部支護體的、可沿該導(dǎo)筒31長度方向移動的上撐靴支座35，相對于上撐靴支座35還安裝著左右一對可上下移動的下?lián)窝ブё?6，通過一對垂直液壓缸37可使下?lián)窝ブё?6上下移動。在上撐靴支座35上安裝著左右一對上撐靴液壓缸38，在下?lián)窝ブё?6上安裝著左右一對下?lián)窝ヒ簤焊?9。該撐靴液壓缸38、39的本體通過支承銷40、41樞接在撐靴支座35、36上。在驅(qū)動桿的前端部，安裝著左右一對與隧道內(nèi)壁面壓接的圓弧形后撐靴42、43。
因此，驅(qū)動支承液壓缸34，將2個撐腳33伸長，使其前端部與隧道內(nèi)壁面接觸，就可以在隧道內(nèi)支承導(dǎo)筒31的后部。另外，驅(qū)動撐靴液壓缸38、39，使驅(qū)動桿伸長，使各后撐靴42、43與隧道內(nèi)壁面壓接，就可以由隧道內(nèi)壁支承可移動的導(dǎo)筒31。
連接桿44的一端連接在上述支承圓盤16上，后支護體32的后撐靴42、43與推進液壓缸45的本體連接，該連接桿44的另一端與推進液壓缸45的驅(qū)動桿前端通過連接銷46連接，并通過支承連桿47與導(dǎo)筒31連接。由該連接桿44和推進液壓缸45構(gòu)成的掘進機構(gòu)在本實施例中設(shè)有6個。因此，通過驅(qū)動該推進液壓缸45，可使鉆體11與后支護體32接近或離開，改變兩者的相對位置。
在刀盤26內(nèi)的中央部，配設(shè)著料斗48，通過托架49固定在支承圓盤16上。在導(dǎo)筒31內(nèi)，配設(shè)著用于將挖掘下的巖石運出去皮帶輸送機50，其一端部連接在料斗48的下部，另一端延伸至隧道后方。
在通過挖掘基巖而形成的隧道的下部依次地組裝成道床T，在該道床T上鋪設(shè)著軌道R，臺車C可在該軌道R上行走，新組裝成的道床T由該臺車C運入隧道內(nèi)。在導(dǎo)筒31的下面也固定著軌道51，沿該軌道51可移動地安裝著牽引鉤52，由臺車C運入的道床T借助該牽引鉤52而組裝到預(yù)定的位置。在鉆體11的下支護體15上，安裝著3個推壓液壓缸53，通過驅(qū)動(伸長)該推壓液壓缸53，可以無間隙地配置道床T。另外，對于重心在鉆體11前部的TBM，通過驅(qū)動(伸長)該推壓液壓缸53，可抑制鉆體11的傾斜。
在導(dǎo)筒31的中間部，設(shè)有TBM的操作室54，在其上部，沿著導(dǎo)筒31的長度方向設(shè)有作業(yè)臺55。在該作業(yè)臺55的前部，設(shè)有用于組裝環(huán)形梁B的環(huán)形梁安裝架56，并設(shè)有柱頂銷57。
下面，說明采用上述本實施例隧道鉆機的隧道挖掘方法。
先驅(qū)動撐靴液壓缸38、39，使驅(qū)動桿伸長，各后撐靴42、43壓接在隧道內(nèi)壁面上，將導(dǎo)筒31可移動地保持在隧道內(nèi)。另外，驅(qū)動支承液壓缸34，使2個撐腳33縮回，使其前端部離開隧道內(nèi)壁面，解除隧道內(nèi)壁對導(dǎo)筒31的支承。在此狀態(tài)下，驅(qū)動切刀驅(qū)動電機29，通過驅(qū)動齒輪30和齒圈28使刀盤26旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，同時，驅(qū)動(伸長)推進液壓缸45，把鉆體11和刀盤26向前方推進。這樣，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的刀盤26推壓在前方的基巖上，通過輥筒式切刀27進行挖掘。
當(dāng)鉆體11及刀盤26前進而形成隧道時，由臺車C運入的道床T通過牽引鉤52組裝在預(yù)定位置，驅(qū)動(伸長)推壓液壓缸53，無間隙地配設(shè)道床T。當(dāng)推進液壓缸45伸長到全沖程時，停止該推進液壓缸45的驅(qū)動。然后驅(qū)動支承液壓缸34，伸長2個撐腳33，將其前端部接觸隧道內(nèi)壁面，由隧道內(nèi)壁支承導(dǎo)筒31的后部。另一方面，驅(qū)動撐靴液壓缸38、39，使驅(qū)動桿縮回，將各后撐靴42、43從隧道內(nèi)壁面上離開，解除隧道內(nèi)壁對導(dǎo)筒31的保持。在此狀態(tài)下，驅(qū)動(縮回)推進液壓缸45，相對于鉆體11(刀盤26)拉近各后撐靴42、43，使其往前方移動。
然后，再驅(qū)動撐靴液壓缸38、39，使各后撐靴42、43壓接在隧道內(nèi)壁面上，可移動地保持著導(dǎo)筒31，并且，驅(qū)動支承液壓缸34，使2個撐腳33離開隧道內(nèi)壁面，解除對導(dǎo)筒31的支承。在此狀態(tài)下，與上述同樣地，驅(qū)動切刀驅(qū)動電機29，使刀盤26旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，同時，驅(qū)動推進液壓缸45，把刀盤推壓在前方的基巖上，通過輥筒式切刀27進行挖掘而形成隧道。
這樣地挖掘形成隧道時，有時因裝置的維修、更換切刀、故障等原因，要長時間地中斷挖掘，或因休息日要使TBM停止2～3天。因此，基巖有時會膨脹，用TBM挖掘的隧道的內(nèi)徑會變小，該膨張力作用在鉆體11的外周面，使TBM不能前進。這種情況下，通過縮小鉆體11的外徑，使鉆體11的外周面和隧道內(nèi)壁面互不干涉后再開始挖掘作業(yè)。
即，驅(qū)動各側(cè)支護體液壓缸18、19、20、21，縮回活塞桿，使側(cè)支護體13、14以其與下支護體15的連接部為支點向內(nèi)方轉(zhuǎn)動。另外，驅(qū)動頂支護體液壓缸25，縮回活塞桿，使頂支護體12的支護本體12a向內(nèi)方移動。這時，頂支護體12的各支護體連接部12b、12c一邊向內(nèi)方移動一邊向側(cè)支護體13、14側(cè)移動，以吸收(隨鉆體11外徑縮小而產(chǎn)生的)外周長的縮小。這樣，通過使頂支護體12及側(cè)支護體13、14向內(nèi)方移動，可縮小鉆體11的外徑。
通過使鉆體11的外徑縮小，當(dāng)鉆體11與隧道內(nèi)壁面無干擾時，如上所述，驅(qū)動切刀驅(qū)動電機29，使刀盤26旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，同時，驅(qū)動推進液壓缸45，使刀盤26推壓在前方的基巖上，由輥筒式切刀27進行挖掘。當(dāng)鉆體11前進到某程度時，驅(qū)動各支護體液壓缸18、19、20、21、25，分別伸長其活塞桿，使側(cè)支護體13、14及頂支護體12向外方移動，擴大鉆體11的外徑，回到原來的外徑。
反復(fù)上述作業(yè)，將隧道挖掘至所需長度。
在上述實施例中，是由沿周方向分割成4個的頂支護體12、側(cè)支護體13、14和下支護體15構(gòu)成鉆體11的，但該分割數(shù)不限于4個，也可以是2個，也可以是5個以上。另外，下支護體15也可以做成可移動的構(gòu)造。
根據(jù)以上所舉實施例例詳述的本發(fā)明的隧道挖掘機，由于前部安裝著可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動刀盤的筒狀鉆體11是由沿周方向分割的若干個支護體構(gòu)成，并且通過支護體移動機構(gòu)使這些支護體沿徑向移動而能擴大和縮小該鉆體的外徑，所以，當(dāng)長時間地停止使用隧道挖掘機、隧道內(nèi)徑因基巖的膨脹而變小時，通過支護體移動機構(gòu)使構(gòu)成鉆體的若干個支護體向該鉆體內(nèi)方向移動，使隧道內(nèi)壁面與鉆體外周面之間不發(fā)生干擾，可使鉆體前進，無需作業(yè)者用人工挖掘，減輕了作業(yè)者的負(fù)擔(dān)，也減少了挖掘的中斷時間，能提高挖掘作業(yè)的效率。
根據(jù)本發(fā)明的隧道挖掘方法，通過一邊驅(qū)動旋轉(zhuǎn)安裝在前部的刀盤，一邊使沿周方向分割的筒狀鉆體前進，可挖掘前方的基巖形成隧道，當(dāng)因所挖掘基巖的膨脹使形成在鉆體周邊的隧道外徑變小時，使筒狀鉆體的外徑縮小后再進行挖掘，所以，能減少挖掘的中斷時間，提高挖掘作業(yè)的效率。
權(quán)利要求
1.一種隧道挖掘機，其特征在于，具有由沿周方向分割成若干個的支護體構(gòu)成的筒狀鉆體；通過使上述若干個支護體沿鉆體的徑向移動而使鉆體的外徑擴大和縮小的支護體移動機構(gòu)；安裝在鉆體前部的可驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的刀盤；配設(shè)在鉆體后方的一對后部支護體；使該一對后部支護體壓接在已挖掘隧道內(nèi)壁面上的后部支護體壓接機構(gòu)；架設(shè)在鉆體與后部支護體之間的若干個推進機構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的隧道挖掘機，其特征在于，上述筒狀鉆體由位于上部的頂支護體、位于側(cè)部的一對側(cè)支護體、位于下部的下支護體這樣4個能各自獨立地在徑向移動的支護體連接而成，上述支護體移動機構(gòu)架設(shè)在上述各支護體與中心部的刀盤支架之間，備有使上述各支護體單獨地在徑向移動的液壓缸。
3.一種隧道挖掘方法，一邊使安裝在前部的刀盤驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，一邊使沿周方向分割成若干部分的筒狀鉆體前進，挖掘前方的基巖而形成隧道，其特征在于，當(dāng)因所挖掘的基巖膨脹而引起在鉆體周邊形成的隧道的內(nèi)徑變小時，縮小上述筒狀鉆體的外徑后再進行挖掘。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種隧道挖掘機和隧道挖掘方法，解決挖掘機因基巖膨脹而不能前進的問題。本發(fā)明的挖掘機的鉆體11的前部安裝著可驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的刀盤，該鉆體11由沿周方向分割成4個的頂支護體12、側(cè)支護體13、14和下支護體15構(gòu)成，并且，通過液壓缸18、19、25使頂支護體12及側(cè)支護體13、14在徑向移動，可使鉆體11的外徑擴縮。
文檔編號E21D9/06GK1140790SQ9611062
公開日1997年1月22日 申請日期1996年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月11日
發(fā)明者三浦正昭 申請人:三菱重工業(yè)株式會社