專利名稱：盾構掘進式隧道鉆孔機的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有可完成平行聯結裝置的旋轉運動的平行聯結挖掘機的盾構掘進式隧道鉆孔機以及一種為在外部密封所述平行聯結挖掘機的至少一部分而設置的過量挖掘機(excess excavator)。
目前已有如在哈杰莫托(Hagimoto)等人的及已轉讓給現在受讓人的美國專利4,607,889中所揭示的那些具有平行聯結的挖掘機的盾構掘進式隧道鉆孔機，它們取代設有多個安裝有許多切削鉆頭的徑向延伸的刀具輻的盾構挖掘式隧道鉆孔挖掘機。
按照具有所述的這種平行聯結挖掘機的盾構掘進式隧道鉆孔機，就有可能提供比僅僅徑向延伸的刀具幅情形時更多變化的刀具輻操作方式，并且借助安裝在刀具輻上的切削鉆頭可達到的切削作用可以最終獲得顯著程度的改進。在所述這種盾構掘進式隧道鉆孔機中，一方面，除了具有平行聯結的挖掘機外還提供具有過量挖掘刀具的平行聯結挖掘機，但是為修正在盾構掘進式隧道鉆孔機的隧道挖鑿操作過程中發生的滾動量所完成的過量挖掘尤其是仍還未達到一個足夠令人滿意的水平，因而就要求提供一種可以實現有效的過量挖掘并以平穩方式完成位置控制以便實現經有效修正的滾動的盾構掘進式隧道鉆孔機。
因此，本發明的一個主要目的是提供一種這樣的盾構掘進式隧道鉆孔機，它可消除上述的問題并能夠以有效地實現過量控掘以便迅速修正滾動的平穩方式完成位置控制，此外并可以卓有成效地用于施工具有彎曲形狀的隧道。
按本發明，上述目的可用具有這樣結構的盾構掘進式隧道鉆孔機來實現，在這種鉆孔機中，具有由安裝著許多切削鉆頭的刀具輻組成的隧道面刀具的平行聯結挖掘機另設有過量挖掘刀具，這些過量挖掘刀具包括安裝有可在隧道面挖掘過程中完成過量挖掘的許多切削鉆頭的刀具輻，其特點是，所述的過量挖掘刀具分成多級，各級過量挖掘刀具互相分開地聯結于傳動裝置，所述傳動裝置與用于相互獨立地調節各級中的刀具過量挖掘速率的裝置相聯結。
在下面參照附圖中所示較佳實施例對本發明的詳細說明中可以更清楚看到本發明的其它目的和優點。
圖1是本發明的第一實施例的盾構挖掘式隧道鉆孔機的前(主)視圖；圖2是圖1的盾構挖掘式隧道鉆孔機的一主要部分放大的局部前視圖；圖3是本發明第二實施例的盾構挖掘式隧道鉆孔機的前視圖；圖4是圖3機器主要部分的放大的局部前視圖；圖5是圖3機器的另一主要部分的放大的局部剖視圖；圖6是用于圖3的機器的操作說明視圖；以及圖7是本發明第三實施例的質構掘進式隧道鉆孔機的前視圖。
盡管是參照在這些附圖中所示實施例對本發明進行了說明，但應意識到這并不是旨在將本發明僅僅限制在所示的這些實施例中，而是還應包括在所附權利要求書所限定范圍內的全部可能的替代、改進和等同的結構布置。
現請看圖1，圖中示出本發明的質構掘進式隧道鉆孔機的第一實施例，如圖所示，所述的盾構掘進式隧道鉆孔機包括一盾構筒體1，一平行聯結的挖掘機2、一泥土排放裝置11，以及相對于所述挖掘機2的旋轉軸線對稱地設置在平行聯結的挖掘機2的兩側上的兩組過量挖掘刀具12-14和15-17，以便在外面密封所述挖掘機2的至少一部分。在此實施例中，質構筒體1形成有基本上似方形橢圓或圓矩形的橫截面，其輪廓如同田徑運動場比賽跑道。平行聯結的挖掘機2由一運動轉子3、隧道面刀具4、安裝在所述刀具4上的許多切削鉆頭5、隨動轉子6a-6h，以及聯結在刀具4與各從動轉子6a-6h之間的支承軸7a-7d。
所述運動轉子3通過減速裝置聯結于安裝在盾構筒體1的內隔板上的一個最合適的旋轉驅動動力源。對于這些隔板、旋轉驅動動力源和減速裝置，由于可以采用任何已知的技術，因此它們在附圖中被省略。所述隧道面刀具4由形成有一個格柵結構的主部構成，該格柵結構含有在垂直方向上相互分開布置的多個水平刀具輻4a-4d、在水平方向上相互分開布置的多個垂直刀具輻4e-4g，以及以固定間距互相分開地設置在最高的水平刀具輻4a的上側上的多個上垂直刀具輻4h，和以固定間距互相分開地設在最下的水平刀具輻4d的下側上的多個下垂直刀具輻4i。在刀具裝置4設置的范圍內分別設有按場合需要可有一個或一個以上的泥漿狀材料噴口8和一泥漿壓力表10。此外，在刀具4的各刀具輻4a-4i的前側面上分別以最合適的間距設有許多切削鉆頭5。
所述的從動轉子6a-6h以兩組設置，兩組中的每一組包括4個轉子6a-6d和4個轉子6e-6h因而總數為8個，如從圖1前側所看到那樣，它們被設在平行聯結的挖掘機2的兩橫向側的垂直方向上，而各從動轉子6a-6d和6e-6h通過如一齒輪系(未圖示)那樣的動力傳送系統連接于運動轉子3并可互相同步地并以相同方向繞著作為旋轉中心的“O”點轉動。用于使被挖掘的地層與雙泥漿狀材料噴口8噴出泥漿狀材料混和的攪拌刀片9設置在全部或部分的從動轉子6a上。此外，支承軸7a-7d分別地安裝在相應的從動轉子6a，6d，6e和6h之一的一個偏心位置上。此處，各支承軸7a-7d為這樣構成以便可實現使平行聯結的挖掘機2作為一個整體與各支承軸7a-7d相互協同以平行聯結的可運轉狀態在盾構筒體1內旋轉的一個支點。
泥土排放裝置11設在盾構筒體1內以開啟盾構筒體的泥土進口，該泥土進口是在隧道面和設置挖掘機2的室中隔板之間的盾構掘進式隧道鉆孔機前端上形成的隧道面腔室內(未圖示)。此外，在平行聯結的挖掘機2的兩橫向側上的過量挖掘刀具12-14及15-17被設置分成如在圖1前側視圖上的多級。各刀具12-14及15-17包括兩側列的刀具輻18a-18c和18d-18f，在最上的側刀具輻18a和18d的頂上位置為向上刀具輻18g，在最下的側刀具輻18c和18f的下面位置上為向下刀具輻18h，許多安裝在垂直取向的刀具輻18a-18c和18d-18h以及上、下刀具輻18g和18h上的許多切削鉆頭19，和與一可分別互相獨立地控制的調節裝置(未圖示)聯結相對于各刀具輻18a-18c和18d-18f成對設置的傳動裝置20a-20c和20d-20f。使用這種布置結構，依靠各刀具12-14和15-17的過量挖掘可以通過各對傳動裝置20a-20c和20d-20f的展開和收縮獨立地被調節。
接著將說明如上所述那樣構成的第一實施例的盾構掘進式隧道鉆孔機的運行操作。在穿過地層的隧道挖鑿過程中，平行聯結的挖掘機2由運動轉子3的轉動輸出功率驅動，由此通過如齒輪系那樣的動力傳送系統使8個從動轉子6a-6d和6e-6h互相同步地并以相同方向旋轉。此時，由于安裝在從動轉子6a、6d和6e、6h的偏心位置上的支承軸7a-7d的干涉，刀具4的刀具輻4a-4f在保持平行聯結的結合狀態的同時按一預定方向完成平行聯結的旋轉并且通過安裝在刀具4上的許多切削鉆頭5將隧道面地層挖掘掉。與此同時，使在兩橫向側上的過量挖掘刀具12-14和15-17跟隨平行聯結的挖掘機2的運動而轉動，并且可以依靠多個切削鉆頭19響應于相對隧道面地層的任何要求實現過量挖掘。
在如上所述的隧道面地層被挖掘后，按場合要求泥漿狀材料從泥漿狀材料噴口8噴向被挖掘的地層，通過攪拌刀片9使被挖掘的地層與所述泥漿狀材料混和而使地層形成一定粘度以變成泥漿，這樣使盾構掘進式隧道鉆孔機的排出比較容易。此外，通過泥漿壓力表10可監控在盾構掘進式隧道鉆孔機前端的隧道面腔室內的泥漿壓力，并且被挖掘的地層的泥漿通過泥漿排出裝置11連續地排出，而使在隧道面腔室內泥漿壓力保持在可以阻止隧道工作倒塌的水平上。在對一預定區域挖掘隧道面地層之后，通用型和結合在盾構筒體1上的推進傳動裝置便展開一合適距離從而將盾構筒體1向前推進。
通過用被驅動向前推進的盾構掘進式隧道鉆孔機連續完成的前述操作，隧道被挖鑿出而隧道的周壁用任何已知的辦法予以掩蔽。
另一方面，如在隧道鉆孔操作過程中在盾構掘進式隧道鉆孔機上發生滾動的情況時，就要完成如下所述的那種盾構掘進式隧道鉆孔機的位置控制，而可以使滾動得到最佳的修正。即當滾動發生在相對隧道面的左向這種情況時，借助于圖2所示的成對的傳動裝置20d、20d及20c、20c使，例如，在上右側上的過量挖掘刀具15及在下左側上的過量挖掘刀具14的過量挖掘速率成為最大，而借助傳動裝置20e、20e及20f、20f使在中間右側上的過量挖掘刀具16及在下右側上的過量挖掘刀具15的過量挖掘速率逐步地漸漸減小，以及借助傳動裝置20b、20b及20a、20a使在中間左側上的過量挖掘刀具13的和在上左側上的過量挖掘刀具12的過量挖掘速率逐步地漸漸減小，以便在傳動裝置的調節裝置的控制下完成所述的過量挖掘。盾構掘進式隧道鉆孔機由此被控制向右側方向而向左面的滾動可以被修正。
相反，在當盾構掘進式隧道鉆孔機的滾動發生在相對隧道面的右方的情況時，借助于傳動裝置20a、20a及20f、20f使在上左側上的過量挖掘刀具12和在下右側上的過量挖掘刀具17的過量挖掘速率成為最大，而通過傳動裝置20b、20b及20c、20c使在中間左側上的過量挖掘刀具13及在下左側上的過量挖掘刀具14的過量挖掘速率逐步地漸漸減小，借助傳動裝置20e、20e及20d、20d使在中間右側上的過量挖掘刀具16和在上右側上的過量挖掘刀具15的過量挖掘速率逐步地漸漸減小，因而完成過量挖掘，由此盾構掘進式隧道鉆孔機的位置被控制向左方以便校正向右的滾動。
通過完成上述的操作，就可有效地實現隧道挖鑿，而即使在機器的滾動發生在左向或右向不論滾動范圍多大都能可靠地完成盾構掘進式隧道鉆孔機的位置控制，還應進一步認識到上面的用于位置控制的布置還可有效地應用于彎曲隧道的挖鑿。
在圖3至6中，示出本發明的盾構掘進式隧道鉆孔機的一第二實施例，其中與上述圖1實施例中相同的構成件都由同樣的標號表示。在此第二實施例中，在過量挖掘刀具12-17中相當于平行聯結的挖掘機2的角部刀具12、14、15和17的刀具輻18a、18c、18d和18f是以成L形的角度形狀形成。切削鉆頭19以最合適的間距分別安裝在這些刀具輻18a、18c、18d和18f的外表面，即刀具輻18a和18d的上側表面以及刀具輻18c和18f的側下表面上。
刀具4的上、下側水平刀具輻4a和4d分別設有一嚙合槽21而上刀具輻18a和18d以及下刀具輻18c和18f分別設有一個嚙合在上、下刀具輻4a和4d的槽21中的一個嚙合突起部22，以使上、下刀具輻4a和4d可以滑動地聯結于上、下刀具輻18a、18d以18c、18f。
盡管在此第二實施例中將嚙合槽21和嚙合突起部22分別制成一種鳩尾槽和鳩尾榫是比較理想的，但并不是始終要求都采用這種鳩毛榫結合形式而可以采用任何別的形狀。此外，還可以將嚙合槽21設在刀具輻18a、18d、18c和18f上并在刀具4的上、下刀具輻4a和4d的側面上形成嚙合突出部22。
在此第二實施例的盾構掘進式隧道鉆孔機中，如在盾構機器的隧道挖鑿操作過程中已發生滾動并針對所述滾動完成位置控制的情況下，則以下述方式被控制那樣操縱過量挖掘刀具。這里假如盾構掘進式隧道鉆孔機已具有相對隧道面的朝左方向上的滾動，則通過傳動裝置20c、20c及20d、20d使由角形刀具輻18c和安裝其上的切削鉆頭19組成的下左側刀具14及由角形刀具輻18d和安裝其上的切削鉆頭19組成的上右側刀具15的過量挖掘速率調節到最大，從而通過傳動裝置20b、20b；20a、20a；20e、20e及20f、20f使在中間左側和上左側上的刀具13和12及在中間右側和下右側上的刀具16和17調節成漸漸地逐步減小。
此時，借助安裝在上左側過量挖掘刀具14的刀具輻18c上的切削鉆頭19在被挖鑿隧道的下左側部分上，以及借助安裝在上右側過量挖掘刀具15的刀具輻18d上的切削鉆頭19在被鉆孔隧道的上右側部分上完成過量挖掘。最好是在圖6中的虛線所示輪廓范圍23內實現過量挖掘。因此，就這種盾構掘進式隧道鉆孔機而言可以可靠地完成前述的位置控制。
相反，當已使盾構掘進式隧道鉆孔機產生相對隧道面的向右滾動時，則借助傳動裝置20a、20a及20f、20f使由角形刀具輻18a和安裝其上的切削鉆頭19組成的上左側過量挖掘刀具12以及由角形刀具輻18f及安裝其上的切削鉆頭19組成的下右側過量挖掘刀具17的過量挖掘速率調節到最大，而通過傳動裝置20b、20b；20c、20c；20e、20e及20d、20d使中間及下左側過量挖掘刀具13和14及中間和上右側過量控掘刀具16和15這樣地調節以使它們的過量挖掘速率漸漸地逐步減小。
因而，通過安裝在上左側過量挖掘刀具12的刀具輻18a上的切削鉆頭19在被挖鑿隧道的上左側部分上以及通過安裝在下右側過量挖掘刀具17的刀具輻18f上的切削鉆頭9而在被挖鑿隧道的下右側部分上可以完成過量挖掘。
同樣，在上述的本第二實施例中，在向左和向右任一側滾動的情況下都可以使盾構掘進式隧道鉆孔機受到最合適的位置控制以糾正這種滾動。另外，采用這種位置控制的布置結構，還可使機器可以容易地完成彎曲隧道的挖鑿。
此外，在此第二實施例中，借助通過在刀具4的上左側和右側刀具輻4a和4d及上左側和右側過量挖掘刀具12和15之間的嚙合槽21和突出部22的滑動連接，以及借助在刀具4的下左側和右側刀具輻4c和4f及下左側和右側過量挖掘刀具14和17的刀具輻18c和18f之間的滑動連接，就可以以平穩的方式控制過量挖掘速率。在此第二實施例中的其它構成部分及其功能基本上與上述第一實施例中的相同。
此外，雖然在上述兩個實施例中是將左側及右側的過量挖掘刀具描述成在垂直方向上分為3級，但并不是要求以此來限制本發明，而是還可以是2級或4級或4級以上。
在圖7中，示出本發明的盾構掘進式隧道鉆孔機的一第三實施例。如圖所示，在此實施例中，凡是完成與圖1的上述實施例中的組成部分基本相同功能的組成部分都用同樣的標號但附加“A”來表示。在此第三實施例中，使平行聯結的挖掘機2A具有一六邊形輪廓，其中，周邊的刀具輻4Aa-4Af及內徑上的刀具輻4Ag-4AI分別設在六個角的相鄰兩角之間以及每個角部與中央部分之間，而用于切削隧道面地層的刀具4A設有這些刀具輻4Aa-4AI。在六角形形狀的各角上設有從動轉子6Aa-6Af，而與各角部結合的三個刀具輻相對于各支承軸7Aa-7Af樞轉。
圍繞刀具4A構成用于隧道面的過量挖掘刀具12A的刀具輻18Aa-18Ad分別設置成圓弧形，以便使整個輪廓形成一圓形形狀。在用于隧道面的刀具4A與過量挖掘刀具12A之間，傳動裝置20Aa-20Af設置成被定位在六角形形狀的角上，而滑動導軌24Aa-24Ad則設置在隧道面切削裝置4A的上、下刀具輻4Aa和4Ad的兩端與兩個過量挖掘刀具輻18Aa和18Ac之間。另外，許多切削鉆頭5A和19A安裝在各刀具輻4Aa-4AI及18Aa-18Ad上。
此外，用于切削隧道面的平行聯結挖掘機2A和過量挖掘刀具12A被容置在盾構筒體1A中如同整體一樣從筒體1A的中央向外在徑向上偏離。
在第三實施例的結構中，當運動轉子3A被驅動時，平行聯結挖掘機2A及過量挖掘刀具12A旋轉，而它們的轉動中心相繼地在盾構筒體1內偏離但仍保持平行聯結的連接結構，(雖然其平行聯結的運動形態略與第一和第二實施例的不同)以及通過安裝在刀具4A上的許多切削鉆頭5A將隧道面地層挖掘掉。當過量挖掘刀具12A的刀具輻18Aa-18Ad與用隧道面刀具4A挖掘隧道面地層同時地被驅動時，過量挖掘也同時完成。
如在鉆孔工作過程中盾構掘進式隧道鉆孔機發生向左滾動的情況時，過量挖掘便完成而使右側刀具輻18Ac的過量挖掘速率最大并且上下刀具輻18Ad和18Ab及左側刀具輻18Aa的過量挖掘速率逐步地漸漸減小從而可使向左滾動被校正。另一方面，當滾動向右發生時，使左側刀具輻18Aa的過量挖掘速率最大，而使在上、下刀具輻19Ad和18Ab及右側刀具輻18c上過量挖掘速率逐步地漸漸減小并且由此完成過量挖掘，以便能夠校正向右滾動。
此外，采用這種位置控制布置結構，可以按與上述第一和第二實施例的同樣方式容易地完成彎曲隧道的挖鑿。
在此第三實施例中的所有其它的組成部分及其功能基本上與在前述第一和第二實施例中的相同。
此外，雖然在第三實施例中是將過量挖掘刀具12A的圓弧形刀具輻描述成分為4段，但并不要求本發明限于這樣的布置結構，而是還可以采用3段或少于3段或5段或多于5段的布置結構。
權利要求
1.一種具有一平行聯結的挖掘機的盾構掘進式隧道鉆孔機，它包括多個由刀具輻組成的隧道面刀具、多個被分成多級和由刀具輻組成的過量挖掘刀具、多個安裝在相互分開的隧道面刀具和過量挖掘刀具的各刀具輻上的切削鉆頭、多個分別與各級的過量挖掘刀具相聯結用于使刀具移向或移離過量挖掘位置的傳動裝置，以及聯結于各傳動裝置用于互相獨立地調節在各級上的過量挖掘刀具的過量挖掘速率的裝置。
2.如權利要求1所述的機器，其特征在于，所述過量挖掘刀具為對稱地設置在所述平行聯結挖掘機的兩側。
3.如權利要求2所述的機器，其特征在于，所述過量挖掘刀具的刀具輻為圍繞平行聯結挖掘機設置，所述刀具輻中被設置在挖掘機的角部分上的角刀具輻構成角形形狀。
4.如權利要求3所述的機器，其特征在于，所述過量挖掘刀具的刀具輻中的成角形的、在角上的刀具輻與所述隧道面刀具的刀具輻中的、在相應角上的刀具輻滑動地相嚙合。
全文摘要
一種具有平行聯結的挖掘機的盾構掘進式隧道鉆孔機包括與所述挖掘機結合的分成多級的過量挖掘刀具，各級的過量挖掘刀具與在被相互獨立地控制時可分別驅動的、各自的傳動裝置相聯結，用于使機器的位置被有效地控制以便可以迅速地校正任何滾動。
文檔編號E21D9/06GK1131720SQ9512060
公開日1996年9月25日 申請日期1995年11月22日 優先權日1994年11月22日
發明者加島豐, 近藤紀夫, 井上正巳 申請人:大豐建設株式會社