全断面暗井掘进机及其破碎装置

技术领域

本发明涉及地下工程非开挖施工设备领域，特别是涉及到了一种全断面暗井掘进机及其破碎装置。

背景技术

工程实际中往往会出现需要进行暗井施工的情况，例如在城市地下交通施工中，除了隧道主体施工外，还需要进行泵房的施工，以便于在雨季能够及时排除隧道内的积水，保证隧道安全。传统的泵房开挖方式多为矿山法开挖，施工过程中需通过冷冻法、地面加固等功法对开挖范围进行加固。如今随着全断面掘进设备的不断普及，采用全断面设备开挖隧道泵房，已经成为一种新的趋势。

例如申请人的公告号为CN111636885B，公告日为2022年7月1日的中国专利公开了一种顶管机及其主机可回收式施工方法，其中所述的顶管机包括了顶管机主机、和顶推系统，所述顶管机主机包括盾体、刀盘、主驱动等。盾体内设置有内套筒、主驱动及刀盘安装于内套筒，并且刀盘为可变径刀盘，内套筒与盾体之间可拆连接，刀盘的直径最小可小于盾体内孔的直径，在进行暗井施工过程中，当刀盘掘进至目标位置后，可通过使刀盘收缩以及相对于盾体拆卸内套筒，将能套筒、主驱动以及刀盘整体吊出暗井。

经使用，上述顶管机在暗井施工中取得了良好的效果，但是在复合地质条件下施工过程中,当遇到粒径较大的石块等异物时,异物容易堵塞排浆管道,导致施工无法连续进行,这在一定程度上给施工效率带来了不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于全断面暗井掘进机的破碎装置，以解决现有全断面暗井施工设备容易堵管的问题。同时,本发明的目的还在于提供使用了上述破碎装置的全断面暗井掘进机。

为了解决上述问题，本发明的用于全断面暗井掘进机的破碎装置采用以下技术方案：用于全断面暗井掘进机的破碎装置，包括固定体和转动装配在固定体上的刀盘，所述固定体上设有排浆口，所述刀盘的背面上固定设置有随动剪切体，所述固定体上设有固定剪切体，所述固定剪切体与随动剪切体形成剪切机构，所述剪切机构的剪切口位于所述排浆口上游。

有益效果：本发明为改进型发明创造。具体是在现有全断面暗井掘进机的刀盘与其所在的固定体上分别设置了随动剪切体和固定剪切体，随动剪切体与固定剪切体形成了剪切机构，并且剪切机构的剪切口位于排浆口上游。在使用的时候，通过刀盘上的进渣口进入至刀盘背部的渣石将会在剪切机构的作用下首先被破碎，而后再进入至排浆口处，从而可控制进入排浆口的渣石的粒径，解决现有全断面暗井施工设备容易堵管的问题。

更进一步地，所述刀盘的背面设有扭腿，所述随动剪切体包括所述扭腿。扭腿作为刀盘背部自带的结构，以扭腿作为随动剪切体，可不必再加装其它复杂的部件，从而可达到简化破碎装置结构的效果。

更进一步地，所述固定剪切体为倒锥形体，固定剪切体的外周面至少两处与刀盘轴线的距离不同。固定剪切体设为倒锥形结构，与扭腿之间的剪切口可形成前大后小的结构，因此不会影响刀盘渣浆的流动，当有较大颗粒的渣石时，其自然会被挤至后部被剪切机构破碎。

更进一步地，所述固定剪切体为具有多边形横截面的多边形体，所述多边形体至少有两个顶角距离刀盘轴线的距离不同。具有多边形横截面的多边形体将会有更加锋利的剪切刃，从而将会带来更好的剪切破碎效果。

更进一步地，所述多边形体为正多边形体，所述多边形体的中心偏离所述刀盘的轴线。横截面为正多边形的多边形体具有便于加工并且剪切点位多的优点。

更进一步地，所述倒锥形体上设置排渣孔而构成筛体结构。排渣孔限制进入排浆口中的渣石的粒径，将会使不符合粒径要求的渣石必经破碎后才向排浆口移动，从而可更好的达到防堵管效果。

更进一步地，所述刀盘的中心设置有破碎筒，所述倒锥形体的前端延伸至所述破碎筒中，所述破碎筒构成所述随动剪切体。破碎筒与倒锥形体的前端之间同样可以形成剪切机构，实现对渣石在相应位置处的破碎。

更进一步地，所述固定剪切体为具有多边形横截面的多边形体，所述多边形体至少有两个顶角距离刀盘轴线的距离不同。

更进一步地，所述多边形为正多边形，所述多边形体的中心偏离所述刀盘的轴线。

更进一步地，所述固定剪切体由设于所述固定体上的固定剪切板构成，所述固定剪切板从固定体的中部向外周处延伸，所述随动剪切体包括固定在刀盘上的随动剪切板。此种剪切结构类似于磨盘的工作原理，将会达到更充分破碎渣石的效果。

本发明的全断面暗井掘进机采用以下技术方案：

全断面暗井掘进机，该全断面暗井掘进机包括破碎装置，破碎装置包括固定体和转动装配在固定体上的刀盘，所述固定体上设有排浆口，所述刀盘的背面上固定设置有随动剪切体，所述固定体上设有固定剪切体，所述固定剪切体与随动剪切体形成剪切机构，所述剪切机构的剪切口位于所述排浆口上游。

有益效果：本发明为改进型发明创造。具体是在现有全断面暗井掘进机上设置了破碎装置，破碎装置的刀盘与其所在的固定体上分别设置了随动剪切体和固定剪切体，随动剪切体与固定剪切体形成了剪切机构，并且剪切机构的剪切口位于排浆口上游。在使用的时候，通过刀盘上的进渣口进入至刀盘背部的渣石将会在剪切机构的作用下首先被破碎，而后再进入至排浆口处，从而可控制进入排浆口的渣石的粒径，解决现有全断面暗井施工设备容易堵管的问题。

更进一步地，所述刀盘的背面设有扭腿，所述随动剪切体包括所述扭腿。扭腿作为刀盘背部自带的结构，以扭腿作为随动剪切体，可不必再加装其它复杂的部件，从而可达到简化破碎装置结构的效果。

更进一步地，所述固定剪切体为倒锥形体，固定剪切体的外周面至少两处与刀盘轴线的距离不同。固定剪切体设为倒锥形结构，与扭腿之间的剪切口可形成前大后小的结构，因此不会影响刀盘渣浆的流动，当有较大颗粒的渣石时，其自然会被挤至后部被剪切机构破碎。

更进一步地，所述固定剪切体为具有多边形横截面的多边形体，所述多边形体至少有两个顶角距离刀盘轴线的距离不同。具有多边形横截面的多边形体将会有更加锋利的剪切刃，从而将会带来更好的剪切破碎效果。

更进一步地，所述多边形体为正多边形体，所述多边形体的中心偏离所述刀盘的轴线。横截面为正多边形的多边形体具有便于加工并且剪切点位多的优点。

更进一步地，所述倒锥形体上设置排渣孔而构成筛体结构。排渣孔限制进入排浆口中的渣石的粒径，将会使不符合粒径要求的渣石必经破碎后才向排浆口移动，从而可更好的达到防堵管效果。

更进一步地，所述刀盘的中心设置有破碎筒，所述倒锥形体的前端延伸至所述破碎筒中，所述破碎筒构成所述随动剪切体。破碎筒与倒锥形体的前端之间同样可以形成剪切机构，实现对渣石在相应位置处的破碎。

更进一步地，所述固定剪切体为具有多边形横截面的多边形体，所述多边形体至少有两个顶角距离刀盘轴线的距离不同。

更进一步地，所述多边形为正多边形，所述多边形体的中心偏离所述刀盘的轴线。

更进一步地，所述固定剪切体由设于所述固定体上的固定剪切板构成，所述固定剪切板从固定体的中部向外周处延伸，所述随动剪切体包括固定在刀盘上的随动剪切板。此种剪切结构类似于磨盘的工作原理，将会达到更充分破碎渣石的效果。

附图说明

图1是本发明的用于全断面暗井掘进机的破碎装置的一种实施例的使用状态主视图，同时也是全断面暗井掘进机的一种实施例的主视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明的用于全断面暗井掘进机的破碎装置的另一种实施例的使用状态主视图，同时也是全断面暗井掘进机的另一种实施例的主视图；

图4是图3的A-A剖视图。

图中：101、刀盘；11、破碎筒；102、固定体；21、排浆管；103、渣石；104、扭腿；105、固定剪切体；51、排渣孔；201、固定剪切板；202、随动剪切板。

具体实施方式

为了防止隧道内积水，城市隧道均会设置泵房以用于排水。例如在城市轨道交通的隧道中，常常将泵房设在两主干线隧道之间的联络通道内，将泵房与联络通道集成，此即为集成式下沉泵房。近年来，随着全断面掘进设备的快速发展。采用全断面暗井掘进机以机械法开挖泵房的方式已经逐渐替代原有的矿山法开挖方式。例如申请的申请人在公告号为CN111636885B，公告日为2022年7月1日的中国专利中即提供了一种顶管机及其主机可回收式施工方法，该顶管机及施工方法便可用于泵房的施工。

经实践，机械法开挖泵房的方式与矿山法相比具有工艺简单、施工效率高等明显优势。但是在遇到一些复合条件地层时，其中往往存在一些粒径较大的石块等硬物。为了保证掘进过程中的排渣效率，刀盘101上所设的进渣口往往尺寸相对较大，这些粒径较大的硬物可顺利的通过刀盘上的进渣口而到达刀盘101背部，但是用于向外排浆的排浆管直径有限，因此粒径较大的渣石在到达排浆管的进口--盾体隔板上所设排浆管21的进口，及排浆口的时候，便会发生堵管，抑或是在排浆管中向外移动的过程中堵塞排浆管，而堵管问题将会大大影响施工效率。

申请人立足于实践中遇到的问题，通过不断总结和改进，得出了本发明的技术方案。本发明的破碎装置的核心构思是利用刀盘101与其所在的固定体102之间的相对旋转，设置剪切机构，在刀盘101掘进的同时，利用剪切机构对粒径较大的渣石103进行破碎，而后再使其进入到排浆管21，从而解决堵管问题。作为构成上述剪切机构的核心部件，刀盘101的背面设置了随动剪切体，在固定体102上设置了固定剪切体105。所谓随动剪切体，即可随着刀盘101的转动而同步绕刀盘旋转轴线活动的剪切体。固定体102是指用于安装刀盘101的部件，在实践中，其主要是指主驱动及其所在的隔板。固定剪切体105即相对于固定体102固定的剪切体，工作过程中，固定剪切体105不动，随动剪切体在刀盘101旋转的过程中周期性的与固定剪切体105相遇，从而达到剪切效果。通过剪切机构的工作过程可知，随动剪切体实际上构成了剪切机构的动刀，而固定剪切体105则构成了剪切机构的动刀。

在布置随动剪切体和固定剪切体105时，二者可以沿刀盘101径向相对的布置，也可以沿刀盘101轴向相对的布置，因为无论是沿刀盘径向相对的布置，还是沿刀盘轴向相对的布置，二者之间均能形成剪切口，当刀盘101相对于固定体转动时，二者均能相互配合形成剪切作用，均可以达到通过剪切破碎大粒径渣石的作用。特别是当随动剪切体与固定剪切体105之间沿刀盘轴向相对布置时，刀盘101形成了类似碾盘的结构，能够对大粒径渣石进行更加细化的粉碎。

破碎大粒径渣石的最终目的是为了避免排浆管堵管，因此剪切机构的剪切口被设在了固定体上所设的排浆管21的上游处，粒径较大的渣石只有在通过剪切机构破碎以后，才可以到达排浆管21处，从而能够确保进入排浆管21处的渣石的粒径符合要求，避免堵管的现象发生。

以下结合附图来详细说明本发明的破碎装置的实施例：

在一些实施例中，如图1-2所示，随动剪切体和固定剪切体105被沿刀盘101的径向布置。其中随动剪切体直接由刀盘背部的扭腿104构成，此处扭腿104倾斜布置，前端(连接于刀盘的一端)相对于后端与刀盘中心的距离更近。出于防止磨损考虑，可在扭腿上布置耐磨块等。固定体102是由全断面暗井掘进机的盾体上在刀盘背面所设的隔板构成。排浆管21设在固定体的中心位置处。固定剪切体105在一些时候采用了倒锥形体(前小后大)，其前端伸入至了刀盘101背面所设的破碎筒11中，由此使得固定剪切体105的前端外周与破碎筒11的内壁之间形成了一环形空间，该环形空间的不同位置处的宽度不一，同样可以起到剪切破碎渣石的作用，由于是固定在刀盘上，破碎筒11也构成了随动剪切体。固定剪切体105壁上设置了排渣孔51，排渣孔51离散分布在固定剪切体上，从而使得固定剪切体105形成了筛体，即筛网的结构，由此可以限制进入至排浆管21中的渣石的直径，防止其堵管。无法进入至环形空间中的大粒径渣石将会在浆液的推动作用下被送往剪切口，在随动剪切体与固定剪切体105的配合下被粉碎。

在图1-2所示的实施例中，固定剪切体105的横截面被设为了正多边形，其中心偏离刀盘101的转动轴线布置，由此使得各个不同的顶角位置处与随动剪切体104之间的距离均不相等，从而可实现对较大粒径的渣石的逐步多级破碎，达到较好的破碎效果。具体地，进入至刀盘101背面的大粒径渣石将会在扭腿的作用下随着刀盘移动，当移动至固定剪切体与扭腿之间距离较小的位置处时，将会被剪切破碎。

虽然在图1-2所示的实施例中，固定剪切体105被设为了横截面为正多边形的结构，但是所属领域的技术人员应当能够理解的是，为了达到同样的目的，固定剪切体105的横截面形状还可以为非正多边形，其还可以为普通的多边形。在一些情况下，将其横截面设为椭圆形或者其它的不规则形状，并保证其上有两处以上与刀盘的旋转轴线之间的距离不等也是可以的。

在图3-4所示的实施例中，随动剪切体和固定剪切体被沿刀盘的轴向布置。其中固定剪切体是由设于固定体上的固定剪切板201构成，固定剪切板201从固定体的中部向外周处延伸，在固定体上形成了辐射结构。随动剪切体包括固定在刀盘上的随动剪切板202。采用此种结构，从刀盘上的进渣口进入至刀盘背面的渣石将会在随动剪切体和固定剪切体的共同作用下被破碎，经破碎后向刀盘中心位置处流动，最终通过排浆管21排出。

本发明的全断面暗井掘进机的创新之处在于采用了本发明的破碎装置，其具体实施例可参照上述破碎装置的实施例，此处不予赘述。