本發(fā)明涉及豎井施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)及其施工方法。

背景技術(shù)：

豎井又稱立井，是地下礦藏開采、大長隧道通風(fēng)及其他地下工程的主要通道，在地下工程中擁有無可替代的地位。

現(xiàn)有的豎井施工主要有鉆爆法和鉆井法，具體是：

第一種、鉆爆法：該法主要施工設(shè)備有傘鉆/小型挖掘機(jī)、抓巖機(jī)、吊泵、井架、提升絞車、穩(wěn)車、吊桶等，其主要工序包括鑿巖、裝巖、提升、排水、通風(fēng)、模板襯砌等，豎井施工需要設(shè)置封口盤、固定盤、吊盤、穩(wěn)繩盤等結(jié)構(gòu)物，主要應(yīng)用于少水或經(jīng)過地質(zhì)處理后的地層。

第二種、鉆機(jī)法：該法主要施工設(shè)備有鉆機(jī)設(shè)備、龍門吊等，主要工序是鉆井、擴(kuò)井、氣舉排渣、襯砌下沉等，其主要應(yīng)用在富水且軟弱地層。

目前兩種施工方法均應(yīng)用于直徑小于12m的豎井開挖，現(xiàn)有的豎井開挖直徑一般在6-12m，現(xiàn)有的掘進(jìn)設(shè)備主要包括以下幾個方面：

1、豎井掘進(jìn)，通過傘鉆（挖機(jī)）或鉆頭行豎井施工，非全斷面順序施工方式。

2、現(xiàn)有的豎井出渣有兩種方式，一種是吊桶出渣，另一種是泥漿管路出渣。

3、吊裝系統(tǒng)，現(xiàn)有的吊裝采用垂直吊裝方式，鋼絞線與提升千斤頂?shù)睦碚撦S線平行（允許偏差不超過5°），防止鋼絞線松脫，保障施工的安全性能。

現(xiàn)有豎井掘進(jìn)設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)超大直徑豎井（直徑大于等于16m）施工，原因如下：

1、動力問題：針對超大直徑豎井施工，基于現(xiàn)有的設(shè)備結(jié)構(gòu)，需要刀盤驅(qū)動動力滿足不了要求，無法進(jìn)行掘進(jìn)施工。

2、出渣問題：針對超大直徑豎井施工，出渣方量大，現(xiàn)有的吊桶出渣方式運(yùn)輸渣土速度慢，滿足不了出渣需求；現(xiàn)有的泥漿管路出渣受管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，對渣土要求高，滿足不了超大直徑豎井渣土成分復(fù)雜及出渣方量大的需求。

3、開挖面穩(wěn)定性問題：鉆爆法施工，開挖面非全斷面，與外界聯(lián)通，開挖面及護(hù)壁無法保壓，施工效率低且安全性差；鉆機(jī)法施工，大斷面豎井需多次擴(kuò)挖，開挖面及護(hù)壁無法保壓，豎井垂直度控制差，基巖地層綜合掘進(jìn)效率低。

4、吊裝問題：現(xiàn)有設(shè)備采用垂直吊裝方式，承載鋼結(jié)構(gòu)為懸臂梁受力模式，承載鋼結(jié)構(gòu)的重量大，成本高；吊裝設(shè)備等占用空間大，需要額外擴(kuò)充豎井的開挖直徑，且需要額外增加地面鎖口基礎(chǔ)建造強(qiáng)度，進(jìn)一步增大施工難度。

因此，設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)超大直徑豎井全斷面施工的設(shè)備及施工方法具有重大的實(shí)用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種豎井掘進(jìn)機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)超大直徑豎井（直徑大于等于16m）全斷面掘進(jìn)施工，具體技術(shù)方案如下：

一種超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，包括開挖系統(tǒng)、盾體、主驅(qū)動系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)以及吊裝系統(tǒng)；吊裝系統(tǒng)設(shè)置在地面鎖口基礎(chǔ)上；盾體通過吊裝系統(tǒng)連接，通過吊裝系統(tǒng)把井下主機(jī)（含開挖系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)、盾體等）懸吊在豎井內(nèi)便于豎井挖掘施工；

開挖系統(tǒng)包括先導(dǎo)掘進(jìn)裝置以及刀盤組件，刀盤組件通過主驅(qū)動系統(tǒng)與盾體相連實(shí)現(xiàn)豎井開挖；出渣系統(tǒng)用于輸送開挖系統(tǒng)開挖下來的巖渣；刀盤組件包括由豎井的中心軸線至豎井側(cè)壁方向并列設(shè)置的至少一級刀盤（優(yōu)選兩級及以上的刀盤設(shè)置），刀盤組件的中間部位設(shè)有安裝先導(dǎo)掘進(jìn)裝置的安裝孔；先導(dǎo)掘進(jìn)裝置包括先導(dǎo)刀盤、先導(dǎo)盾體、先導(dǎo)驅(qū)動以及先導(dǎo)出渣系統(tǒng)，先導(dǎo)刀盤通過先導(dǎo)驅(qū)動與先導(dǎo)盾體相連實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)孔的開挖，先導(dǎo)盾體通過連接調(diào)整裝置與盾體相連接，先導(dǎo)出渣系統(tǒng)用于輸送先導(dǎo)刀盤開挖下來的巖渣；

吊裝系統(tǒng)包括吊裝組件，吊裝組件包括提升裝置以及牽引件，提升裝置通過牽引件與盾體連接，且牽引件與盾體成斜拉式連接。

本發(fā)明采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)的開挖系統(tǒng)和出渣系統(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中動力不足及出渣困難的問題，有效確保超大直徑豎井（直徑大于等于16m）全斷面掘進(jìn)的順利施工，具體是：采用先導(dǎo)掘進(jìn)裝置和刀盤組件（尤其是多級刀盤）的組合，能夠降低設(shè)備對動力的要求，結(jié)合出渣系統(tǒng)用于輸送開挖系統(tǒng)開挖下來的巖渣，從而確保能夠?qū)崿F(xiàn)豎井的開挖。牽引件與盾體成斜拉式連接，具有的效果主要有：①、拓寬掘進(jìn)機(jī)的適用范圍，針對不同直徑的豎井，采用調(diào)節(jié)牽引件的出線方向的手段解決，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的重復(fù)使用，大大降低設(shè)備成本；②、采用斜拉式結(jié)構(gòu)，使地面承載鋼結(jié)構(gòu)懸臂受力變?yōu)榱诵崩休d受力，大大提高了地面承載鋼結(jié)構(gòu)的安全性；③、由于改變了地面承載鋼結(jié)構(gòu)的受力模式，相應(yīng)的承載鋼結(jié)構(gòu)可輕量化設(shè)計(jì)（減重35%）；④、可將安裝在盾體外側(cè)上的構(gòu)件夾持器采用窄邊設(shè)計(jì)，沒有額外增加開挖直徑。

本發(fā)明中牽引件的一端通過斜拉導(dǎo)向裝置與盾體成斜拉式連接；所述斜拉導(dǎo)向裝置包括斜拉限位座、斜拉承載組件、斜拉限位組件以及調(diào)節(jié)件，所述斜拉限位座設(shè)置在位于牽引件上的承載結(jié)構(gòu)上，所述斜拉承載組件設(shè)置在斜拉限位座上，斜拉限位組件通過調(diào)節(jié)件活動設(shè)置在斜拉限位座上，通過調(diào)節(jié)件能調(diào)節(jié)斜拉限位組件和斜拉承載組件之間的位置來調(diào)節(jié)牽引件的出線傾角實(shí)現(xiàn)斜拉的角度調(diào)節(jié)。斜拉導(dǎo)向裝置采用斜拉限位座、斜拉承載組件、斜拉限位組件以及調(diào)節(jié)件的組合，通過四者的組合，能夠高效、精準(zhǔn)地調(diào)整牽引件的出線角度，實(shí)用性強(qiáng)。

本發(fā)明中所述斜拉承載組件和斜拉限位組件均包含軸承以及活動設(shè)置在軸承上的輥軸，所述軸承設(shè)置在斜拉限位座上；所述輥軸上設(shè)有與牽引件相匹配的限位槽或?qū)虿?；所述調(diào)節(jié)件包括調(diào)節(jié)螺栓。部件結(jié)構(gòu)精簡，且能很好地實(shí)現(xiàn)牽引件出線角度的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明中沿牽引件的出線方向，并列設(shè)置至少兩組斜拉承載組件，多組斜拉承載組件中的輥軸的中心點(diǎn)的連線位于同一豎直面內(nèi)的弧線上。能有效防止?fàn)恳谑褂眠^程中發(fā)生偏移等情況，提高使用安全性能。

本發(fā)明中盾體通過均布的至少兩組吊裝組件活動設(shè)置在地面鎖口基礎(chǔ)上；斜拉導(dǎo)向裝置與吊裝組件中的提升裝置一一對應(yīng)設(shè)置。吊裝系統(tǒng)均布，受力分布均勻，穩(wěn)定性好。

本發(fā)明中所述出渣系統(tǒng)包括吊桶組件以及自動排渣系統(tǒng)；所述吊桶組件包括動力機(jī)構(gòu)、吊桶以及擋渣機(jī)構(gòu)，吊桶通過動力機(jī)構(gòu)活動設(shè)置在先導(dǎo)盾體頂部，擋渣機(jī)構(gòu)設(shè)置在先導(dǎo)盾體尾部，在吊桶吊出時用于阻擋刀盤開挖的巖渣下落至先導(dǎo)孔內(nèi)；所述吊桶上設(shè)有出料口，出料口處設(shè)有閘門；出料口與自動排渣系統(tǒng)相對應(yīng)設(shè)置用于吊桶內(nèi)的渣土轉(zhuǎn)移至自動排渣系統(tǒng)中通過自動排渣系統(tǒng)將渣土輸送至豎井外。采用吊桶出渣和自動排渣系統(tǒng)組合的方式，一方面降低發(fā)生出渣堵塞等的概率，另一方面能夠滿足大方量及復(fù)雜成分渣土出渣的需求。

本發(fā)明中吊桶組件還包括稱重裝置以及位置傳感器；稱重裝置設(shè)置在先導(dǎo)盾體上用于稱量吊桶或吊桶及其內(nèi)部渣土的重量；位置傳感器設(shè)置在吊桶或動力機(jī)構(gòu)或自動排渣系統(tǒng)上，用于檢測吊桶與自動排渣系統(tǒng)的相對位置；位置傳感器以及閘門均與控制器連接。

本發(fā)明中還包括環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)，環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)包括管片吊機(jī)和喂片機(jī)，喂片機(jī)用于將管片從豎井外部運(yùn)送至管片吊機(jī)吊運(yùn)點(diǎn)，管片吊機(jī)用于將管片由吊運(yùn)點(diǎn)運(yùn)送至安裝位置進(jìn)行拼裝。

本發(fā)明中還包括控制系統(tǒng)，所述開挖系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)以及環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)均與所述控制系統(tǒng)連接。

本發(fā)明還公開一種超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)的施工方法，采用上述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其施工方法包括以下步驟：

準(zhǔn)備步驟，將開挖系統(tǒng)、盾體、主驅(qū)動系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組裝完成；

先導(dǎo)孔施工，具體是：通過先導(dǎo)掘進(jìn)裝置中的先導(dǎo)驅(qū)動帶動先導(dǎo)刀盤動作實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)孔的開挖至先導(dǎo)孔開挖完成；先導(dǎo)孔的開挖過程中，通過先導(dǎo)出渣系統(tǒng)輸送先導(dǎo)刀盤開挖的渣土；

豎井掘進(jìn)施工，具體是：調(diào)節(jié)吊裝系統(tǒng)，使得盾體處于合適位置；主驅(qū)動系統(tǒng)帶動刀盤組件中的刀盤依次動作實(shí)現(xiàn)多級開挖至豎井開挖完成；開挖過程中出渣系統(tǒng)中的吊桶組件動作，吊桶收集刀盤開挖的渣土并輸送至出渣系統(tǒng)中自動排渣系統(tǒng)的初始位置，打開吊桶上出料口的閘門，渣土轉(zhuǎn)移至自動排渣系統(tǒng)中，繼而通過自動排渣系統(tǒng)將渣土輸送至豎井外；

管片吊裝，具體是：先通過管片吊裝系統(tǒng)中的喂片機(jī)將管片從豎井外部運(yùn)送至管片吊機(jī)吊運(yùn)點(diǎn)，再通過管片吊裝系統(tǒng)中的管片吊機(jī)將管片由吊運(yùn)點(diǎn)運(yùn)送至安裝位置進(jìn)行拼裝至管片拼裝完成，并通過吊裝系統(tǒng)隨著開挖進(jìn)程同步下沉。

基于本發(fā)明所公開的豎井掘進(jìn)機(jī)，高效實(shí)現(xiàn)超大直徑豎井（直徑大于等于16m）全斷面掘進(jìn)施工，利于工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)整機(jī)裝配完成時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的整機(jī)掘進(jìn)一段距離后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中出渣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1中吊裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中吊裝系統(tǒng)的局部放大圖；

其中：1-開挖系統(tǒng)，1.1-先導(dǎo)掘進(jìn)裝置，1.11-先導(dǎo)刀盤，1.12-先導(dǎo)盾體；1.2-刀盤組件，1.21-刀盤，1.22-安裝孔；2-盾體；3-主驅(qū)動系統(tǒng)；4-出渣系統(tǒng)，4.1-動力機(jī)構(gòu)，4.2-吊桶，4.3-擋渣機(jī)構(gòu)，4.4-自動排渣系統(tǒng)；5-吊裝系統(tǒng)，5.1-提升裝置，5.2-牽引件，5.3-斜拉導(dǎo)向裝置，5.31-斜拉限位座，5.32-斜拉承載組件，5.33-斜拉限位組件，5.34-調(diào)節(jié)件，5.35-承載鋼結(jié)構(gòu)，5.36-鋼絞線盤；6-輔助支撐組件；7-豎井鎖口基礎(chǔ)；8-支撐構(gòu)件，8.1-環(huán)梁，8.2-門架。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

實(shí)施例：

一種超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，詳見圖1-圖5，具體包括開挖系統(tǒng)1、盾體2、主驅(qū)動系統(tǒng)3、出渣系統(tǒng)4、吊裝系統(tǒng)5、環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)、液壓流體系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及位姿測量與導(dǎo)向系統(tǒng)，其中液壓流體系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及位姿測量與導(dǎo)向系統(tǒng)為超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)功能性部件系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)可參照現(xiàn)有技術(shù)，其中液壓流體系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)為掘進(jìn)機(jī)控制功能的執(zhí)行載體。

本實(shí)施例中，施工處設(shè)有豎井鎖口基礎(chǔ)7，豎井鎖口基礎(chǔ)7上設(shè)有支撐構(gòu)件8，此處優(yōu)選支撐構(gòu)件8包括環(huán)梁8.1和門架8.2，環(huán)梁安裝在豎井鎖口基礎(chǔ)上，門架安裝在環(huán)梁上。

本實(shí)施例中開挖系統(tǒng)1包括先導(dǎo)掘進(jìn)裝置1.1以及刀盤組件1.2。刀盤組件通過主驅(qū)動系統(tǒng)與盾體相連實(shí)現(xiàn)豎井開挖，盾體通過吊裝系統(tǒng)連接將井下主機(jī)（包含主驅(qū)動系統(tǒng)、盾體、開挖系統(tǒng)等）懸吊在豎井內(nèi)；出渣系統(tǒng)用于輸送刀盤組件開挖的渣土。本實(shí)施例中在盾體外邊緣有導(dǎo)向輪，屬于導(dǎo)向系統(tǒng)組成部件，其功能為控制盾體與豎井的井壁之間的間隙。

此處，刀盤組件1.2為多級的刀盤1.21，可進(jìn)行多級開挖，即刀盤組件包括由豎井的中心軸線至豎井側(cè)壁方向并列設(shè)置的至少兩級刀盤，刀盤組件的中間部位設(shè)有安裝先導(dǎo)掘進(jìn)裝置的安裝孔1.22。需要說明的是，刀盤組件分級形式不限于2級、3級或者更高。

先導(dǎo)掘進(jìn)裝置1.1如圖1-2所示，包含先導(dǎo)刀盤1.11、先導(dǎo)盾體1.12、先導(dǎo)驅(qū)動（未圖示）以及先導(dǎo)出渣系統(tǒng)（未圖示），先導(dǎo)刀盤通過先導(dǎo)驅(qū)動與先導(dǎo)盾體相連實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)孔的開挖，先導(dǎo)盾體設(shè)置在所述安裝孔1.22處，先導(dǎo)出渣系統(tǒng)用于輸送先導(dǎo)刀盤開挖的渣土。先導(dǎo)盾體通過連接調(diào)整裝置（如撐靴）與盾體相連接，其主體結(jié)構(gòu)可沿軸向方向向前運(yùn)動，進(jìn)行先導(dǎo)孔開挖，先導(dǎo)掘進(jìn)裝置可與刀盤組件中刀盤同步開挖施工，不會相互干擾。先導(dǎo)刀盤開挖渣土通過先導(dǎo)出渣系統(tǒng)運(yùn)輸至外部泥水分離站進(jìn)行分離處理。此處的先導(dǎo)出渣系統(tǒng)可以采用吊桶出渣方式，也可以采用泥漿管路出渣方式，參照現(xiàn)有技術(shù)。

本實(shí)施例中盾體2為鋼制結(jié)構(gòu)，位于刀盤上部，用于承載管片，并作為主驅(qū)動與刀盤的連接結(jié)構(gòu)。吊裝系統(tǒng)包括吊裝組件，吊裝組件包括提升裝置5.1（此處示意液壓提升裝置）和牽引件5.2（如鋼絲繩或鋼絞線），通過吊裝組件對盾體進(jìn)行吊載，用于平衡自重、調(diào)節(jié)掘進(jìn)方向、控制掘進(jìn)深度等。主驅(qū)動系統(tǒng)安裝于盾體中心位置，主驅(qū)動前端軸承與刀盤連接，主驅(qū)動系統(tǒng)用于為開挖系統(tǒng)提供回轉(zhuǎn)動力。需要說明的是，提升裝置數(shù)量根據(jù)開挖直徑、開挖深度和管片類型具體決定，不限具體數(shù)量及布置方式。此處優(yōu)選：提升裝置包括為牽引件的牽引提供動力的動力件，牽引件的一端與動力件連接，牽引件的另一端與盾體成斜拉式連接；牽引件的另一端通過斜拉導(dǎo)向裝置5.3與盾體成斜拉式連接；所述斜拉導(dǎo)向裝置5.3包括斜拉限位座5.31、斜拉承載組件5.32、斜拉限位組件5.33以及調(diào)節(jié)件5.34，詳見圖4-5，所述斜拉限位座設(shè)置在位于牽引件上的承載結(jié)構(gòu)（此處為承載鋼結(jié)構(gòu)5.35）上，所述斜拉承載組件設(shè)置在斜拉限位座上，斜拉限位組件通過調(diào)節(jié)件活動設(shè)置在斜拉限位座上，通過調(diào)節(jié)件能調(diào)節(jié)斜拉限位組件和斜拉承載組件之間的位置來調(diào)節(jié)牽引件的出線傾角實(shí)現(xiàn)斜拉的角度調(diào)節(jié)；沿牽引件的出線方向，并列設(shè)置至少兩組斜拉承載組件（圖5中使用了三組），多組斜拉承載組件中的輥軸的中心連線位于同一豎直面內(nèi)的弧線上。盾體通過均布的至少兩組吊裝系統(tǒng)活動設(shè)置在位于豎井位置的門架裝置上；斜拉導(dǎo)向裝置與提升裝置一一對應(yīng)設(shè)置。牽引件的固定端纏繞在鋼絞線盤5.36上便于為實(shí)現(xiàn)牽引而提供足夠長度的牽引件，鋼絞線盤5.36通過輔助支撐組件6設(shè)置在環(huán)梁上。

本實(shí)施例中出渣系統(tǒng)4如圖3所示，主要包括吊桶組件和自動排渣系統(tǒng)4.4，所述吊桶組件包括動力機(jī)構(gòu)4.1、吊桶4.2以及擋渣機(jī)構(gòu)4.3，吊桶通過動力機(jī)構(gòu)活動設(shè)置在先導(dǎo)盾體的頂部；擋渣機(jī)構(gòu)設(shè)置在先導(dǎo)盾體的尾部，在吊桶吊出時擋渣機(jī)構(gòu)用于阻擋刀盤開挖的巖渣下落至先導(dǎo)孔內(nèi)；所述吊桶上設(shè)有出料口，出料口處設(shè)有閘門；出料口與自動排渣系統(tǒng)相對應(yīng)設(shè)置，閘門的設(shè)置便于將吊桶內(nèi)的渣土轉(zhuǎn)移至自動排渣系統(tǒng)中，自動排渣系統(tǒng)用于將渣土輸送至豎井外。吊桶收集滿渣土之后，由動力機(jī)構(gòu)吊運(yùn)至自動排渣系統(tǒng)，吊桶上的閘門打開，渣土經(jīng)出料口由自動排渣系統(tǒng)運(yùn)輸至井外進(jìn)行處理，自動排渣系統(tǒng)具備刮渣、集渣、運(yùn)渣、卸渣等功能。吊桶下方的閘門可通過電信號控制閘門開啟，無需傾倒即可進(jìn)行卸渣，避免吊桶因傾倒所發(fā)生的滑落等情況，提高出渣效率及施工安全性能。需要說明的是，吊桶可以采用多組輪換方式，數(shù)量根據(jù)出渣方量可設(shè)置多個。除此之外，吊桶組件還包括稱重裝置以及位置傳感器；稱重裝置設(shè)置在吊桶上用于稱量吊桶或吊桶及其內(nèi)部渣土的重量，實(shí)時掌控設(shè)備的情況（如是否超重、是否發(fā)生吊桶內(nèi)沉積渣垢等）；位置傳感器設(shè)置在吊桶或動力機(jī)構(gòu)或自動排渣系統(tǒng)上，用于檢測吊桶與自動排渣系統(tǒng)的相對位置；位置傳感器以及閘門均與控制器連接。控制器、閘門、位置傳感器的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化卸渣，大大提高施工效率。

本實(shí)施例中環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)包括管片吊機(jī)和喂片機(jī)，管片首先由喂片機(jī)從外部運(yùn)送至管片吊機(jī)吊運(yùn)點(diǎn)，再由管片吊機(jī)運(yùn)至預(yù)定安裝位置進(jìn)行拼裝。此處管片吊機(jī)和喂片機(jī)的設(shè)置位置不做限定，可參照現(xiàn)有技術(shù)。

本實(shí)施例中：提升裝置安裝在環(huán)梁上，環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)及出渣系統(tǒng)安裝在門架上。

本實(shí)施例中其他未說明的部件及連接關(guān)系，可參照現(xiàn)有豎井掘進(jìn)機(jī)的構(gòu)造。

應(yīng)用本實(shí)施例的掘進(jìn)機(jī)，其施工方法如下：

準(zhǔn)備步驟，將開挖系統(tǒng)、盾體、主驅(qū)動系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)、環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組裝完成；

先導(dǎo)孔施工，具體是：通過先導(dǎo)掘進(jìn)裝置中的先導(dǎo)驅(qū)動帶動先導(dǎo)刀盤動作實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)孔的開挖至先導(dǎo)孔開挖完成；先導(dǎo)孔的開挖過程中，通過先導(dǎo)出渣系統(tǒng)輸送先導(dǎo)刀盤開挖的渣土；

豎井掘進(jìn)施工，具體是：調(diào)節(jié)吊裝系統(tǒng)，使得盾體處于合適位置；主驅(qū)動系統(tǒng)帶動刀盤組件中的刀盤（此處優(yōu)選為多級刀盤）依次動作實(shí)現(xiàn)多級開挖至豎井開挖完成；開挖過程中出渣系統(tǒng)中的吊桶組件動作，吊桶收集刀盤開挖的渣土并輸送至出渣系統(tǒng)中自動排渣系統(tǒng)的初始位置，打開吊桶上出料口的閘門，渣土轉(zhuǎn)移至自動排渣系統(tǒng)中，繼而通過自動排渣系統(tǒng)將渣土輸送至豎井外；

管片拼裝，具體是：先通過環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)中的喂片機(jī)將管片從豎井外部運(yùn)送至管片吊機(jī)吊運(yùn)點(diǎn)，再通過環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)中的管片吊機(jī)將管片由吊運(yùn)點(diǎn)運(yùn)送至安裝位置進(jìn)行拼裝至管片拼裝完成。

應(yīng)用本實(shí)施例的掘進(jìn)機(jī)，具體效果是：

1、首次在全斷面豎井掘進(jìn)機(jī)上集成了先導(dǎo)掘進(jìn)裝置，解決了超大斷面豎井掘進(jìn)集渣困難的問題，為超大斷面豎井的全斷面機(jī)械化開挖創(chuàng)造了條件。

2、自卸式吊桶的應(yīng)用解決了超大直徑豎井全斷面施工出渣能力不足的問題。常規(guī)豎井掘進(jìn)機(jī)采用泥漿環(huán)流系統(tǒng)進(jìn)行出渣，但是超大直徑豎井全斷面開挖面積大，單一時間出渣方量高，泥漿環(huán)流系統(tǒng)難以滿足需求，采用多組自卸式吊桶進(jìn)行快速輪換結(jié)合自動排渣系統(tǒng)，出渣效率顯著提高。

3、采用多級刀盤，有效解決了超大斷面開挖刀盤驅(qū)動能力不足的問題（刀盤與開挖面接觸面積越大，阻力越大，現(xiàn)有主驅(qū)動無法滿足驅(qū)動力要求，因此采用多級刀盤分次開挖，來減小同一時間內(nèi)刀盤和開挖面的接觸面積）多級刀盤開挖工法：s以外、中、內(nèi)3級刀盤為例，首先將內(nèi)圈刀盤放下，中圈和外圈刀盤提起，二者高度相差為d，此時內(nèi)圈刀盤接觸開挖面，中圈和外圈刀盤懸空，轉(zhuǎn)動刀盤，進(jìn)行內(nèi)圈開挖，掘進(jìn)深度到達(dá)d以后，中圈和外圈刀盤接觸開挖面；此時回縮內(nèi)圈和外圈刀盤距離d，使之懸空，僅中圈刀盤與開挖面接觸，轉(zhuǎn)動刀盤，進(jìn)行中圈開挖，掘進(jìn)深度到達(dá)d以后，內(nèi)圈和外圈與開挖面接觸；此時回縮內(nèi)圈和中圈距離d，使之懸空，僅外圈刀盤與開挖面接觸，轉(zhuǎn)動刀盤，進(jìn)行外圈開挖，掘進(jìn)深度到達(dá)d以后，內(nèi)圈和中圈與開挖面接觸，至完成一個循環(huán)。

4、本發(fā)明采用斜拉式承力方式，與現(xiàn)有技術(shù)相比，效果有：①提高了地面承載鋼結(jié)構(gòu)的安全性，使地面承載鋼結(jié)構(gòu)懸臂受力變?yōu)榱诵崩休d受力；②由于改變了地面承載鋼結(jié)構(gòu)的受力模式，相應(yīng)的承載鋼結(jié)構(gòu)可輕量化設(shè)計(jì)（減重35%）；③本發(fā)明中安裝在盾體外側(cè)上的構(gòu)件夾持器（現(xiàn)有設(shè)計(jì)）采用窄邊設(shè)計(jì)，沒有額外增加開挖直徑。

應(yīng)用本實(shí)施的方案，采用包括先導(dǎo)掘進(jìn)裝置及刀盤組件的開挖系統(tǒng)、包括吊桶組件以及自動排渣系統(tǒng)的出渣系統(tǒng)以及包括管片吊機(jī)和喂片機(jī)的環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)作為一個整體結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)、出渣與支護(hù)一體化施工，且正常施工過程中，井下無施工人員作業(yè)。具體成功完成開挖直徑為22.2m的豎井。采用三級刀盤設(shè)計(jì)，有效降低驅(qū)動扭矩。采用24套提升裝置同步提升，最大提升能力達(dá)6000t，同步提升精度達(dá)5mm。

綜上，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案：一方面，能夠完成超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)施工；另一方面，最大掘進(jìn)效率可達(dá)3.38m/天。本發(fā)明的方案與現(xiàn)有技術(shù)比較，具體突破性進(jìn)步。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，包括開挖系統(tǒng)、盾體、主驅(qū)動系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)以及吊裝系統(tǒng)，盾體與吊裝系統(tǒng)連接；出渣系統(tǒng)用于輸送開挖系統(tǒng)開挖下來的巖渣；

開挖系統(tǒng)包括先導(dǎo)掘進(jìn)裝置以及刀盤組件，刀盤組件通過主驅(qū)動系統(tǒng)與盾體相連實(shí)現(xiàn)豎井開挖；刀盤組件包括由豎井的中心軸線至豎井側(cè)壁方向并列設(shè)置的至少一級刀盤，刀盤組件的中間部位設(shè)有安裝先導(dǎo)掘進(jìn)裝置的安裝孔；先導(dǎo)掘進(jìn)裝置包括先導(dǎo)刀盤、先導(dǎo)盾體、先導(dǎo)驅(qū)動以及先導(dǎo)出渣系統(tǒng)，先導(dǎo)刀盤通過先導(dǎo)驅(qū)動與先導(dǎo)盾體相連實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)孔的開挖，先導(dǎo)盾體與盾體相連接，先導(dǎo)出渣系統(tǒng)用于輸送先導(dǎo)刀盤開挖下來的巖渣；

吊裝系統(tǒng)包括吊裝組件，吊裝組件包括提升裝置以及牽引件，提升裝置通過牽引件與盾體連接，且牽引件與盾體成斜拉式連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，牽引件的一端通過斜拉導(dǎo)向裝置與盾體成斜拉式連接；

所述斜拉導(dǎo)向裝置包括斜拉限位座、斜拉承載組件、斜拉限位組件以及調(diào)節(jié)件，所述斜拉限位座設(shè)置在承載結(jié)構(gòu)上，所述斜拉承載組件設(shè)置在斜拉限位座上，斜拉限位組件通過調(diào)節(jié)件活動設(shè)置在斜拉限位座上，通過調(diào)節(jié)件能調(diào)節(jié)斜拉限位組件和斜拉承載組件之間的位置來調(diào)節(jié)牽引件的出線傾角實(shí)現(xiàn)斜拉的角度調(diào)節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，所述斜拉承載組件和斜拉限位組件均包含軸承以及活動設(shè)置在軸承上的輥軸，所述軸承設(shè)置在斜拉限位座上；所述輥軸上設(shè)有與牽引件相匹配的限位槽或?qū)虿郏凰稣{(diào)節(jié)件包括調(diào)節(jié)螺栓。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，沿牽引件的出線方向，并列設(shè)置至少兩組斜拉承載組件；多組斜拉承載組件中的輥軸的中心點(diǎn)的連線位于同一豎直面內(nèi)的弧線上。

5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任意一項(xiàng)所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，盾體通過均布的至少兩組吊裝組件活動設(shè)置在地面鎖口基礎(chǔ)上；斜拉導(dǎo)向裝置與吊裝組件中的提升裝置一一對應(yīng)設(shè)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，所述出渣系統(tǒng)包括吊桶組件以及自動排渣系統(tǒng)；

所述吊桶組件包括動力機(jī)構(gòu)、吊桶以及擋渣機(jī)構(gòu)，吊桶通過動力機(jī)構(gòu)活動設(shè)置在先導(dǎo)盾體上；擋渣機(jī)構(gòu)設(shè)置在先導(dǎo)盾體上用于阻擋刀盤開挖的巖渣下落至先導(dǎo)孔內(nèi)；

所述吊桶上設(shè)有出料口，出料口處設(shè)有閘門；出料口與自動排渣系統(tǒng)相對應(yīng)設(shè)置，自動排渣系統(tǒng)用于將渣土輸送至豎井外。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，吊桶組件還包括稱重裝置以及位置傳感器；稱重裝置設(shè)置在先導(dǎo)盾體上用于稱量吊桶或吊桶及其內(nèi)部渣土的重量；位置傳感器設(shè)置在吊桶或動力機(jī)構(gòu)或自動排渣系統(tǒng)上，用于檢測吊桶與自動排渣系統(tǒng)的相對位置；位置傳感器以及閘門均與控制器連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，還包括環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)，環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)包括管片吊機(jī)和喂片機(jī)，喂片機(jī)用于將管片從豎井外部運(yùn)送至管片吊機(jī)吊運(yùn)點(diǎn)，管片吊機(jī)用于將管片由吊運(yùn)點(diǎn)運(yùn)送至安裝位置進(jìn)行拼裝。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，還包括控制系統(tǒng)，所述開挖系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)以及環(huán)形管片吊裝系統(tǒng)均與所述控制系統(tǒng)連接。

10.一種超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)的施工方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求8或9所述的超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，其施工方法包括以下步驟：

準(zhǔn)備步驟，將開挖系統(tǒng)、盾體、主驅(qū)動系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組裝完成；

先導(dǎo)孔施工，具體是：通過先導(dǎo)掘進(jìn)裝置中的先導(dǎo)驅(qū)動帶動先導(dǎo)刀盤動作實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)孔的開挖至先導(dǎo)孔開挖完成；先導(dǎo)孔的開挖過程中，通過先導(dǎo)出渣系統(tǒng)輸送先導(dǎo)刀盤開挖的渣土；

豎井掘進(jìn)施工，具體是：調(diào)節(jié)吊裝系統(tǒng)，使得盾體處于合適位置；主驅(qū)動系統(tǒng)帶動刀盤組件中的刀盤依次動作實(shí)現(xiàn)多級開挖至豎井開挖完成；開挖過程中出渣系統(tǒng)中的吊桶組件動作，吊桶收集刀盤開挖的渣土并輸送至出渣系統(tǒng)中自動排渣系統(tǒng)的初始位置，打開吊桶上出料口處的閘門，渣土轉(zhuǎn)移至自動排渣系統(tǒng)中，繼而通過自動排渣系統(tǒng)將渣土輸送至豎井外；

管片吊裝，具體是：先通過管片吊裝系統(tǒng)中的喂片機(jī)將管片從豎井外部運(yùn)送至管片吊機(jī)吊運(yùn)點(diǎn)，再通過管片吊裝系統(tǒng)中的管片吊機(jī)將管片由吊運(yùn)點(diǎn)運(yùn)送至安裝位置進(jìn)行拼裝至管片拼裝完成。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開一種超大直徑豎井全斷面掘進(jìn)機(jī)，包括開挖系統(tǒng)、盾體、主驅(qū)動系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)及吊裝系統(tǒng)；開挖系統(tǒng)包括先導(dǎo)掘進(jìn)裝置及刀盤組件；刀盤組件上設(shè)有安裝先導(dǎo)掘進(jìn)裝置的安裝孔；先導(dǎo)掘進(jìn)裝置包括先導(dǎo)刀盤、先導(dǎo)盾體、先導(dǎo)驅(qū)動等，先導(dǎo)刀盤通過先導(dǎo)驅(qū)動與先導(dǎo)盾體連接實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)孔的開挖；吊裝系統(tǒng)包括吊裝組件，吊裝組件包括提升裝置及牽引件，提升裝置通過牽引件與盾體連接，且牽引件與盾體成斜拉式連接。本發(fā)明采用特殊結(jié)構(gòu)的開挖系統(tǒng)和出渣系統(tǒng)，克服了動力不足及出渣難的問題，成功實(shí)現(xiàn)超大直徑豎井（直徑大于等于16m）全斷面掘進(jìn)及出渣。本發(fā)明公開一種超大直徑豎井全斷面的施工方法，基于上述掘進(jìn)機(jī)，高效實(shí)現(xiàn)超大直徑豎井全斷面施工。

技術(shù)研發(fā)人員：劉飛香;劉在政;文中保;姚滿;彭正陽;謝錚;蘇翠俠;任錦江

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.06.10

技術(shù)公布日：2021.08.13