一种超大断面马蹄形盾构机技术领域
本发明属于隧道施工设备技术领域，尤其涉及一种超大断面马蹄形盾构机
设备。
背景技术
在目前隧道施工中，盾构技术以其自动化程度高、施工安全度高、施工进
度快、污染小、成本低等优势，逐步得到广泛应用。其中，盾构机是一种采用
盾构法的集机械、电子、液压、激光和控制等技术于一体的高度机械化和自动
化的掘进衬砌成套设备。
采用全断面盾构机掘进隧道施工时，通常采用圆截面刀盘旋转开挖，开挖
出的截面为圆形，在双线铁路隧道中，隧道底部为较为平整，圆截面非最优设
计，因此，需要对开挖出的圆截面巷道底部进行预制仰拱块铺设等处理，但此
过程无意是对开挖空间利用率的浪费。而一种新型截面隧道亟需被设计，保证
隧道使用寿命同时充分提高其空间利用率，进而节约成本。另一方面，在隧道
双线施工中，往往采用双盾构同时开挖的形式，显然，该方法在设备、人员、
工期等方面的消耗都是双倍的，而在软岩地层施工难度相对较低，条件相对允
许的情况下，双线一次施工成型的构想无疑是极具诱惑的，无论在施工效率方
面还是成本控制方面都是极具优势的。
蒙西至华中铁路是一个设计时速为120km/h的运煤通道，其位于陕西省靖
边县的白城隧道为马蹄形无砟断面，该项目是将盾构工法首次在地铁隧道、大
型公路、铁路山体隧道领域的工程。针对该工程，如何实现该马蹄形隧道一次
施工成型等问题，提高掘进机的掘进效率，同时降低成本，是本领域技术人员
目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种超大断面马蹄形盾构机，适应于黄
土、粉质粘土、粘土、粉质砂、全风化岩等地质，隧道断面面积利用率也得到
大幅提高，双线软岩隧道掘进实现一次施工成型。
本发明的技术方案是这样实现的：一种超大断面马蹄形盾构机，包括设置
在前端的刀盘装置、相邻于刀盘装置后部的驱动系统、支撑整个设备的护盾结
构、主推系统、设置在刀盘装置后部的螺旋输送机、设备桥、后配套系统和连
续皮带机，所述刀盘装置由九个辐条式刀盘组成的，每个辐条式刀盘的驱动轴
之间相互平行，其中一个中等大直径辐条式后刀盘位于后一平面中心，三个大
直径辐条式前刀盘位于前一平面中间底部及上部两翼，三个大直径辐条式后刀
盘位于后一平面中间上部及底部两翼，两个小直径辐条式后刀盘对称分布于后
一平面上部圆拱边缘。
所述护盾包括前盾、中盾和尾盾，前盾由前盾上块和前盾下块组成，前盾
上块上部为圆拱形、下部的底面上设有凹槽，前盾下块上平面设有与凹槽配合
的凸起。
前盾、中盾和尾盾的壳体半径尺寸沿掘进方向变小。
所述设备桥包括平行设置的左桥和右桥，所述后配套系统包括双层拖车和
双管片吊机，双层拖车和中盾铰接相连。
所述螺旋输送机为两台，两台螺旋输送机布置在前盾底部的两侧，螺旋输
送机的出口端穿过管片拼装机之后在尾盾后部汇合。
驱动系统为九个独立的驱动，每个驱动对应一个刀盘。
本发明的刀盘设计合理，能够开挖曲墙拱形(三心圆拱)马蹄形截面，开
挖盲区小，适应于黄土、粉质粘土、粘土、粉质砂、软岩等地质，同时隧道断
面面积利用率也得到大幅提高，本发明适用于软岩隧道掘进双线一次施工，有
效提高施工效率的同时，还大幅降低了施工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施
例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述
中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付
出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明使用状态示意图。
图2为刀盘装置的结构示意图。
图3为前盾的结构示意图。
图4为图1中A区域放大示意图。
图5为图4的俯视示意图。
其中：1.刀盘装置，101.中等大直径辐条式刀盘，102.大直径辐条式前刀
盘，103.大直径辐条式后刀盘，104.小直径辐条式后刀盘，2.驱动系统，3.护
盾结构，301.前盾，3011.前盾上块，3012.前盾下块，3013.凹槽，3014.凸
起，302.中盾，303.尾盾，4.主推系统，5.螺旋输送机，6.管片拼装机，7.设
备桥，701.左桥，702.右桥，8.中转皮带机，9.后配套系统，901.双层拖车，
902.双管片吊机，10.连续皮带机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清
楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是
全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造
性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～5所示，一种超大断面马蹄形盾构机，包括设置在前端的刀盘装置1、
相邻于刀盘装置1后部的驱动系统2、支撑整个设备的护盾结构3、主推系统4、
设置在刀盘装置后部的螺旋输送机5、设备桥7、后配套系统9和连续皮带机10，
刀盘装置1由九个辐条式刀盘组成的，每个辐条式刀盘的驱动轴之间相互平行，
其中一个中等大直径辐条式后刀盘101位于后一平面中心，构成花芯，三个大
直径辐条式前刀盘102位于前一平面中间底部及上部两翼，呈倒“品”字离散构成
花瓣，三个大直径辐条式后刀盘103位于后一平面中间上部及底部两翼，呈正
“品”字离散构成花瓣，两个小直径辐条式后刀盘104对称分布于后一平面上部圆
拱边缘。刀盘装置的正面和护盾结构的前端的切口周边方向上设置有切刀或超
挖刀。
所述护盾3包括前盾301、中盾302和尾盾303，前盾301由前盾上块3011
和前盾下块3012组成，前盾上块3011上部为圆拱形、下部的底面上设有凹槽
3013，前盾下块3012上平面设有与凹槽3013配合的凸起3014。本发明中，前
盾上块3011整体呈半月形，前盾下块3012整体呈“凸”字形。
其中，前盾301、中盾302和尾盾303的壳体半径尺寸沿掘进方向依次微幅
的变小，呈梭形。
所述设备桥7包括平行设置的左桥701和右桥702，所述后配套系统9包括
双层拖车901和双管片吊机902，双层拖车901和中盾302铰接相连。双管片吊
机902可沿着左桥、右桥将马蹄形管片直接喂送到管片拼装机6的预定抓举位
置。
本申请中的螺旋输送机5为两台，两台螺旋输送机5布置在前盾301底部
的两侧，螺旋输送机5的出口端穿过管片拼装机6之后在尾盾303后部汇合。
驱动系统2为九个独立的驱动，每个驱动对应一个刀盘，能够使九个刀盘
单独旋转或联动旋转。
本发明的工作流程如下：刀盘装置1由驱动系统2驱动后旋转切削土层或
软岩，被切削下来的砟土经过设置在刀盘背部的主动搅拌棒搅拌均匀后，通过
螺旋输送机5将砟土运送到中转皮带机8上，再将砟土转到连续皮带机10运至
洞外。管片拼装机6将专用管片对大马蹄形隧道进行支护，每支护一环完毕，
主推系统4以此为依托推进护盾结构3，同时刀盘装置1进行开挖掘进作业，如
此往复，实现隧道的掘进。
本发明通过组合刀盘的设计，开挖盲区小，主轴承直径较小成本低，采用
土压平衡原理进行掘进，对地层扰动小，砟土搅拌充分，在开挖断面时能够很
好调节掌子面与前盾的土压力平衡效果，有效地减少了地表沉降，拥有流畅的
排砟能力，将原始砟土改良成拥有止水性、塑性、流动性的砟土，便于用螺旋
输送机高效排砟，提高了排砟能力；且对配套设备要求低、操作控制方便安全，
设备造价低廉、经济实用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发
明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发
明的保护范围之内。