超大直径竖井全断面掘进机及其施工方法与流程

本发明涉及竖井施工技术领域，具体涉及一种超大直径竖井全断面掘进机及其施工方法。

背景技术：

竖井又称立井，是地下矿藏开采、大长隧道通风及其他地下工程的主要通道，在地下工程中拥有无可替代的地位。

现有的竖井施工主要有钻爆法和钻井法，具体是：

第一种、钻爆法：该法主要施工设备有伞钻/小型挖掘机、抓岩机、吊泵、井架、提升绞车、稳车、吊桶等，其主要工序包括凿岩、装岩、提升、排水、通风、模板衬砌等，竖井施工需要设置封口盘、固定盘、吊盘、稳绳盘等结构物，主要应用于少水或经过地质处理后的地层。

第二种、钻机法：该法主要施工设备有钻机设备、龙门吊等，主要工序是钻井、扩井、气举排渣、衬砌下沉等，其主要应用在富水且软弱地层。

目前两种施工方法均应用于直径小于12m的竖井开挖，现有的竖井开挖直径一般在6-12m，现有的掘进设备主要包括以下几个方面：

1、竖井掘进，通过伞钻（挖机）或钻头行竖井施工，非全断面顺序施工方式。

2、现有的竖井出渣有两种方式，一种是吊桶出渣，另一种是泥浆管路出渣。

3、吊装系统，现有的吊装采用垂直吊装方式，钢绞线与提升千斤顶的理论轴线平行（允许偏差不超过5°），防止钢绞线松脱，保障施工的安全性能。

现有竖井掘进设备无法实现超大直径竖井（直径大于等于16m）施工，原因如下：

1、动力问题：针对超大直径竖井施工，基于现有的设备结构，需要刀盘驱动动力满足不了要求，无法进行掘进施工。

2、出渣问题：针对超大直径竖井施工，出渣方量大，现有的吊桶出渣方式运输渣土速度慢，满足不了出渣需求；现有的泥浆管路出渣受管路系统结构的限制，对渣土要求高，满足不了超大直径竖井渣土成分复杂及出渣方量大的需求。

3、开挖面稳定性问题：钻爆法施工，开挖面非全断面，与外界联通，开挖面及护壁无法保压，施工效率低且安全性差；钻机法施工，大断面竖井需多次扩挖，开挖面及护壁无法保压，竖井垂直度控制差，基岩地层综合掘进效率低。

4、吊装问题：现有设备采用垂直吊装方式，承载钢结构为悬臂梁受力模式，承载钢结构的重量大，成本高；吊装设备等占用空间大，需要额外扩充竖井的开挖直径，且需要额外增加地面锁口基础建造强度，进一步增大施工难度。

因此，设计一种能够实现超大直径竖井全断面施工的设备及施工方法具有重大的实用价值。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种竖井掘进机，成功实现超大直径竖井（直径大于等于16m）全断面掘进施工，具体技术方案如下：

一种超大直径竖井全断面掘进机，包括开挖系统、盾体、主驱动系统、出渣系统以及吊装系统；吊装系统设置在地面锁口基础上；盾体通过吊装系统连接，通过吊装系统把井下主机（含开挖系统、主驱动系统、盾体等）悬吊在竖井内便于竖井挖掘施工；

开挖系统包括先导掘进装置以及刀盘组件，刀盘组件通过主驱动系统与盾体相连实现竖井开挖；出渣系统用于输送开挖系统开挖下来的岩渣；刀盘组件包括由竖井的中心轴线至竖井侧壁方向并列设置的至少一级刀盘（优选两级及以上的刀盘设置），刀盘组件的中间部位设有安装先导掘进装置的安装孔；先导掘进装置包括先导刀盘、先导盾体、先导驱动以及先导出渣系统，先导刀盘通过先导驱动与先导盾体相连实现先导孔的开挖，先导盾体通过连接调整装置与盾体相连接，先导出渣系统用于输送先导刀盘开挖下来的岩渣；

吊装系统包括吊装组件，吊装组件包括提升装置以及牵引件，提升装置通过牵引件与盾体连接，且牵引件与盾体成斜拉式连接。

本发明采用独特结构的开挖系统和出渣系统，能够克服现有技术中动力不足及出渣困难的问题，有效确保超大直径竖井（直径大于等于16m）全断面掘进的顺利施工，具体是：采用先导掘进装置和刀盘组件（尤其是多级刀盘）的组合，能够降低设备对动力的要求，结合出渣系统用于输送开挖系统开挖下来的岩渣，从而确保能够实现竖井的开挖。牵引件与盾体成斜拉式连接，具有的效果主要有：①、拓宽掘进机的适用范围，针对不同直径的竖井，采用调节牵引件的出线方向的手段解决，实现设备的重复使用，大大降低设备成本；②、采用斜拉式结构，使地面承载钢结构悬臂受力变为了斜拉承载受力，大大提高了地面承载钢结构的安全性；③、由于改变了地面承载钢结构的受力模式，相应的承载钢结构可轻量化设计（减重35%）；④、可将安装在盾体外侧上的构件夹持器采用窄边设计，没有额外增加开挖直径。

本发明中牵引件的一端通过斜拉导向装置与盾体成斜拉式连接；所述斜拉导向装置包括斜拉限位座、斜拉承载组件、斜拉限位组件以及调节件，所述斜拉限位座设置在位于牵引件上的承载结构上，所述斜拉承载组件设置在斜拉限位座上，斜拉限位组件通过调节件活动设置在斜拉限位座上，通过调节件能调节斜拉限位组件和斜拉承载组件之间的位置来调节牵引件的出线倾角实现斜拉的角度调节。斜拉导向装置采用斜拉限位座、斜拉承载组件、斜拉限位组件以及调节件的组合，通过四者的组合，能够高效、精准地调整牵引件的出线角度，实用性强。

本发明中所述斜拉承载组件和斜拉限位组件均包含轴承以及活动设置在轴承上的辊轴，所述轴承设置在斜拉限位座上；所述辊轴上设有与牵引件相匹配的限位槽或导向槽；所述调节件包括调节螺栓。部件结构精简，且能很好地实现牵引件出线角度的调节。

本发明中沿牵引件的出线方向，并列设置至少两组斜拉承载组件，多组斜拉承载组件中的辊轴的中心点的连线位于同一竖直面内的弧线上。能有效防止牵引件在使用过程中发生偏移等情况，提高使用安全性能。

本发明中盾体通过均布的至少两组吊装组件活动设置在地面锁口基础上；斜拉导向装置与吊装组件中的提升装置一一对应设置。吊装系统均布，受力分布均匀，稳定性好。

本发明中所述出渣系统包括吊桶组件以及自动排渣系统；所述吊桶组件包括动力机构、吊桶以及挡渣机构，吊桶通过动力机构活动设置在先导盾体顶部，挡渣机构设置在先导盾体尾部，在吊桶吊出时用于阻挡刀盘开挖的岩渣下落至先导孔内；所述吊桶上设有出料口，出料口处设有闸门；出料口与自动排渣系统相对应设置用于吊桶内的渣土转移至自动排渣系统中通过自动排渣系统将渣土输送至竖井外。采用吊桶出渣和自动排渣系统组合的方式，一方面降低发生出渣堵塞等的概率，另一方面能够满足大方量及复杂成分渣土出渣的需求。

本发明中吊桶组件还包括称重装置以及位置传感器；称重装置设置在先导盾体上用于称量吊桶或吊桶及其内部渣土的重量；位置传感器设置在吊桶或动力机构或自动排渣系统上，用于检测吊桶与自动排渣系统的相对位置；位置传感器以及闸门均与控制器连接。

本发明中还包括环形管片吊装系统，环形管片吊装系统包括管片吊机和喂片机，喂片机用于将管片从竖井外部运送至管片吊机吊运点，管片吊机用于将管片由吊运点运送至安装位置进行拼装。

本发明中还包括控制系统，所述开挖系统、主驱动系统、出渣系统、吊装系统以及环形管片吊装系统均与所述控制系统连接。

本发明还公开一种超大直径竖井全断面掘进机的施工方法，采用上述的超大直径竖井全断面掘进机，其施工方法包括以下步骤：

准备步骤，将开挖系统、盾体、主驱动系统、出渣系统、吊装系统及控制系统组装完成；

先导孔施工，具体是：通过先导掘进装置中的先导驱动带动先导刀盘动作实现先导孔的开挖至先导孔开挖完成；先导孔的开挖过程中，通过先导出渣系统输送先导刀盘开挖的渣土；

竖井掘进施工，具体是：调节吊装系统，使得盾体处于合适位置；主驱动系统带动刀盘组件中的刀盘依次动作实现多级开挖至竖井开挖完成；开挖过程中出渣系统中的吊桶组件动作，吊桶收集刀盘开挖的渣土并输送至出渣系统中自动排渣系统的初始位置，打开吊桶上出料口的闸门，渣土转移至自动排渣系统中，继而通过自动排渣系统将渣土输送至竖井外；

管片吊装，具体是：先通过管片吊装系统中的喂片机将管片从竖井外部运送至管片吊机吊运点，再通过管片吊装系统中的管片吊机将管片由吊运点运送至安装位置进行拼装至管片拼装完成，并通过吊装系统随着开挖进程同步下沉。

基于本发明所公开的竖井掘进机，高效实现超大直径竖井（直径大于等于16m）全断面掘进施工，利于工业化应用。

附图说明

图1为实施例1中超大直径竖井全断面掘进机整机装配完成时的结构示意图；

图2为图1的整机掘进一段距离后的结构示意图；

图3为图2中出渣系统的结构示意图；

图4为图1中吊装系统的结构示意图；

图5为图4中吊装系统的局部放大图；

其中：1-开挖系统，1.1-先导掘进装置，1.11-先导刀盘，1.12-先导盾体；1.2-刀盘组件，1.21-刀盘，1.22-安装孔；2-盾体；3-主驱动系统；4-出渣系统，4.1-动力机构，4.2-吊桶，4.3-挡渣机构，4.4-自动排渣系统；5-吊装系统，5.1-提升装置，5.2-牵引件，5.3-斜拉导向装置，5.31-斜拉限位座，5.32-斜拉承载组件，5.33-斜拉限位组件，5.34-调节件，5.35-承载钢结构，5.36-钢绞线盘；6-辅助支撑组件；7-竖井锁口基础；8-支撑构件，8.1-环梁，8.2-门架。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例：

一种超大直径竖井全断面掘进机，详见图1-图5，具体包括开挖系统1、盾体2、主驱动系统3、出渣系统4、吊装系统5、环形管片吊装系统、液压流体系统、电气控制系统及位姿测量与导向系统，其中液压流体系统、电气控制系统及位姿测量与导向系统为超大直径竖井全断面掘进机功能性部件系统，其结构可参照现有技术，其中液压流体系统、电气控制系统为掘进机控制功能的执行载体。

本实施例中，施工处设有竖井锁口基础7，竖井锁口基础7上设有支撑构件8，此处优选支撑构件8包括环梁8.1和门架8.2，环梁安装在竖井锁口基础上，门架安装在环梁上。

本实施例中开挖系统1包括先导掘进装置1.1以及刀盘组件1.2。刀盘组件通过主驱动系统与盾体相连实现竖井开挖，盾体通过吊装系统连接将井下主机（包含主驱动系统、盾体、开挖系统等）悬吊在竖井内；出渣系统用于输送刀盘组件开挖的渣土。本实施例中在盾体外边缘有导向轮，属于导向系统组成部件，其功能为控制盾体与竖井的井壁之间的间隙。

此处，刀盘组件1.2为多级的刀盘1.21，可进行多级开挖，即刀盘组件包括由竖井的中心轴线至竖井侧壁方向并列设置的至少两级刀盘，刀盘组件的中间部位设有安装先导掘进装置的安装孔1.22。需要说明的是，刀盘组件分级形式不限于2级、3级或者更高。

先导掘进装置1.1如图1-2所示，包含先导刀盘1.11、先导盾体1.12、先导驱动（未图示）以及先导出渣系统（未图示），先导刀盘通过先导驱动与先导盾体相连实现先导孔的开挖，先导盾体设置在所述安装孔1.22处，先导出渣系统用于输送先导刀盘开挖的渣土。先导盾体通过连接调整装置（如撑靴）与盾体相连接，其主体结构可沿轴向方向向前运动，进行先导孔开挖，先导掘进装置可与刀盘组件中刀盘同步开挖施工，不会相互干扰。先导刀盘开挖渣土通过先导出渣系统运输至外部泥水分离站进行分离处理。此处的先导出渣系统可以采用吊桶出渣方式，也可以采用泥浆管路出渣方式，参照现有技术。

本实施例中盾体2为钢制结构，位于刀盘上部，用于承载管片，并作为主驱动与刀盘的连接结构。吊装系统包括吊装组件，吊装组件包括提升装置5.1（此处示意液压提升装置）和牵引件5.2（如钢丝绳或钢绞线），通过吊装组件对盾体进行吊载，用于平衡自重、调节掘进方向、控制掘进深度等。主驱动系统安装于盾体中心位置，主驱动前端轴承与刀盘连接，主驱动系统用于为开挖系统提供回转动力。需要说明的是，提升装置数量根据开挖直径、开挖深度和管片类型具体决定，不限具体数量及布置方式。此处优选：提升装置包括为牵引件的牵引提供动力的动力件，牵引件的一端与动力件连接，牵引件的另一端与盾体成斜拉式连接；牵引件的另一端通过斜拉导向装置5.3与盾体成斜拉式连接；所述斜拉导向装置5.3包括斜拉限位座5.31、斜拉承载组件5.32、斜拉限位组件5.33以及调节件5.34，详见图4-5，所述斜拉限位座设置在位于牵引件上的承载结构（此处为承载钢结构5.35）上，所述斜拉承载组件设置在斜拉限位座上，斜拉限位组件通过调节件活动设置在斜拉限位座上，通过调节件能调节斜拉限位组件和斜拉承载组件之间的位置来调节牵引件的出线倾角实现斜拉的角度调节；沿牵引件的出线方向，并列设置至少两组斜拉承载组件（图5中使用了三组），多组斜拉承载组件中的辊轴的中心连线位于同一竖直面内的弧线上。盾体通过均布的至少两组吊装系统活动设置在位于竖井位置的门架装置上；斜拉导向装置与提升装置一一对应设置。牵引件的固定端缠绕在钢绞线盘5.36上便于为实现牵引而提供足够长度的牵引件，钢绞线盘5.36通过辅助支撑组件6设置在环梁上。

本实施例中出渣系统4如图3所示，主要包括吊桶组件和自动排渣系统4.4，所述吊桶组件包括动力机构4.1、吊桶4.2以及挡渣机构4.3，吊桶通过动力机构活动设置在先导盾体的顶部；挡渣机构设置在先导盾体的尾部，在吊桶吊出时挡渣机构用于阻挡刀盘开挖的岩渣下落至先导孔内；所述吊桶上设有出料口，出料口处设有闸门；出料口与自动排渣系统相对应设置，闸门的设置便于将吊桶内的渣土转移至自动排渣系统中，自动排渣系统用于将渣土输送至竖井外。吊桶收集满渣土之后，由动力机构吊运至自动排渣系统，吊桶上的闸门打开，渣土经出料口由自动排渣系统运输至井外进行处理，自动排渣系统具备刮渣、集渣、运渣、卸渣等功能。吊桶下方的闸门可通过电信号控制闸门开启，无需倾倒即可进行卸渣，避免吊桶因倾倒所发生的滑落等情况，提高出渣效率及施工安全性能。需要说明的是，吊桶可以采用多组轮换方式，数量根据出渣方量可设置多个。除此之外，吊桶组件还包括称重装置以及位置传感器；称重装置设置在吊桶上用于称量吊桶或吊桶及其内部渣土的重量，实时掌控设备的情况（如是否超重、是否发生吊桶内沉积渣垢等）；位置传感器设置在吊桶或动力机构或自动排渣系统上，用于检测吊桶与自动排渣系统的相对位置；位置传感器以及闸门均与控制器连接。控制器、闸门、位置传感器的组合，能够实现自动化卸渣，大大提高施工效率。

本实施例中环形管片吊装系统包括管片吊机和喂片机，管片首先由喂片机从外部运送至管片吊机吊运点，再由管片吊机运至预定安装位置进行拼装。此处管片吊机和喂片机的设置位置不做限定，可参照现有技术。

本实施例中：提升装置安装在环梁上，环形管片吊装系统及出渣系统安装在门架上。

本实施例中其他未说明的部件及连接关系，可参照现有竖井掘进机的构造。

应用本实施例的掘进机，其施工方法如下：

准备步骤，将开挖系统、盾体、主驱动系统、出渣系统、吊装系统、环形管片吊装系统以及控制系统组装完成；

先导孔施工，具体是：通过先导掘进装置中的先导驱动带动先导刀盘动作实现先导孔的开挖至先导孔开挖完成；先导孔的开挖过程中，通过先导出渣系统输送先导刀盘开挖的渣土；

竖井掘进施工，具体是：调节吊装系统，使得盾体处于合适位置；主驱动系统带动刀盘组件中的刀盘（此处优选为多级刀盘）依次动作实现多级开挖至竖井开挖完成；开挖过程中出渣系统中的吊桶组件动作，吊桶收集刀盘开挖的渣土并输送至出渣系统中自动排渣系统的初始位置，打开吊桶上出料口的闸门，渣土转移至自动排渣系统中，继而通过自动排渣系统将渣土输送至竖井外；

管片拼装，具体是：先通过环形管片吊装系统中的喂片机将管片从竖井外部运送至管片吊机吊运点，再通过环形管片吊装系统中的管片吊机将管片由吊运点运送至安装位置进行拼装至管片拼装完成。

应用本实施例的掘进机，具体效果是：

1、首次在全断面竖井掘进机上集成了先导掘进装置，解决了超大断面竖井掘进集渣困难的问题，为超大断面竖井的全断面机械化开挖创造了条件。

2、自卸式吊桶的应用解决了超大直径竖井全断面施工出渣能力不足的问题。常规竖井掘进机采用泥浆环流系统进行出渣，但是超大直径竖井全断面开挖面积大，单一时间出渣方量高，泥浆环流系统难以满足需求，采用多组自卸式吊桶进行快速轮换结合自动排渣系统，出渣效率显著提高。

3、采用多级刀盘，有效解决了超大断面开挖刀盘驱动能力不足的问题（刀盘与开挖面接触面积越大，阻力越大，现有主驱动无法满足驱动力要求，因此采用多级刀盘分次开挖，来减小同一时间内刀盘和开挖面的接触面积）多级刀盘开挖工法：s以外、中、内3级刀盘为例，首先将内圈刀盘放下，中圈和外圈刀盘提起，二者高度相差为d，此时内圈刀盘接触开挖面，中圈和外圈刀盘悬空，转动刀盘，进行内圈开挖，掘进深度到达d以后，中圈和外圈刀盘接触开挖面；此时回缩内圈和外圈刀盘距离d，使之悬空，仅中圈刀盘与开挖面接触，转动刀盘，进行中圈开挖，掘进深度到达d以后，内圈和外圈与开挖面接触；此时回缩内圈和中圈距离d，使之悬空，仅外圈刀盘与开挖面接触，转动刀盘，进行外圈开挖，掘进深度到达d以后，内圈和中圈与开挖面接触，至完成一个循环。

4、本发明采用斜拉式承力方式，与现有技术相比，效果有：①提高了地面承载钢结构的安全性，使地面承载钢结构悬臂受力变为了斜拉承载受力；②由于改变了地面承载钢结构的受力模式，相应的承载钢结构可轻量化设计（减重35%）；③本发明中安装在盾体外侧上的构件夹持器（现有设计）采用窄边设计，没有额外增加开挖直径。

应用本实施的方案，采用包括先导掘进装置及刀盘组件的开挖系统、包括吊桶组件以及自动排渣系统的出渣系统以及包括管片吊机和喂片机的环形管片吊装系统作为一个整体结构，成功实现超大直径竖井全断面掘进、出渣与支护一体化施工，且正常施工过程中，井下无施工人员作业。具体成功完成开挖直径为22.2m的竖井。采用三级刀盘设计，有效降低驱动扭矩。采用24套提升装置同步提升，最大提升能力达6000t，同步提升精度达5mm。

综上，应用本发明的技术方案：一方面，能够完成超大直径竖井全断面掘进施工；另一方面，最大掘进效率可达3.38m/天。本发明的方案与现有技术比较，具体突破性进步。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

技术特征：

1.一种超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，包括开挖系统、盾体、主驱动系统、出渣系统以及吊装系统，盾体与吊装系统连接；出渣系统用于输送开挖系统开挖下来的岩渣；

开挖系统包括先导掘进装置以及刀盘组件，刀盘组件通过主驱动系统与盾体相连实现竖井开挖；刀盘组件包括由竖井的中心轴线至竖井侧壁方向并列设置的至少一级刀盘，刀盘组件的中间部位设有安装先导掘进装置的安装孔；先导掘进装置包括先导刀盘、先导盾体、先导驱动以及先导出渣系统，先导刀盘通过先导驱动与先导盾体相连实现先导孔的开挖，先导盾体与盾体相连接，先导出渣系统用于输送先导刀盘开挖下来的岩渣；

吊装系统包括吊装组件，吊装组件包括提升装置以及牵引件，提升装置通过牵引件与盾体连接，且牵引件与盾体成斜拉式连接。

2.根据权利要求1所述的超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，牵引件的一端通过斜拉导向装置与盾体成斜拉式连接；

所述斜拉导向装置包括斜拉限位座、斜拉承载组件、斜拉限位组件以及调节件，所述斜拉限位座设置在承载结构上，所述斜拉承载组件设置在斜拉限位座上，斜拉限位组件通过调节件活动设置在斜拉限位座上，通过调节件能调节斜拉限位组件和斜拉承载组件之间的位置来调节牵引件的出线倾角实现斜拉的角度调节。

3.根据权利要求2所述的超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，所述斜拉承载组件和斜拉限位组件均包含轴承以及活动设置在轴承上的辊轴，所述轴承设置在斜拉限位座上；所述辊轴上设有与牵引件相匹配的限位槽或导向槽；所述调节件包括调节螺栓。

4.根据权利要求3所述的超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，沿牵引件的出线方向，并列设置至少两组斜拉承载组件；多组斜拉承载组件中的辊轴的中心点的连线位于同一竖直面内的弧线上。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，盾体通过均布的至少两组吊装组件活动设置在地面锁口基础上；斜拉导向装置与吊装组件中的提升装置一一对应设置。

6.根据权利要求1所述的超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，所述出渣系统包括吊桶组件以及自动排渣系统；

所述吊桶组件包括动力机构、吊桶以及挡渣机构，吊桶通过动力机构活动设置在先导盾体上；挡渣机构设置在先导盾体上用于阻挡刀盘开挖的岩渣下落至先导孔内；

所述吊桶上设有出料口，出料口处设有闸门；出料口与自动排渣系统相对应设置，自动排渣系统用于将渣土输送至竖井外。

7.根据权利要求6所述的超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，吊桶组件还包括称重装置以及位置传感器；称重装置设置在先导盾体上用于称量吊桶或吊桶及其内部渣土的重量；位置传感器设置在吊桶或动力机构或自动排渣系统上，用于检测吊桶与自动排渣系统的相对位置；位置传感器以及闸门均与控制器连接。

8.根据权利要求1所述的超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，还包括环形管片吊装系统，环形管片吊装系统包括管片吊机和喂片机，喂片机用于将管片从竖井外部运送至管片吊机吊运点，管片吊机用于将管片由吊运点运送至安装位置进行拼装。

9.根据权利要求8所述的超大直径竖井全断面掘进机，其特征在于，还包括控制系统，所述开挖系统、主驱动系统、出渣系统、吊装系统以及环形管片吊装系统均与所述控制系统连接。

10.一种超大直径竖井全断面掘进机的施工方法，其特征在于，采用如权利要求8或9所述的超大直径竖井全断面掘进机，其施工方法包括以下步骤：

准备步骤，将开挖系统、盾体、主驱动系统、出渣系统、吊装系统及控制系统组装完成；

先导孔施工，具体是：通过先导掘进装置中的先导驱动带动先导刀盘动作实现先导孔的开挖至先导孔开挖完成；先导孔的开挖过程中，通过先导出渣系统输送先导刀盘开挖的渣土；

竖井掘进施工，具体是：调节吊装系统，使得盾体处于合适位置；主驱动系统带动刀盘组件中的刀盘依次动作实现多级开挖至竖井开挖完成；开挖过程中出渣系统中的吊桶组件动作，吊桶收集刀盘开挖的渣土并输送至出渣系统中自动排渣系统的初始位置，打开吊桶上出料口处的闸门，渣土转移至自动排渣系统中，继而通过自动排渣系统将渣土输送至竖井外；

管片吊装，具体是：先通过管片吊装系统中的喂片机将管片从竖井外部运送至管片吊机吊运点，再通过管片吊装系统中的管片吊机将管片由吊运点运送至安装位置进行拼装至管片拼装完成。

技术总结

本发明公开一种超大直径竖井全断面掘进机，包括开挖系统、盾体、主驱动系统、出渣系统及吊装系统；开挖系统包括先导掘进装置及刀盘组件；刀盘组件上设有安装先导掘进装置的安装孔；先导掘进装置包括先导刀盘、先导盾体、先导驱动等，先导刀盘通过先导驱动与先导盾体连接实现先导孔的开挖；吊装系统包括吊装组件，吊装组件包括提升装置及牵引件，提升装置通过牵引件与盾体连接，且牵引件与盾体成斜拉式连接。本发明采用特殊结构的开挖系统和出渣系统，克服了动力不足及出渣难的问题，成功实现超大直径竖井（直径大于等于16m）全断面掘进及出渣。本发明公开一种超大直径竖井全断面的施工方法，基于上述掘进机，高效实现超大直径竖井全断面施工。

技术研发人员：刘飞香;刘在政;文中保;姚满;彭正阳;谢铮;苏翠侠;任锦江

受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司

技术研发日：2021.06.10

技术公布日：2021.08.13