CN104747199A - 一种具有管片安装功能的敞开式tbm - Google Patents

一种具有管片安装功能的敞开式tbm Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有管片安装功能的敞开式TBM，包括刀盘、主驱动和护盾，所述刀盘固定在护盾的最前端，主驱动固定在护盾上，刀盘后端与主驱动固定连接，所述护盾中部固定设有主梁，主梁上依次设有管片拼装机、推进油缸和撑靴，推进油缸的活塞杆与撑靴相铰接；所述撑靴滑动设在主梁上，撑靴上设有沟槽。本发明利用设置在主梁上的撑靴支撑隧道的两侧，利用推进油缸使刀盘在主驱动的推动下实现掘进，利用管片安装机将预制的管片进行拼接，实现对隧道的支护，从而大大提高了隧道支护的质量，减少了打锚杆、喷浆施工等多道施工工艺，提高了施工效率和隧道内的施工环境，从而减少施工人员和辅助设备，降低了施工成本。

Description

一种具有管片安装功能的敞开式TBM
技术领域
本发明涉及隧道掘进设备的技术领域，具体涉及一种具有管片安装功能的敞开式TBM。
背景技术
全断面隧道掘进机（TBM）集掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业于一体，常用于掘进硬岩地质。TBM利用位于前端的旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破碎岩石，然后通过皮带机将石渣输送出去。传统敞开式TBM破碎围岩时，须要安装管片、打锚杆、安装钢拱架以及喷射混凝土等多种工序，打锚杆向隧道打铆钉，通过混凝土喷射机向隧道喷射混凝土层，需要大量施工人员同时配合，并配套繁多的物料运输系统，其操作复杂，效率低下，限制了TBM的掘进速度。再加上混凝土及其添加剂严重污染环境、腐蚀整个设备，从而使传统敞开式TBM在隧道施工领域的应用受到了极大的限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有管片安装功能的敞开式TBM，通过撑靴支撑隧道的两侧，管片安装机将预制的管片进行拼接，使隧道的支护质量大大提高，省去打锚杆、喷浆施工等多道施工工艺，从而减少了施工人员和辅助设备，提高了施工效率，降低了施工成本。
本发明的技术方案是：一种具有管片安装功能的敞开式TBM，包括刀盘、主驱动和护盾，所述刀盘固定在护盾的最前端，主驱动固定在护盾上，刀盘后端与主驱动固定连接，所述护盾中部固定设有主梁，主梁上依次设有管片拼装机、推进油缸和撑靴，推进油缸与撑靴相铰接；所述撑靴滑动设在在主梁上，撑靴上设有沟槽。
所述撑靴通过鞍架与主梁滑动连接。
所述鞍架两端分别设有撑靴油缸，撑靴油缸与撑靴相连接。
所述推进油缸的缸体铰接在主梁上，推进油缸的活塞杆铰接在鞍架上。
所述主梁后端设有具有支撑功能的尾部支撑系统。
所述主梁下方设有水平的滑动轨道，滑动轨道上设有用于吊装管片的吊机。
所述沟槽为格栅形状的H型钢。
其掘进时的工作过程为：所述主驱动为刀盘提供回转动力，带动刀盘转动；调节撑靴油缸使左右两侧的撑靴分别支撑在隧道左右的管片上；推进油缸伸出，推动主梁将整个TBM向前推进，从而将推进力传递到刀盘上；刀盘在转动力和推动力的作用下，完成隧道的开挖。
其支护时的工作过程为：所述调节撑靴油缸使左右两侧的撑靴分别支撑在隧道左右的管片上；将管片运送到管片拼装机处；管片拼装机将管片紧紧的安装在隧道的左右和上下，完成该区域的管片安装；撑靴油缸收缩将撑靴收起，推进油缸收缩，从而将撑靴向前移动，进行下个区域的安装。
本发明利用设置在主梁上的撑靴支撑隧道的两侧，利用推进油缸使刀盘在主驱动的推动下实现掘进，利用管片安装机将预制的管片进行拼接，实现对隧道的支护，从而大大提高了隧道支护的质量，减少了打锚杆、喷浆施工等多道施工工艺，提高了施工效率和隧道内的施工环境，从而减少施工人员和辅助设备，降低了施工成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明撑靴的断面图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例具体说明一下本发明。
一种具有管片安装功能的敞开式TBM，如图1所示，包括刀盘1、主驱动2和护盾3。刀盘1是一个破岩盘体，位于TBM的最前端，用于破碎围岩。刀盘1固定在护盾3的最前端，刀盘1后端与主驱动2固定连接，主驱动2中部固定在护盾3上。主驱动2可以带动刀盘1转动，使刀盘1顺时针或逆时针变速转动，从而制动刀盘1。
护盾3上设有主梁5，主梁5前端固定在护盾3的中部上。主梁5的横截面积为矩形，如图2所示。主梁5的侧壁上固定有管片拼装机4和推进油缸6，即推进油缸6的缸体铰接在主梁5的侧壁上。
撑靴7通过鞍架14滑动设置在主梁5上。鞍架14上部设有滑动槽，主梁5下端设置在滑动槽内，从而使撑靴7与主梁5相滑动。推进油缸6另一端的活塞杆与鞍架14相铰接。鞍架14两端分别设有撑靴油缸11，撑靴油缸11可以左右伸缩。撑靴油缸11伸出端与撑靴7相连接，撑靴7上设有沟槽，该沟槽与管片上的相匹配，避免撑靴7直接作用在管片上，从而达到对隧道中安装后的管片进行保护。该沟槽为格栅形状的H型钢。
在整个主梁5上，调节推进油缸6的伸缩可以使鞍架14前后移动，从而带动整个撑靴7前后移动。同时，利用撑靴7与隧道上管片的静摩擦力为整个TBM提供向前掘进的反力，由于推进油缸6后端的活塞杆铰接在鞍架14上，前端的缸体铰接在主梁5上，推进油缸6伸出可以推动主梁5向前运动，从而使整个TBM向前掘进。
管片拼装机4由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。拼装机大梁用法兰连接在主梁5上，拼装机的支撑架通过左右各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中，一个内圈为齿圈形式的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支撑架相连，内圈通过法兰与旋转架相连，拼装头与旋转支架之间用两个伸缩油缸和一个横梁相连接。管片拼装机4可以实现多自由度的抓起，使管片可以在隧道内左右或前后倾斜旋转、向上顶起等动作，从而可以实现对隧道的左右和上下进行管片安装。管片拼装机4后端设有滑动轨道12，滑动轨道12设置在主梁5的下方。滑动轨道12上设有吊机13，吊机13下端可以吊装管片。需要安装的管片可以从整个TBM后方由吊机13吊起后通过滑动轨道12运送到管片拼装机4处。
主梁5后端的下方设有尾部支撑系统8，尾部支撑系统8在后端支起主梁5，从而使整个主梁5的上端是基本水平的，有利于撑靴7在主梁5上水平移动。尾部支撑系统8包括支撑架，支撑架中设有垂直调整油缸，用于调整整个尾部支撑系统8上下移动。支撑系统8下端设有凹槽，其与管片上的凸起相匹配。
刀盘1上设有刮沙板和流沙槽，刮沙板和流沙槽将前方的岩石块输送至皮带机9，皮带机9穿过主梁5一直延伸到整个TBM后端，皮带机9将其中的碎岩石块运送到TBM的后端。
工作过程：掘进时，主驱动2为刀盘1提供回转动力，带动刀盘1转动；调节撑靴油缸11使左右两侧的撑靴7分别支撑在隧道左右的管片上，尾部支撑系统8下端的凹槽与隧道中中已安装管片的凸起相配合从而支起主梁5的后端；推进油缸6伸出，推动主梁5将整个TBM向前推进，从而将推进力传递到刀盘1上；刀盘1在转动力和推动力的作用下，完成隧道的开挖。
当隧道围岩破碎时，为防止塌方，必须进行支护，因此需要管片安装，其过程具体为：调节撑靴油缸11使左右两侧的撑靴7分别支撑在隧道左右的管片上，尾部支撑系统8下端的凹槽与隧道中已安装管片的凸起相配合从而支起主梁5的后端；吊机13将管片经过滑动轨道12运送到管片拼装机4处；管片拼装机4将管片紧紧的安装在隧道的左右和上下，完成该区域的管片安装；撑靴油缸11收缩将撑靴7收起，推进油缸6收缩，从而将撑靴7向前移动，进行下个区域的安装。即在支护过程中就完成了管片安装，在实际工作中，其掘进和支护过程相互配合从而完成整个隧道的开挖和管片安装。
本发明利用管片安装机4将预制管片拼接成一个完整的环，管片紧紧抵住隧道岩壁，防止围岩向隧道内收缩。由于隧道碎石发生于顶部，顶部管片采用封闭密封结构，防止碎屑掉落；侧部与底部管片采用型钢支架结构，有效地利用支护材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种具有管片安装功能的敞开式TBM，包括刀盘（1）、主驱动（2）和护盾（3），所述刀盘（1）固定在护盾（3）的最前端，主驱动（2）固定在护盾（3）上，刀盘（1）后端与主驱动（2）固定连接，其特征在于：所述护盾（3）中部固定设有主梁（5），主梁（5）上依次设有管片拼装机（4）、推进油缸（6）和撑靴（7），推进油缸（6）与撑靴（7）相铰接；所述撑靴（7）滑动设在在主梁（5）上，撑靴（7）上设有沟槽。
2.根据权利要求1所述的具有管片安装功能的敞开式TBM，其特征在于，所述撑靴（7）通过鞍架（14）与主梁（5）滑动连接。
3.根据权利要求2所述的具有管片安装功能的敞开式TBM，其特征在于，所述鞍架（14）两端分别设有撑靴油缸（11），撑靴油缸（11）与撑靴（7）相连接。
4.根据权利要求3所述的具有管片安装功能的敞开式TBM，其特征在于，所述推进油缸（6）的缸体铰接在主梁（5）上，推进油缸（6）的活塞杆铰接在鞍架（14）上。
5.根据权利要求1或4所述的具有管片安装功能的敞开式TBM，其特征在于，所述主梁（5）后端设有具有支撑功能的尾部支撑系统（8）。
6.根据权利要求5所述的具有管片安装功能的敞开式TBM，其特征在于，所述主梁（5）下方设有水平的滑动轨道（12），滑动轨道（12）上设有用于吊装管片的吊机（13）。
7.根据权利要求1所述的具有管片安装功能的敞开式TBM，其特征在于，所述沟槽为格栅形状的H型钢。
8.根据权利要求6所述的具有管片安装功能的敞开式TBM，其特征在于，其掘进时的工作过程为：所述主驱动（2）为刀盘（1）提供回转动力，带动刀盘（1）转动；调节撑靴油缸（11）使左右两侧的撑靴（7）分别支撑在隧道左右的管片上；推进油缸（6）伸出，推动主梁（5）将整个TBM向前推进，从而将推进力传递到刀盘（1）上；刀盘（1）在转动力和推动力的作用下，完成隧道的开挖。
9.根据权利要求6所述的具有管片安装功能的敞开式TBM，其特征在于，其支护时的工作过程为：所述调节撑靴油缸（11）使左右两侧的撑靴（7）分别支撑在隧道左右的管片上；将管片运送到管片拼装机（4）处；管片拼装机（4）将管片紧紧的安装在隧道的左右和上下，完成该区域的管片安装；撑靴油缸（11）收缩将撑靴（7）收起，推进油缸（6）收缩，从而将撑靴（7）向前移动，进行下个区域的安装。
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