CN108397208A - 一种双护盾tbm - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双护盾TBM，包括用于构成主架的前盾、伸缩盾、撑紧盾和尾盾，主推油缸的一端连接于撑紧盾，还包括：用于在进行换步操作时固定前盾和刀盘位置的稳定器，若干个稳定器设置于前盾内，且稳定器能够伸出于前盾并与洞壁支撑；用于将管片吊运系统搬运来的管片进行组装的管片拼装机，管片拼装机设置于主架上；用于安装钢拱架的钢拱架安装器，钢拱架安装器设置于管片拼装机上，且位于管片拼装机的后部；用于在洞壁进行临时锚杆支撑的锚杆钻机，锚杆钻机与钢拱架安装器、控制装置连接；用于向洞壁上喷射混凝土的喷混装置，喷混装置设置于主架的轨道上。本申请具有管片模式和锚杆支护模式，适用范围更广。

Description

一种双护盾TBM

技术领域

本发明涉及掘进设备技术领域，更具体地说，涉及一种双护盾TBM。

背景技术

传统双护盾TBM设备对于施工提供两种掘进模式，分别应用于不同围岩情况下，两种掘进模式换步时均需通过辅推系统顶推管片以提供换步反力，因此不管围岩情况如何均需拼装管片方能掘进。而在能使用双护盾模式掘进的地段，围岩情况相对较好，采用管片支护将会造成“过支护”，尤其是在水利隧洞的施工规范要求中，在围岩较好的隧洞段可以不进行最终支护，亦是可以满足隧洞输水的设计要求。另外，由于管片采用分块的结构设计，存在拼装成环成型效果差、分块密封难以保证等缺陷。当使用管片作为永久支护手段时，加之壁后回填注浆效果难以保证，这些缺陷将会造成隧道跑、冒、滴、漏等问题，给隧道的使用和寿命带来诸多问题。

而在铁路隧道的施工规范中，隧道的最终衬砌均要求采用模板现浇衬砌，无需拼装预制好的管片，保证隧道的使用寿命和成型质量。在铁路隧道中，需要采用敞开模式的TBM用于隧道开挖并进行初次支护，而后通过模板现浇混凝土完成最终隧道衬砌。

因此传统双护盾TBM设备对于施工工法的选择具有极大制约性，无法灵活面对多种支护形式的需要和隧洞设计要求，且预制管片成本较高，成型效果难以保证。

综上所述，设计一种既可拼装管片支护，也可不拼装管片进行锚喷支护的双护盾TBM是非常有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双护盾TBM，该双护盾TBM既可拼装管片支护，也可不拼装管片进行锚喷支护。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双护盾TBM，包括用于构成主架的前盾、伸缩盾、撑紧盾和尾盾，主推油缸的一端连接于所述撑紧盾，还包括：

用于在进行换步操作时固定所述前盾和刀盘位置的稳定器，若干个所述稳定器设置于所述前盾内，且所述稳定器能够伸出于所述前盾并与洞壁支撑；

用于将管片吊运系统搬运来的管片进行组装的管片拼装机，所述管片拼装机设置于所述主架上；

用于安装钢拱架的钢拱架安装器，所述钢拱架安装器设置于所述管片拼装机上，且位于所述管片拼装机的后部；

用于在洞壁进行临时锚杆支撑的锚杆钻机，所述锚杆钻机与所述钢拱架安装器、控制装置连接；

用于向洞壁上喷射混凝土的喷混装置，所述喷混装置设置于所述主架的轨道上。

优选的，所述前盾内设置有至少4个所述稳定器，所述稳定器包括伸缩油缸，所述伸缩油缸的一端与所述前盾连接，另一端设有用于支撑洞壁的支撑块结构。

优选的，所述主推油缸端部的球头通过环形的压板连接于所述撑紧盾，所述压板套接与所述球头的根部，所述压板由两个半弧形的柱体组成。

优选的，所述撑紧盾上固定设置有底板，所述底板上设有连接所述球头的凹槽，且所述底板上设有台阶面；

所述压板上设置有与所述台阶面配合连接的配合台阶面，且所述台阶面和所述配合台阶面之间设有垫片。

优选的，所述撑紧盾包括用于撑紧洞壁的撑靴，所述撑靴连接所述伸缩油缸。

优选的，所述控制装置包括用于控制管片操作的管片系统以及用于控制锚杆支护的锚杆支护系统，所述管片系统与所述管片拼装机、管片吊运系统控制连接，所述锚杆支护系统与所述钢拱架安装器、锚杆钻机和所述喷混装置控制连接。

优选的，所述控制装置与所述主推油缸、辅推油缸连接，所述辅推油缸设置于所述前盾内部，并与所述刀盘连接。

优选的，还包括用于向所述洞壁进行钢筋网固定的钢筋网安装器，所述钢筋网安装器与所述控制装置连接。

上述实施例所提供的双护盾TBM保留设有管片吊运系统和管片拼装机，并设置钢拱架安装器、锚杆钻机和喷混装置，上述管片吊运系统和管片拼装机能够实现管片拼装模式，而钢拱架安装器、锚杆钻机和喷混装置能够用于实现无管片拼装模式，二者之间可以采用控制装置进行控制和切换，能够实现在管片系统的基础之上进行无管片的拼装模式。由于在前盾设置若干个稳定器，能够提高撑紧能力，在换步时稳定作为固定支点的刀盘及前盾。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的双护盾TBM的管片拼装模式示意图；

图2为本发明所提供的双护盾TBM的无管片拼装模式示意图。

图1-2中：

1-前盾、2-稳定器、3-伸缩盾、4-撑紧盾、5-尾盾、6-管片拼装机、7-钢拱架安装器、8-锚杆钻机、9-喷混装置、10-第一环拱架。

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做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。

本发明的核心是提供一种双护盾TBM，该双护盾TBM既可拼装管片支护，也可不拼装管片进行锚喷支护。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的双护盾TBM的管片拼装模式示意图；图2为本发明所提供的双护盾TBM的无管片拼装模式示意图。

本申请所提供的一种双护盾TBM，包括用于构成主架的以下设备：前盾1、伸缩盾3、撑紧盾4和尾盾5，主推油缸的一端连接于撑紧盾4，还包括：稳定器2、管片拼装机6、钢拱架安装器7、锚杆钻机8和喷混装置9。

在进行换步操作时，稳定器2用于固定前盾1和刀盘位置，若干个稳定器2设置于前盾1内，且稳定器2能够伸出于前盾1并与洞壁支撑。可选的，上述稳定器2可以为连接于前盾1内的油缸，通过伸出于前盾1实现与洞壁的压紧支撑。通常在稳定器2内会设置若干个稳定器2，稳定器2可以沿周向均匀地设置在前盾1上，以便在不同方向上实现对前盾1和刀盘的稳定支撑。

管片拼装机6用于将管片吊运系统搬运来的管片进行组装，管片拼装机6设置于主架上。现有技术中通常采用将管片直接进行支护的方式，本申请中选用管片吊运系统将管片进行搬运和移动，然后通过管片拼装机6对管片进行拼装和安装。

钢拱架安装器7用于安装钢拱架，钢拱架安装器7设置于管片拼装机6上，且位于管片拼装机6的后部。请参考图1，图1中的左侧为前侧，右侧为后侧，管片拼装机6使用时需要对管片进行移动，为了不影响管片的操作，因此，安装钢拱架设置在管片拼装机6的后部。

锚杆钻机8用于在洞壁进行临时锚杆支撑，锚杆钻机8与钢拱架安装器7连接，并与控制装置控制连接，通过控制装置控制其工作与关闭。可选的，锚杆钻机8可以选用现有技术中岩壁施工常用的锚杆钻机，并将其与控制装置控制连接。

喷混装置9用于向洞壁上喷射混凝土，以便在掘进过程保证洞壁的安全，喷混装置9设置于主架的轨道上。

上述实施例所提供的双护盾TBM保留设有管片吊运系统和管片拼装机6，并设置钢拱架安装器7、锚杆钻机8和喷混装置9，能够实现在管片系统的基础之上进行无管片的拼装模式。由于在前盾1设置若干个稳定器，能够提高撑紧能力，实现在换步时稳定作为固定支点的刀盘及前盾1。

可选的，上述锚杆钻机8还可以为锚杆超前钻系统。

可选的，上述双护盾TBM中还可以设置应急喷混等锚喷支护系统。

在上述实施例的基础之上，前盾1内设置有至少4个稳定器2，稳定器2包括伸缩油缸，伸缩油缸的一端与前盾1连接，另一端设有用于支撑洞壁的支撑块结构。

双护盾TBM无管片拼装模式下换步前需要将前稳定器2伸出撑紧洞壁，以确保在换步过程中刀盘及前盾1的稳定。而稳定器2数量较少的情况下撑紧力小，无法稳定住刀盘及前盾；为防止出现稳定器无法稳定住刀盘及前盾导致换步过程中刀盘前盾后移现象，在前盾上增加稳定器数量以增大撑紧力，固定刀盘和前盾1，使之成为换步时拖拉后配套的固定支点。

在上述实施例的基础之上，主推油缸端部的球头通过环形的压板连接于撑紧盾4，压板套接与球头的根部，压板由两个半弧形的柱体组成。

在上述实施例的基础之上，撑紧盾4上固定设置有底板，底板上设有连接球头的凹槽，且底板上设有台阶面；压板上设置有与台阶面配合连接的配合台阶面，且台阶面和配合台阶面之间设有垫片。

在上述实施例的基础之上，撑紧盾4包括用于撑紧洞壁的撑靴，撑靴连接可以伸缩的油缸。

在上述实施例的基础之上，控制装置包括用于控制管片操作的管片系统以及用于控制锚杆支护的锚杆支护系统，管片系统与管片拼装机6、管片吊运系统控制连接，锚杆支护系统与钢拱架安装器7、锚杆钻机8和喷混装置9控制连接。

在上述实施例的基础之上，控制装置与主推油缸、辅推油缸连接，辅推油缸设置于前盾1内部，并与刀盘连接。

在上述实施例的基础之上，还包括用于向洞壁进行钢筋网固定的钢筋网安装器，钢筋网安装器与控制装置连接。

本申请所提供的双护盾TBM如图1、2所示，本发明专利中新增支护设备主要包括钢拱架安装器7、钢筋网安装器、锚杆钻机8、喷射装置9，并可以一定程度的增加稳定器2及撑靴油缸的数量。

本申请提供的双护盾TBM可以有两种掘进模式，包括管片模式和无管片锚喷支护模式。

双护盾TBM以管片模式掘进时，撑紧盾4的撑靴及稳定器2同时撑紧洞壁，主推油缸推动刀盘以便使刀盘向前掘进，同时管片吊运系统吊运管片至管片拼装机处拼装。此模式下的双护盾TBM在换步时，可以依靠辅推油缸顶推管片将撑紧盾和后配套向前推进实现换步。

双护盾TBM以无管片锚喷支护模式掘进时，撑紧盾4的撑靴伸出撑紧洞壁，主推系统工作，依靠主推系统推动刀盘向前掘进，掘进的同时可进行锚喷支护作业，与传统双护盾TBM使用双护盾模式掘进的同时亦可拼装管片的施工模式相同。此模式下的双护盾TBM在换步时，稳定器向外扩张撑紧，用以固定刀盘和前盾1，依靠主推系统回缩拉动撑紧盾和后配套前移。在此种模式下，掘进推进和换步均使用主推系统。

为实现双护盾TBM无管片模式掘进，本申请在传统TBM原有设备上增设钢拱架安装器7、钢筋网安装器、锚杆钻机8和喷射装置9。本专利旨在提供能在管片支护模式与无管片锚喷支护模式之间在线快速切换的改良型双护盾TBM方案，锚喷支护设备设置在钢拱架安装器7的后部，以避免影响原有管片拼装系统功能。

传统双护盾TBM主推油缸两端均采用球头结构，安装压板板配焊底板的方式固定主推油缸，油缸所能承受拉力较小，双护盾TBM管片拼装模式下换步主要依靠辅推系统推力推动撑紧盾和后配套前移，此时主推系统处于自由浮动状态，所受拉力较小；双护盾TBM无管片拼装模式下换步主要依靠主推系统回缩拉动撑紧盾和后配套前移，此时主推油缸所受拉力较大。而主推油缸球头原有固定结构在拉力过大时则会导致压板脱落，严重时油缸掉落造成停机风险。故优化油缸固定结构，使其能承受拉伸重载。

在一个具体的实施例中，同时撑紧盾4依靠主推系统拉力前行，在撑紧盾4底部积渣时，会出现撑紧盾姿态上仰的情况，故需要采用主推系统分组行程控制技术，保证撑紧盾姿态的稳定。

双护盾TBM在双护盾模式下掘进时，刀盘推力有一部分可由辅推系统来提供，此时对于撑靴的撑紧力要求不高。而当双护盾TBM采用无管片锚喷推进时，刀盘推力主要依靠撑靴撑紧洞壁来提供推进反力，对于撑紧力要求较大。故在改良型双护盾TBM中，撑紧盾中增加撑靴油缸数量，增大撑紧力满足刀盘的推进要求。

本申请优化主推系统固定结构，使之在伸出、回缩过程中均可正常工作，为换步时拖动后配套前行提供足够的拉力；通过增大撑靴撑紧力，在无辅推系统提供额外推进反力的情况下，满足掘进推力要求；另外，主推系统回缩换步时采用分组行程控制，区别于传统双护盾TBM换步时的自由浮动状态，用以调整撑紧盾姿态，满足掘进方向要求。

除了上述各个实施例中所提供的双护盾TBM的主要结构，该双护盾TBM的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的双护盾TBM进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种双护盾TBM，包括用于构成主架的前盾(1)、伸缩盾(3)、撑紧盾(4)和尾盾(5)，主推油缸的一端连接于所述撑紧盾(4)，其特征在于，还包括：

用于在进行换步操作时固定所述前盾(1)和刀盘位置的稳定器(2)，若干个所述稳定器(2)设置于所述前盾(1)内，且所述稳定器(2)能够伸出于所述前盾(1)并与洞壁支撑；

用于将管片吊运系统搬运来的管片进行组装的管片拼装机(6)，所述管片拼装机(6)设置于所述主架上；

用于安装钢拱架的钢拱架安装器(7)，所述钢拱架安装器(7)设置于所述管片拼装机(6)上，且位于所述管片拼装机(6)的后部；

用于在洞壁进行临时锚杆支撑的锚杆钻机(8)，所述锚杆钻机(8)与所述钢拱架安装器(7)、控制装置连接；

用于向洞壁上喷射混凝土的喷混装置(9)，所述喷混装置(9)设置于所述主架的轨道上。

2.根据权利要求1所述的双护盾TBM，其特征在于，所述前盾(1)内设置有至少4个所述稳定器(2)，所述稳定器(2)包括伸缩油缸，所述伸缩油缸的一端与所述前盾(1)连接，另一端设有用于支撑洞壁的支撑块结构。

3.根据权利要求2所述的双护盾TBM，其特征在于，所述主推油缸端部的球头通过环形的压板连接于所述撑紧盾(4)，所述压板套接于所述球头的根部，所述压板由两个半弧形的柱体组成。

4.根据权利要求3所述的双护盾TBM，其特征在于，所述撑紧盾(4)上固定设置有底板，所述底板上设有连接所述球头的凹槽，且所述底板上设有台阶面；

所述压板上设置有与所述台阶面配合连接的配合台阶面，且所述台阶面和所述配合台阶面之间设有垫片。

5.根据权利要求4所述的双护盾TBM，其特征在于，所述撑紧盾(4)包括用于撑紧洞壁的撑靴，所述撑靴连接所述伸缩油缸。

6.根据权利要求1至5任一项所述的双护盾TBM，其特征在于，所述控制装置包括用于控制管片操作的管片系统以及用于控制锚杆支护的锚杆支护系统，所述管片系统与所述管片拼装机(6)、管片吊运系统控制连接，所述锚杆支护系统与所述钢拱架安装器(7)、锚杆钻机(8)和所述喷混装置(9)控制连接。

7.根据权利要求6所述的双护盾TBM，其特征在于，所述控制装置与所述主推油缸、辅推油缸连接，所述辅推油缸设置于所述前盾(1)内部，并与所述刀盘连接。

8.根据权利要求6所述的双护盾TBM，其特征在于，还包括用于向所述洞壁进行钢筋网固定的钢筋网安装器，所述钢筋网安装器与所述控制装置连接。