CN109826637A - 一种双结构tbm及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双结构TBM及其施工方法，包括周向设置有盾体推进油缸的护盾，护盾内通过盾体油缸连接有主驱动，主驱动的前部连接有刀盘，主驱动的后部连接有主梁，所述主梁上设置有喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元，喷锚支护掘进单元包括钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手，锚杆钻机的后方设置有主梁推进油缸，主梁推进油缸的前端铰接在主梁上、后端铰接有撑靴单元，撑靴单元沿主梁的轴线滑动设置，撑靴单元后方的主梁上滑动设置有后支撑单元，管片支护掘进单元包括管片拼装机，管片拼装机、钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手均设置在护盾的后方。本发明可以实现喷锚支护掘进模式与管片支护掘进模式的转换。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，特别是指一种双结构TBM。
背景技术
随着中国盾构事业的蓬勃发展，硬岩掘进机（简称TBM）的应用也越来越多，TBM可分为敞开式TBM和护盾式TBM。
敞开式TBM由推进油缸为主机提供前进动力，通过撑靴撑紧洞壁，为推进油缸提供反力。敞开式采用喷锚支护方式，主要是安装钢拱架、钢筋排、锚杆、喷砼等。敞开式TBM盾体较短且可缩回，卡机风险较低。但在破碎围岩时，拱部落渣严重；易造成支护、清渣工作量大，撑靴无法直接撑紧破碎围岩，掘进效率大大降低。在岩爆地层掘进时，人员与设备裸露缺乏保护，安全风险较高。
护盾式TBM由推进油缸为主机提供前进动力，管片为推进油缸提供反力。护盾式TBM采用管片支护方式。护盾式TBM由于盾体较长，卡机风险较高，尤其在大变形收敛地层掘进，卡机处理时间较长，影响掘进效率。
由于地层结构复杂多样，单一结构形式的TBM无法满足施工需求，单一结构形式的TBM断层破碎密集带、软岩大变形地层、高应力岩爆地层等不良地质施工难度大，而且现有TBM无法灵活的在喷锚支护与管片支护之间进行切换。因此，任一种单一结构形式的TBM在面对情况复杂的围岩地质时，均有一定的局限性。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种双结构TBM，解决了现有TMB无法在岩爆、大变形、断层破碎带、蚀变岩等不良地质中完好适用的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种双结构TBM，包括护盾，护盾的周向设置有盾体推进油缸，护盾内通过盾体油缸连接有主驱动，主驱动的前部连接有刀盘，主驱动的后部连接有主梁，所述主梁上设置有喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元，喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元可以便捷地相互转换，依此来适应复杂多变的地质掘进。喷锚支护掘进单元包括钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手，钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手可分别进行钢拱架拼装、锚杆支护和喷砼支护。锚杆钻机的后方设置有主梁推进油缸，主梁推进油缸的前端铰接在主梁上、后端铰接有撑靴单元，撑靴单元沿主梁的轴线滑动设置，撑靴单元可配合钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手进行喷锚支护掘进。撑靴单元后方的主梁上滑动设置有后支撑单元，管片支护掘进单元包括管片拼装机，后支撑单元可配合管片拼装机和盾体推进油缸进行管片拼装掘进。管片拼装机、钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手均设置在护盾的后方，巧妙地避免了护盾对管片拼装机、钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手等支护装置的干涉。
进一步地，所述护盾包括上护盾和下护盾、左右对称的左护盾和右护盾，上护盾与左护盾和右护盾之间、下护盾与左护盾和右护盾之间均设置有连接护盾，连接护盾的一端与上护盾或下护盾铰接、另一端与左护盾或右护盾插接配合。
进一步地，所述盾体油缸设置在主驱动与上护盾、左护盾和右护盾之间，盾体油缸能够根据掘进情况进行伸缩，进而调节盾体的形状，避免了卡盾的风险，提高了通行性能。所述盾体推进油缸分别设置在上护盾、下护盾、左护盾和右护盾上。
进一步地，所述管片拼装机和钢拱架拼装机为一体机，使整个装置更加紧凑，节省了安装和操作空间。管片拼装机设置在锚杆钻机的前方，有效保证了管片支护的便捷性。
进一步地，所述撑靴单元包括滑动套设在主梁上的鞍架，鞍架的底端设置有鞍架油缸，鞍架油缸的底端设置有鞍架靴板。鞍架油缸可带动鞍架靴板伸缩，进而能够满足鞍架对主梁的支撑，同时也便于换步及掘进模式切换的进行。鞍架的左右两侧分别连接有左撑靴油缸和右撑靴油缸，左撑靴油缸和右撑靴油缸的外端部均铰接有撑靴。
进一步地，所述鞍架包括的左鞍板和右鞍板，左鞍板和右鞍板的底端均设置有鞍架油缸，左鞍板和右鞍板通过上横梁和下横梁连接，所述主梁穿插在左鞍板、右鞍板、上横梁和下横梁之间。
进一步地，所述上横梁包括连接在左鞍板和右鞍板前侧的前上横梁和后上横梁，下横梁包括连接在左鞍板和右鞍板后侧的前下横梁和后下横梁，所述左撑靴油缸和右撑靴油缸设置在前上横梁和后上横梁之间。
进一步地，所述左前腿和右前腿通过前铰接轴铰接连接，左后腿和右后腿通过后铰接轴铰接连接，铰接连接的方式使得各个鞍架腿可以在铰接处相互转动，便于在外力作用下带动主梁上下摆动、左右摆动和周向转动。
进一步地，所述左撑靴油缸和右撑靴油缸均包括上下对应的上撑靴油缸和下撑靴油缸，两个上撑靴油缸通过连接轴固定连接，连接轴上开设有安装槽及穿过安装槽的竖孔，安装槽内活动设置有横轴，安装槽的尺寸大于横轴的尺寸，横轴的前端与前上横梁相连、后端与后上横梁相连，竖孔内设置有鞍架竖轴，鞍架竖轴穿过横轴且与横轴铰接相连。
进一步地，所述鞍架与撑靴油缸之间设置有左右对称的前部竖直调向油缸，两个前部竖直调向油缸的一端铰接在左鞍板或右鞍板上、另一端铰接在撑靴油缸上。在前部竖直调向油缸的驱动下，鞍架可相对撑靴提升、下降和转动。
进一步地，所述后支撑单元包括滑动套设在主梁上的后支撑滑动架，后支撑滑动架的两侧均设置有后部竖直调向油缸，后部竖直调向油缸的上端部与后支撑滑动架铰接、下端部铰接有后支撑。在后部竖直调向油缸的驱动下，可带动后支撑滑动架相对撑靴油缸提升、下降和转动。
进一步地，所述后支撑为倒U形的箱体，后支撑的左右两个侧腔内设置有后支撑油缸，后支撑油缸的上端与后支撑铰接、下端铰接有后支撑靴板。
进一步地，所述后支撑上连接左右两个侧腔的水平腔体内设置有双作用油缸，水平腔体开设有安装口，双作用油缸的壳体通过安装口铰接在后支撑滑动架上，双作用油缸的两端分别铰接在后支撑上。双作用油缸可带动后支撑滑动架左右移动，还可配合后部竖直调向油缸，带动后支撑滑动架转动，进而带动主梁转动。
进一步地，所述后支撑滑动架与主梁之间设置有后支撑滑动油缸，后支撑滑动油缸沿主梁的轴线设置，后支撑滑动油缸的一端铰接在主梁上、另一端铰接在后支撑滑动架上。
一种双结构TBM的施工方法，包括喷锚支护掘进模式和管片支护掘进模式，喷锚支护掘进模式包括以下步骤：
步骤一：掘进，控制撑靴油缸伸出，撑靴撑紧隧道洞壁为TBM提供向前掘进的反力，控制后支撑油缸缩回，后支撑靴板离开隧道洞壁，控制主梁推进油缸伸出，主梁带动刀盘向前掘进；
步骤二：支护，在步骤一掘进过程中，控制钢拱架拼装机进行钢拱架的拼装，控制锚杆钻机进行锚杆支护，控制喷砼机械手进行喷砼支护；
步骤三：换步，当步骤一中的主梁推进油缸达到伸出行程终点后，控制步骤一中的后支撑油缸伸出，后支撑靴板撑紧隧道洞壁，控制步骤一中的撑靴油缸缩回，撑靴离开隧道洞壁，控制到达伸出行程终点的主梁推进油缸缩回至缩回行程终点，主梁推进油缸带动鞍架沿主梁向前滑动至下一个撑紧位置；
步骤四：依次重复操作步骤一、步骤二和步骤三；
所述管片支护掘进模式包括以下步骤：
步骤五：掘进，控制后支撑油缸伸出，后支撑油缸带动后支撑靴板撑紧隧道洞壁，控制鞍架油缸收回，鞍架油缸带动鞍架靴板离开隧道洞壁，控制撑靴油缸收回，撑靴油缸带动撑靴离开隧道洞壁，同步控制盾体推进油缸和后支撑滑动油缸伸出，盾体推进油缸顶压在后方的管片上为TBM提供向前掘进的反力，同时主梁相对后支撑滑动架向前移动，刀盘同步向前掘进；
步骤六，支护，当步骤四中的盾体推进油缸达到伸出行程终点后，控制步骤五中的盾体推进油缸收回，控制管片拼装机在盾体推进油缸的收回前的位置进行管片拼装；
步骤七，换步，控制步骤四中的鞍架油缸伸出，鞍架油缸带动鞍架靴板支撑在隧道洞壁上，控制步骤五中的盾体推进油缸收回，后支撑油缸带动后支撑靴板离开隧道洞壁，控制后支撑滑动油缸收回，后支撑滑动油缸带动后支撑单元沿主梁向前滑动至下一个支撑位置；
步骤八：依次重复操作步骤五、步骤六、步骤七。
进一步地，所述喷锚支护掘进模式还包括模式一调向控制，所述模式一调向控制包括模式一上下调向，模式一上下调向时，控制前部竖直调向油缸伸出或收回，前部竖直调向油缸带动主梁上下摆动。
进一步地，所述模式一调向控制包括模式一左右调向，模式一左右调向时，控制左撑靴油缸伸出且同时控制右撑靴油缸收回，或控制左撑靴油缸收回且同时控制右撑靴油缸伸出，左撑靴油缸和右撑靴油缸带动主梁左右摆动。
进一步地，所述模式一调向控制包括模式一转动调向，模式一转动调向时，控制一侧前部竖直调向油缸伸出、另一侧前部竖直调向油缸收回，在前部竖直调向油缸的驱动下鞍架带动主梁绕自身轴线转动。
进一步地，所述喷锚支护掘进模式还包括模式二调向控制，模式二调向控制包括模式二上下调向，模式二上下调向时，控制后部竖直调向油缸伸出或收回，在后部竖直调向油缸的驱动下后支撑滑动架带动主梁上下摆动。
进一步地，所述模式二调向控制包括模式二左右调向，模式二左右调向时，控制双作用油缸向左或者向右伸缩，在双作用油缸的驱动下后支撑滑动架带动主梁左右摆动。
进一步地，所述模式二调向控制包括模式二转动调向，模式二转动调向时，控制一侧后部竖直调向油缸伸出、另一侧后部竖直调向油缸收回，在后部竖直调向油缸的驱动下后支撑滑动架带动主梁绕自身轴线转动。
进一步地，所述喷锚支护掘进模式中，控制盾体推进油缸、鞍架油缸和后支撑滑动油缸均处于完全收回且锁死状态，控制后部竖直调向油缸和双作用油缸处于设定中位且锁死状态。
进一步地，所述管片支护掘进模式中，控制主梁推进油缸处于完全收回且锁死状态，控制撑靴油缸和前部竖直调向油缸处于设定中位且锁死状态。
本发明可以切换喷锚支护掘进模式和管片支护掘进模式，在稳定地质情况下，采用喷锚支护掘进模式，实现边掘进边支护、同时降低施工成本。在断层破碎带地质情况下，采用管片支护掘进模式，减少清渣与支护工作量，依然可实现TBM高效掘进。在岩爆地质情况下，采用管片支护掘进模式，管片起到对人员及设备的防护作用，降低岩爆造成的损失。在大变形地质情况下掘进，由于该TBM盾体长度短且可伸缩，可大大降低卡盾体风险。本发明在地质适应性、掘进效率、施工成本方面综合优势突出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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为本发明喷锚支护掘进模式时掘进阶段的侧视结构示意图；
图2为图1中A-A向视图；
图3为图1中B-B向视图；
图4为图2中C-C向视图
图5为本发明喷锚支护掘进模式时换步和支护阶段的侧视结构示意图；
图6为图5中D-D向视图；
图7为图5中E-E向视图；
图8为图7中F-F向视图；
图9为本发明管片支护掘进模式时掘进阶段的侧视结构示意图；
图10为图9中G-G向视图；
图11为图9中H-H向视图；
图12为本发明管片支护掘进模式时换步和支护阶段的侧视结构示意图；
图13为图12中I-I向视图；
图14为图12中J-J向视图；
图15为图1中K-K向视图。
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。
实施例1，一种双结构TBM，如图1、图15所示，包括护盾1，护盾1的周向方向设置有盾体推进油缸3-2，盾体推进油缸3-2在管片支护掘进模式中提供反力，在盾体推进油缸3-2的循环伸出和收回的过程中逐步将盾体1向前推进。护盾1内通过盾体油缸1-4连接有主驱动1-2，主驱动1-2的前部连接有刀盘1-3，主驱动的后部连接有主梁1-1，在盾体推进油缸3-2带动盾体1向前推进的过程中，带动主驱动1-2、刀盘1-3和主梁1-1同步向前。
所述护盾1包括上护盾1-6和下护盾1-7、左右对称的左护盾1-8和右护盾1-9，上护盾1-6与左护盾1-8和右护盾1-9之间、下护盾1-7与左护盾1-8和右护盾1-9之间均设置有连接护盾1-10。连接护盾1-10的一端与上护盾1-6或下护盾1-7铰接、另一端与左护盾1-8或右护盾1-9插接配合。所述盾体油缸1-4设置在主驱动1-2与上护盾1-6、左护盾1-8和右护盾1-9之间，所述盾体推进油缸3-2分别设置在上护盾1-6、下护盾1-7、左护盾1-8和右护盾1-9上。盾体油缸1-4能够根据掘进情况进行伸缩，进而调节盾体1的形状，避免了卡盾的风险，提高了通行性能。
所述主梁1-1上设置有喷锚支护掘进单元2和管片支护掘进单元3，喷锚支护掘进单元2和管片支护掘进单元3可以便捷地相互转换，依此来适应复杂多变的地质掘进。在稳定地质情况下，采用喷锚支护掘进单元2，实现边掘进边支护、同时降低施工成本。在断层破碎带地质情况下，采用管片支护掘进单元3，减少清渣与支护工作量，依然可实现TBM高效掘进。在岩爆地质情况下，采用管片支护掘进单元3，管片起到对人员及设备的防护作用，降低岩爆造成的损失。
所述喷锚支护掘进单元2包括钢拱架拼装机2-1、锚杆钻机2-2和喷砼机械手2-3，钢拱架拼装机2-1、锚杆钻机2-2和喷砼机械手2-3可分别进行钢拱架拼装、锚杆支护和喷砼支护。锚杆钻机2-2的后方设置有主梁推进油缸2-4，主梁推进油缸2-4的前端铰接在主梁1-1上、后端铰接有撑靴单元4，撑靴单元4沿主梁1-1的轴线滑动设置。撑靴单元4可配合钢拱架拼装机2-1、锚杆钻机2-2和喷砼机械手2-3进行喷锚支护掘进。撑靴单元4后方的主梁1-1上滑动设置有后支撑单元5，在撑靴单元4进行换步时，后支撑单元5可以用于对主梁1-1进行支撑。
所述管片支护掘进单元3包括管片拼装机3-1、盾体推进油缸3-2，管片拼装机3-1包括管片抓举头3-3。在盾体推进油缸3-2进行换步和掘进时，后支撑单元5可用于对主梁1-1进行支撑，在后支撑单元5和盾体推进油缸3-2在换步时，撑靴单元4可用于对主梁进行支撑。
所述管片拼装机3-1、钢拱架拼装机2-1、锚杆钻机2-2和喷砼机械手2-3均设置在护盾1的后方，巧妙地避免了护盾1对管片拼装机3-1、钢拱架拼装机2-1、锚杆钻机2-2和喷砼机械手2-3等支护装置的干涉，使本实施例可以便捷地切换两种掘进模式。在切换两种掘进模式时，不仅不会相互影响，还能够相互辅助换步。另外，在大变形地质情况下掘进，由于护盾1长度短且主梁1-1上的撑靴单元4和后支撑单元5均可伸缩，可大大降低卡盾体的风险。
实施例2，一种双结构TBM，所述管片拼装机3-1和钢拱架拼装机2-1一体设计，使整个装置更加紧凑，节省了安装和操作空间。管片拼装机3-1设置在锚杆钻机2-2的前方，有效保证了管片支护的便捷性。
本实施例的其他结构与实施例1相同。
实施例3，一种双结构TBM，如图1、图2所示，所述撑靴单元4包括滑动套设在主梁1-1上的鞍架4-1，鞍架4-1的底端设置有鞍架油缸4-2，鞍架油缸4-2的底端设置有鞍架靴板4-3。鞍架油缸4-2可带动鞍架靴板4-3伸缩，进而能够满足鞍架4-1对主梁1-1的支撑，同时也便于换步及掘进模式切换的进行。鞍架4-1的左右两侧分别连接有左撑靴油缸4-4和右撑靴油缸4-5，左撑靴油缸4-4和右撑靴油缸4-5的外端部均铰接有撑靴4-6，撑靴4-6可在两侧撑靴油缸的带动下撑紧隧道洞壁，为喷锚支护掘进单元提供盾体1前进的反力。
本实施例的其他结构与实施例1或2相同。
实施例4，一种双结构TBM，如图1、图2所示，包括左鞍板4-11和右鞍板4-12，左鞍板4-11和右鞍板4-12的底端均设置有鞍架油缸4-2，左鞍板4-11和右鞍板4-12通过上横梁4-13和下横梁4-14连接。所述主梁1-1穿插在左鞍板4-11、右鞍板4-12、上横梁4-13和下横梁4-14之间，鞍架4-1能够相对主梁1-1滑动，同时能够对主梁1-1进行支撑。
所述上横梁4-13包括连接在左鞍板4-11和右鞍板4-12前侧的前上横梁4-131和后上横梁4-132。下横梁14包括连接在左鞍板4-11和右鞍板4-12后侧的前下横梁4-141和后下横梁。所述左撑靴油缸4-5和右撑靴油缸4-5设置在前上横梁4-131和后上横梁4-132之间，既能保证撑靴油缸不会与鞍架4-1发生干涉，又节省了内部安装空间，保证了运行的稳定性。
本实施例的其他结构与实施例1或2或3相同。
实施例5，一种双结构TBM，如图4所示，所述左撑靴油缸4-4和右撑靴油缸4-5均包括上下对应的上撑靴油缸4-51和下撑靴油缸4-52，两个上撑靴油缸4-51通过连接轴4-53固定连接，连接轴4-53上开设有安装槽4-7及穿过安装槽4-7的竖孔4-71，安装槽4-7内活动设置有横轴4-72，安装槽4-7的尺寸大于横轴4-72的尺寸，能够实现撑靴4-6与鞍架4-1之间的相对移动，进而对主梁1-1进行调向。横轴4-72的前端与前上横梁4-131相连、后端与后上横梁4-132相连，竖孔4-71内设置有鞍架竖轴4-73，鞍架竖轴4-73穿过横轴4-72且与横轴4-72铰接相连。
本实施例的其他结构与实施例4相同。
实施例6，一种双结构TBM，如图2所示，所述鞍架4-1与撑靴油缸之间设置有左右对称的前部竖直调向油缸4-8，两个前部竖直调向油缸4-8的一端铰接在左鞍板4-11或右鞍板4-12上、另一端铰接在撑靴油缸上。铰接连接的方式使得撑靴4-6可以在铰接处相对鞍架4-1转动，在前部竖直调向油缸4-8的带动下，主梁1-1能够进行上下摆动、左右摆动和周向转动。
本实施例的其他结构与实施例5相同。
实施例7，一种双结构TBM，如图3所示，所述后支撑单元5包括滑动套设在主梁1-1上的后支撑滑动架5-1，后支撑滑动架5-1的两侧均设置有后部竖直调向油缸5-2，后部竖直调向油缸5-2的上端部与后支撑滑动架5-1铰接、鞍架4-1与撑靴油缸之间设置有左右对称的前部竖直调向油缸4-8，两个前部竖直调向油缸4-8的一端铰接在左鞍板4-11或右鞍板4-12上、另一端铰接在撑靴油缸上。在后部竖直调向油缸5-2的驱动下，可带动后支撑滑动架5-1提升、下降和转动，进而带动主梁1-1做出相应的调节。
所述后支撑5-8为倒U形的箱体，后支撑5-8的左右两个侧腔内设置有后支撑油缸5-4，后支撑油缸5-4的上端与后支撑5-8铰接、下端铰接有后支撑靴板5-3
本实施例的其他结构可以与实施例1-6任一项相同。
实施例8，一种双结构TBM，如图1、图7和图8所示，所述后支撑5-8上连接左右两个侧腔的水平腔体内设置有双作用油缸5-5，水平腔体开设有安装口，双作用油缸5-5穿过安装口设置有竖轴5-7，竖轴5-7铰接在后支撑滑动架5-1上，双作用油缸5-5的两端铰接在后支撑5-8上。双作用油缸5-5可带动后支撑滑动架5-1左右移动，还可配合后部竖直调向油缸5-2带动后支撑滑动架5-1转动，进而带动主梁1-1转动。
本实施例的其他结构与实施例7相同。
实施例9，一种双结构TBM，如图1所示，所述后支撑滑动架5-1与主梁1-1之间设置有后支撑滑动油缸5-6，后支撑滑动油缸5-6沿主梁1-1的轴线设置，后支撑滑动油缸5-6的一端铰接在主梁1-1上、另一端铰接在后支撑滑动架5-1上。后支撑滑动油缸5-6可带动后支撑单元5沿主梁1-1滑动，进而能够满足掘进时换步支撑的需求。
本实施例的其他结构与实施例7或8相同。
实施例10，一种双结构TBM的施工方法，包括喷锚支护掘进模式和管片支护掘进模式，喷锚支护掘进模式包括以下步骤：
步骤一：掘进，如图1和图2所示，控制撑靴油缸伸出，撑靴4-6撑紧隧道洞壁为TBM提供向前掘进的反力。如图1和图3所示，控制后支撑油缸5-4缩回，后支撑靴板5-3离开隧道洞壁，控制主梁推进油缸2-4伸出，主梁1-1带动刀盘1-3向前掘进。
步骤二：支护，在步骤一掘进过程中，控制钢拱架拼装机2-1进行钢拱架的拼装，控制锚杆钻机2-2进行锚杆支护，控制喷砼机械手2-3进行喷砼支护；
步骤三：换步，如图5、图7所示，当步骤一中的主梁推进油缸2-4达到伸出行程终点后，控制步骤一中的后支撑油缸5-4伸出，后支撑靴板5-3撑紧隧道洞壁。如图6所示，控制步骤一中的撑靴油缸缩回，撑靴4-6离开隧道洞壁，控制到达伸出行程终点的主梁推进油缸2-4缩回至缩回行程终点，主梁推进油缸2-4带动鞍架4-1沿主梁1-1向前滑动至下一个撑紧位置。
步骤四：依次重复操作步骤一、步骤二和步骤三。
所述管片支护掘进模式包括以下步骤：
步骤五：掘进，如图9、图11所示，控制后支撑油缸5-4伸出，后支撑油缸5-4带动后支撑靴板5-3撑紧隧道洞壁。如图10所示，控制鞍架油缸4-2收回，鞍架油缸4-2带动鞍架靴板4-3离开隧道洞壁，控制撑靴油缸收回，撑靴油缸带动撑靴4-6离开隧道洞壁，同步控制盾体推进油缸3-2和后支撑滑动油缸5-6伸出。盾体推进油缸3-2顶压在后方的管片上为TBM提供向前掘进的反力，同时主梁1-1相对后支撑滑动架5-1向前移动，刀盘1-3同步向前掘进。
步骤六，支护，如图12、图14所示，当步骤四中的盾体推进油缸3-2达到伸出行程终点后，控制步骤五中的盾体推进油缸3-2收回，控制管片拼装机2-1在盾体推进油缸3-2的收回前的位置进行管片拼装；
步骤七，换步，如图12、图13所示，控制步骤四中的鞍架油缸4-2伸出，鞍架油缸4-2带动鞍架靴板4-3支撑在隧道洞壁上。如图12、图14所示，控制步骤四中的后支撑油缸5-4收回，后支撑油缸5-4带动后支撑靴板5-3离开隧道洞壁。控制后支撑滑动油缸5-6收回，后支撑滑动油缸5-6带动后支撑单元5沿主梁1-1向前滑动至下一个支撑位置；
步骤八：依次重复操作步骤五、步骤六、步骤七。
本实施例的结构与实施例9相同。
实施例11，一种双结构TBM的施工方法，所述喷锚支护掘进模式还包括模式一调向控制，所述模式一调向控制包括模式一上下调向，模式一上下调向时，控制前部竖直调向油缸4-8伸出或收回，前部竖直调向油缸4-8带动主梁上下摆动。
本实施例的其他方法步骤与实施例10相同。
实施例12，一种双结构TBM的施工方法，所述模式一调向控制包括模式一左右调向，模式一左右调向时，控制左撑靴油缸4-4伸出且同时控制右撑靴油缸4-5收回，或控制左撑靴油缸4-4收回且同时控制右撑靴油缸4-5伸出，左撑靴油缸4-4和右撑靴油缸4-5带动主梁1-1左右摆动。
本实施例的其他方法步骤与实施例10或11相同。
实施例13，一种双结构TBM的施工方法，所述模式一调向控制包括模式一转动调向，模式一转动调向时，控制一侧前部竖直调向油缸4-8伸出、另一侧前部竖直调向油缸4-8收回，在前部竖直调向油缸4-8的驱动下鞍架4-1带动主梁1-1绕自身轴线转动。
本实施例的其他方法步骤与实施例10或11或12相同。
实施例14，一种双结构TBM的施工方法，所述喷锚支护掘进模式还包括模式二调向控制，模式二调向控制包括模式二上下调向，模式二上下调向时，控制后部竖直调向油缸5-2伸出或收回，在后部竖直调向油缸5-2的驱动下后支撑滑动架5-1带动主梁1-1上下摆动。
本实施例的其他方法步骤与实施例10或11或12或13相同。
实施例15，一种双结构TBM的施工方法，所述模式二调向控制包括模式二左右调向，模式二左右调向时，控制双作用油缸5-5向左或者向右伸缩，在双作用油缸5-5的驱动下后支撑滑动架1-1带动主梁1-1左右摆动。
本实施例的其他方法步骤可以与实施例10-14任一项相同。
实施例16，一种双结构TBM的施工方法，所述模式二调向控制包括模式二转动调向，模式二转动调向时，控制一侧后部竖直调向油缸5-2伸出、另一侧后部竖直调向油缸5-2收回，在后部竖直调向油缸5-2的驱动下后支撑滑动架5-1带动主梁1-1绕自身轴线转动。
本实施例的其他方法步骤可以与实施例10-15任一项相同。
实施例17，一种双结构TBM的施工方法，所述喷锚支护掘进模式中，控制盾体推进油缸3-2、鞍架油缸4-2和后支撑滑动油缸5-6均处于完全收回且锁死状态，控制后部竖直调向油缸5-2和双作用油5-5缸处于设定中位且锁死状态。
本实施例的其他方法步骤可以与实施例10-16任一项相同。
实施例18，一种双结构TBM的施工方法，所述管片支护掘进模式中，控制主梁推进油缸3-2处于完全收回且锁死状态，控制撑靴油缸和前部竖直调向油缸4-8处于设定中位且锁死状态。
本实施例的其他方法步骤可以与实施例10-17任一项相同。
本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
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。
Claims (22)
1.一种双结构TBM，包括护盾（1），护盾（1）的周向方向设置有盾体推进油缸（3-2），护盾（1）内通过盾体油缸（1-4）连接有主驱动（1-2），主驱动（1-2）的前部连接有刀盘（1-3），主驱动（1-2）的后部连接有主梁（1-1），其特征在于：所述主梁（1-1）上设置有喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元，喷锚支护掘进单元包括钢拱架拼装机（2-1）、锚杆钻机（2-2）和喷砼机械手（2-3），锚杆钻机（2-2）的后方设置有主梁推进油缸（2-4），主梁推进油缸（2-4）的前端铰接在主梁（1-1）上、后端铰接有撑靴单元（4），撑靴单元（4）沿主梁（1-1）的轴线滑动设置，撑靴单元（4）后方的主梁（1-1）上滑动设置有后支撑单元（5），管片支护掘进单元包括管片拼装机（3-1），管片拼装机（3-1）、钢拱架拼装机（2-1）、锚杆钻机（2-2）和喷砼机械手（2-3）均设置在护盾（1）的后方。
2.根据权利要求1所述的双结构TBM，其特征在于：所述护盾（1）包括上护盾（1-6）和下护盾（1-7）、左右对称的左护盾（1-8）和右护盾（1-9），上护盾（1-6）与左护盾（1-8）和右护盾（1-9）之间、下护盾（1-7）与左护盾（1-8）和右护盾（1-9）之间均设置有连接护盾（1-10），连接护盾（1-10）的一端与上护盾（1-6）或下护盾（1-7）铰接、另一端与左护盾（1-8）或右护盾（1-9）插接配合。
3.根据权利要求1所述的双结构TBM，其特征在于：所述盾体油缸（1-4）设置在主驱动（1-2）与上护盾（1-9）、左护盾（1-8）和右护盾（1-9）之间，所述盾体推进油缸（3-2）分别设置在上护盾（1-6）、下护盾（1-7）、左护盾（1-8）和右护盾（1-9）上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的双结构TBM，其特征在于：所述管片拼装机（3-1）和钢拱架拼装机（2-1）一体设计，管片拼装机（3-1）设置在锚杆钻机（2-2）的前方。
5.根据权利要求4所述的双结构TBM，其特征在于：所述撑靴单元（4）包括滑动套设在主梁上的鞍架（4-1），鞍架（4-1）的底端设置有鞍架油缸（4-2），鞍架油缸（4-2）的底端设置有鞍架靴板（4-3），鞍架（4-1）的左右两侧分别连接有左撑靴油缸（4-4）和右撑靴油缸（4-5），左撑靴油缸（4-4）和右撑靴油缸（4-5）的外端部均铰接有撑靴（4-6）。
6.根据权利要求5所述的双结构TBM，其特征在于：所述鞍架（4-1）包括的左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12），左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12）的底端均设置有鞍架油缸（4-2），左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12）通过上横梁（4-13）和下横梁（4-14）连接，所述主梁（1-1）穿插在左鞍板（4-11）、右鞍板（4-12）、上横梁（4-13）和下横梁（4-14）之间。
7.根据权利要求6所述的双结构TBM，其特征在于：所述上横梁（4-13）包括连接在左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12）前侧的前上横梁（4-131）和后上横梁4-132，下横梁（14）包括连接在左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12）后侧的前下横梁（4-141）和后下横梁，所述左撑靴油缸（4-5）和右撑靴油缸（4-5）设置在前上横梁（4-131）和后上横梁（4-142）之间。
8.根据权利要求7所述的双结构TBM，其特征在于：所述左撑靴油缸（4-4）和右撑靴油缸（4-5）均包括上下对应的上撑靴油缸（4-51）和下撑靴油缸（4-52），两个上撑靴油缸（4-51）通过连接轴（4-53）固定连接，连接轴（4-53）上开设有安装槽（4-7）及穿过安装槽（4-7）的竖孔（4-71），安装槽（4-7）内活动设置有横轴（4-72），安装槽（4-7）的尺寸大于横轴（4-72）的尺寸，横轴（4-72）的前端与前上横梁（4-131）相连、后端与后上横梁（4-132）相连，竖孔（4-71）内设置有鞍架竖轴（4-73），鞍架竖轴（4-73）穿过横轴（4-72）且与横轴（4-72）铰接相连。
9.根据权利要求6、7、8任一项所述的双结构TBM，其特征在于：所述鞍架（4-1）与撑靴油缸之间设置有左右对称的前部竖直调向油缸（4-8），两个前部竖直调向油缸（4-8）的一端铰接在左鞍板（4-11）或右鞍板（4-12）上、另一端铰接在撑靴油缸上。
10.根据权利要求1、2、3、5、6、7或8任一项所述的双结构TBM，其特征在于：所述后支撑单元（5）包括滑动套设在主梁（1-1）上的后支撑滑动架（5-1），后支撑滑动架（5-1）的两侧均设置有后部竖直调向油缸（5-2），后部竖直调向油缸（5-2）的上端部与后支撑滑动架（5-1）铰接、下端部铰接有后支撑（5-8）。
11.根据权利要求10所述的双结构TBM，其特征在于：所述后支撑（5-8）为倒U形的箱体，后支撑（5-8）的左右两个侧腔内设置有后支撑油缸（5-4），后支撑油缸（5-4）的上端与后支撑（5-8）铰接、下端铰接有后支撑靴板（5-3）。
12.根据权利要求11所述的双结构TBM，其特征在于：所述后支撑（5-8）上连接左右两个侧腔的水平腔体内设置有双作用油缸（5-5），水平腔体开设有安装口，双作用油缸（5-5）的壳体通过安装口铰接在后支撑滑动架（5-1）上，双作用油缸（5-5）的两端均与后支撑（5-8）连接。
13.根据权利要求11或12所述的双结构TBM，其特征在于：所述后支撑滑动架（5-1）与主梁（1-1）之间设置有后支撑滑动油缸（5-6），后支撑滑动油缸（5-6）沿主梁（1-1）的轴线设置，后支撑滑动油缸（5-6）的一端铰接在主梁（1-1）上、另一端铰接在后支撑滑动架（5-1）上。
14.根据权利要求1-13任一项所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：包括喷锚支护掘进模式和管片支护掘进模式，喷锚支护掘进模式包括以下步骤：
步骤一：掘进，控制撑靴油缸伸出，撑靴撑紧隧道洞壁为TBM提供向前掘进的反力，控制后支撑油缸缩回，后支撑靴板离开隧道洞壁，控制主梁推进油缸伸出，主梁带动刀盘向前掘进；
步骤二：支护，在步骤一掘进过程中，控制钢拱架拼装机进行钢拱架的拼装，控制锚杆钻机进行锚杆支护，控制喷砼机械手进行喷砼支护；
步骤三：换步，当步骤一中的主梁推进油缸达到伸出行程终点后，控制步骤一中的后支撑油缸伸出，后支撑靴板撑紧隧道洞壁，控制步骤一中的撑靴油缸缩回，撑靴离开隧道洞壁，控制到达伸出行程终点的主梁推进油缸缩回至缩回行程终点，主梁推进油缸带动鞍架沿主梁向前滑动至下一个撑紧位置；
步骤四：依次重复操作步骤一、步骤二和步骤三；
所述管片支护掘进模式包括以下步骤：
步骤五：掘进，控制后支撑油缸伸出，后支撑油缸带动后支撑靴板撑紧隧道洞壁，控制鞍架油缸收回，鞍架油缸带动鞍架靴板离开隧道洞壁，控制撑靴油缸收回，撑靴油缸带动撑靴离开隧道洞壁，同步控制盾体推进油缸和后支撑滑动油缸伸出，盾体推进油缸顶压在后方的管片上为TBM提供向前掘进的反力，同时主梁相对后支撑滑动架向前移动，刀盘同步向前掘进；
步骤六，支护，当步骤四中的盾体推进油缸达到伸出行程终点后，控制步骤五中的盾体推进油缸收回，控制管片拼装机在盾体推进油缸收回前的位置进行管片拼装；
步骤七，换步，控制步骤四中的鞍架油缸伸出，鞍架油缸带动鞍架靴板支撑在隧道洞壁上，控制步骤五中的盾体推进油缸收回，后支撑油缸带动后支撑靴板离开隧道洞壁，控制后支撑滑动油缸收回，后支撑滑动油缸带动后支撑单元沿主梁向前滑动至下一个支撑位置；
步骤八：依次重复操作步骤五、步骤六、步骤七。
15.根据权利要求13所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：所述喷锚支护掘进模式还包括模式一调向控制，所述模式一调向控制包括模式一上下调向，模式一上下调向时，控制前部竖直调向油缸伸出或收回，前部竖直调向油缸带动主梁上下摆动。
16.根据权利要求14或15所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：所述模式一调向控制包括模式一左右调向，模式一左右调向时，控制左撑靴油缸伸出且同时控制右撑靴油缸收回，或控制左撑靴油缸收回且同时控制右撑靴油缸伸出，左撑靴油缸和右撑靴油缸带动主梁左右摆动。
17.根据权利要求16所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：所述模式一调向控制包括模式一转动调向，模式一转动调向时，控制一侧前部竖直调向油缸伸出、另一侧前部竖直调向油缸收回，在前部竖直调向油缸的驱动下鞍架带动主梁绕自身轴线转动。
18.根据权利要求14、15或17任一项所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：所述喷锚支护掘进模式还包括模式二调向控制，模式二调向控制包括模式二上下调向，模式二上下调向时，控制后部竖直调向油缸伸出或收回，在后部竖直调向油缸的驱动下后支撑滑动架带动主梁上下摆动。
19.根据权利要求18所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：所述模式二调向控制包括模式二左右调向，模式二左右调向时，控制双作用油缸向左或者向右伸缩，在双作用油缸的驱动下后支撑滑动架带动主梁左右摆动。
20.根据权利要求19所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：所述模式二调向控制包括模式二转动调向，模式二转动调向时，控制一侧后部竖直调向油缸伸出、另一侧后部竖直调向油缸收回，在后部竖直调向油缸的驱动下后支撑滑动架带动主梁绕自身轴线转动。
21.根据权利要求19或20所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：所述喷锚支护掘进模式中，控制盾体推进油缸、鞍架油缸和后支撑滑动油缸均处于完全收回且锁死状态，控制后部竖直调向油缸和双作用油缸处于设定中位且锁死状态。
22.根据权利要求14、15、17、19或20任一项所述的双结构TBM的施工方法，其特征在于：所述管片支护掘进模式中，控制主梁推进油缸处于完全收回且锁死状态，控制撑靴油缸和前部竖直调向油缸处于设定中位且锁死状态。
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