CN111322080B - 基于锚杆锁定工艺的敞开式tbm刀盘洞内固定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于锚杆锁定的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，包括刀盘脱离准备阶段，打设锚杆锁固系统阶段和刀盘固定阶段；采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘，完成更换TBM刀盘密封系统；根据隧道所处的岩石地层的围岩力学特性与岩石结构特点，刀盘分离后，采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘；通过优化锚杆锁固方式，利用接驳器将锁固锚杆改造成方便装配的分离式结构，解决了刀盘背后刮渣斗位置锚杆施工空间狭小的问题，省略了打设锚杆前需整体割除刀盘接渣斗的工作，提高了固定锚杆的施工质量。

Description

基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法
技术领域
本发明涉及机械拆卸领域，尤其涉及基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法。
背景技术
目前，随着隧道施工技术的发展，隧道掘进机(TBM)的应用越来越广泛，且山岭隧道或市政工程建设环境具有复杂、严酷的发展趋势，TBM施工条件的限制性会很高；
对于TBM掘进到达预定里程后的拆卸方式有两种，取决于预定贯通里程与洞口关系，即洞外拆卸和洞内拆卸，由于施工布局和条件的影响，大部分TBM会采取洞内拆卸的方式；
现有的洞内拆卸过程中，常使用锚杆锁定工艺对TBM刀盘进行固定，但其在洞内固定过程中，由于刀盘背后刮渣斗位置为格栅钢架，施工空间狭小，钻孔和安装锚杆施工困难，同时，空间内锚杆钻机施工角度受限，钻孔质量无法得到保障；同时，黑云母石英片岩层间粘聚力，由黑云母、石英、斜长石平行排列结构所决定，钻孔间距过小，钻孔交叉贯通极易引起锚固区围岩碎裂，致使该锁点完全失效；
而且从刮渣斗位置钻孔作业，需要整体割除TBM刀盘接渣斗后，方可进入刀盘背后进行作业，割除与重新焊接接渣斗将极大影响施工工期，同时，重新焊接的接渣斗质量直接影响TBM的出渣效率。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，在更换TBM失效密封系统的过程中，刀盘分离后，采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘；通过优化锚杆锁固方式，利用接驳器将锁固锚杆改造成方便装配的分离式结构，解决了刀盘背后刮渣斗位置锚杆施工空间狭小的问题，省略了打设锚杆前需整体割除刀盘接渣斗的工作，提高了固定锚杆的施工质量；经锚杆抗拔试验结果与现场使用情况共同证实，优化后的锚杆锁固系统不仅可以满足刀盘对固定结构的强度要求；同时，采用该技术极大缩短施工工期，降低施工难度，创造了极大的经济效益。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，所述敞开式TBM刀盘洞内固定方法具体包括以下步骤：
步骤一：刀盘脱离准备阶段，TBM掘进至适当围岩段时，开始进行刀盘分离作业；
步骤二：打设锚杆锁固系统阶段，在进行刀盘分离后，通过利用接驳器(1)转接的锚杆锁定方式，将锁固锚杆改造成方便装配的分离式结构；
步骤三：刀盘固定阶段，锚杆锁固系统固定后，采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘，进行更换TBM刀盘密封系统，最后完成刀盘对接。
进一步的，步骤一所述的刀盘脱离准备阶段的具体步骤包括：
(1)为保证刀盘与主驱动脱离时施工安全，TBM掘进至单轴抗压强度不小于42MPa的完整围岩段时，开始刀盘分离作业；
(2)拆除边刀和部分铲刀，首先将刀盘后退1.8m后将扭矩油缸缩回40mm，使刀盘抬起，拆掉1把中心刀、所有边刀和部分铲刀，同时拆除被接渣斗遮挡的两个包厢的刀盘连接螺栓；
(3)清理刀盘内部、下部的虚渣以及杂物，清理完成后，将刀盘缓慢推进至掌子面，调整刀盘为设计盘角度。
进一步的，步骤二所述的打设锚杆锁固系统阶段的具体步骤包括：
(1)用自喷漆在铲斗内标记出锚杆的固定位置后，刀盘继续退后1.8m，将架子管从中心刀位置送到掌子面内，搭设锚杆的操作平台；
(2)设计锁定锚杆的位置与角度，根据要求，将锚杆插入掌子面上的岩层中，锚杆的尾部与接驳器相连接；
(3)检查接驳器尾部是否处于岩面内，锚杆全部安装完成后，将操作平台拆除并清理虚渣及杂物。
进一步的，为了避免TBM刀盘、刀具与接驳器碰撞，引起刀盘和锚杆损坏，在步骤(2)中，接驳器尾部不得侵入TBM刀盘的内轮廓线。
进一步的，在步骤(2)中所述的设计锁定锚杆的位置与角度的具体过程为：
(1)利用隧道断面仪，在掌子面上确定并标出锚杆进入围岩的预设嵌入位置和嵌入角度；
(2)然后按照每个铲斗内安装8根锚杆进行钻孔，待锚杆孔全部钻设完毕后，放入锚固剂，插入锚杆。
进一步的，步骤三所述的刀盘固定阶段的具体步骤包括：
(1)缓慢推进刀盘，将TBM空推至与掌子面保持1cm左右缝隙位置，用支垫钢板将刀盘大圆环及刀盘背部锥板位置4点垫实，实现刀盘的“四点支垫支撑”；同时，将预设接驳器与刮渣斗对齐，控制受力钢板面积大于0.4m2，扭矩油缸伸出20mm，下压刀盘，使刀盘垫板压实在支垫钢板上，将支垫大圆环、锥板位置钢板与刀盘焊接，实现TBM刀盘的“四点锚杆锁定”；再次缓慢推进刀盘，使刀盘与掌子面贴合，刀盘保持1×104kN推力；
(2)锚杆通过接驳器反向接长50cm，并将锚杆与实配筋板焊接牢固，刀盘固定全部完成；
(3)更换TBM密封系统。
进一步的，所述的刀盘固定阶段还包括锚杆锁定系统抗拔性能检测步骤，具体包括：
(1)分别从四个方向选取固定刀盘的8组锚杆锁定系统进行抗拔性能检测；
(2)通过在托板和螺母之间设置液压千斤顶，并利用手动液压泵加压，同时利用位移计记录锚杆锁定系统的变形情况，从而得到锚杆锁定系统的荷载一位移曲线；
(3)通过采用分级加载方式，分别选取锚杆设计轴向拉力170kN的0.6倍，0.8倍，1.0倍和1.1倍作为分级荷载值，每级荷载维持在5min，并记录每级荷载下锚杆锁定系统的变形增量。
进一步的，步骤(3)所述的更换TBM密封系统的具体步骤包括
(1)主机与主驱动分离；
(2)工作平台架立完成后，更换失效密封，依次为：更换法兰与外密封环配合面之间的密封条；依次安装三道外密封和隔离环；安装外密封迷宫环；安装外密封挡尘板；
(3)更换完毕后，再将主机推进1.8m，使刀盘与主驱动对接，对接完成后，拆除刀盘固定结构，完成刀盘对接。
进一步的，步骤(1)所述的主机与主驱动分离的具体步骤为：
(1)拆卸刀盘与主驱动之间的连接螺栓；
(2)然后将主驱动整机回退1.8m；
(3)在刀盘与主驱动之间架立工作平台。
进一步的，所述的接驳器为套筒状结构，在接驳器内壁上设置有螺纹，锚杆与接驳器连接的一端设置有与接驳器内壁螺纹配合使用的螺纹，锚杆与接驳器的连接方式为先螺纹连接，后焊接。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于：
1.本发明根据隧道所处的地层的围岩力学特性与岩石结构特点，刀盘分离后，采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘；
2.通过优化锚杆锁固方式，利用接驳器将锁固锚杆改造成方便装配的分离式结构，解决了刀盘背后刮渣斗位置锚杆施工空间狭小的问题，省略了打设锚杆前需整体割除刀盘接渣斗的工作，提高了固定锚杆的施工质量。
附图说明
图1为本发明优化锚杆锁固工艺的立面图。
图2为本发明优化锚杆锁固工艺的局部放大图。
图3-1为本发明锚杆锁固工艺的纵断面示意图。
图3-2为本发明锚杆锁固工艺的纵断面示意图上部放大图。
图3-3为本发明锚杆锁固工艺的纵断面示意图下部放大图。
图4为本发明TBM密封系统更换流程示意图。
图5-1为本发明刀盘上部右侧锚杆锁定系统P-S曲线图。
图5-2为本发明刀盘上部左侧锚杆锁定系统P-S曲线图。
图5-3为本发明刀盘下部右侧锚杆锁定系统P-S曲线图。
图5-4为本发明刀盘下部左侧锚杆锁定系统P-S曲线图。
图6为本发明实施例1泄漏腔图。
图7-1为本发明实施例1迷宫密封腔内EP2油脂分布情况图。
图7-2为本发明实施例1迷宫密封腔内齿轮油分布情况图。
图8-1为本发明实施例1耐磨环磨损情况图。
图8-2为本发明实施例1隔离环锈蚀情况图。
图9为本发明实施例1拆除刀盘连接螺栓操作示意图。
图10-1为本发明实施例1锚杆嵌入过程操作示意图。
图10-2为本发明实施例1锚杆嵌入后的示意图。
图11-1为本发明实施例1刀盘垫板压实在支垫钢板上的示意图。
图11-2为本发明实施例1锚杆与筋板焊接锁固刀盘的示意图。
其中：1.接驳器，2.掌子面，3.大圆环，4.溜渣板，5.铲刀刀座，6.锚杆，7.实配筋板，8.刀箱板，9.格栅板，10.支垫钢板。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
参照附图1、图2、图3-1、图3-2、图3-3、图4、图5-1、图5-2、图5-3、图5-4、图6、图7-1、图7-2、图8-1、图8-2、图9、图10-1、图10-2、图11-1和图11-2所示，基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，所述敞开式TBM刀盘洞内固定方法具体包括以下步骤：
步骤一：刀盘脱离准备阶段，将TBM掘进至适当围岩段时，开始进行刀盘分离作业，其具体步骤如下：
(1)为保证刀盘与主驱动脱离时施工安全，TBM掘进至单轴抗压强度不小于42MPa的完整围岩段时，开始刀盘分离作业；
(2)拆除边刀和部分铲刀，首先将刀盘后退1.8m后将扭矩油缸缩回40mm，使刀盘抬起，拆掉1把中心刀、51#-55#边刀(所有边刀)和部分铲刀，同时拆除被接渣斗遮挡的两个包厢的刀盘连接螺栓；
(3)清理刀盘内部、下部的虚渣以及杂物，清理完成后，将刀盘缓慢推进至掌子面2，调整刀盘为设计盘角度。
步骤二：打设锚杆锁固系统阶段，通过利用接驳器1转接的锚杆锁定方式，将锁固锚杆6改造成方便装配的分离式结构，其具体步骤如下：
(1)用自喷漆在铲斗内标记出锚杆6固定位置后，刀盘继续退后1.8m，将架子管从中心刀位置送到掌子面2内，搭设锚杆6的操作平台；
(2)设计锁定锚杆的位置与角度，利用隧道断面仪，确定并标出锚杆6进入围岩的预设嵌入位置，然后按照每个铲斗内安装8根锚杆进行钻孔，待锚杆孔全部钻设完毕后放入锚固剂，插入锚杆6，锚杆6长度2.5米，锚杆尾部与接驳器1相连接，为了避免TBM刀盘、刀具与接驳器碰撞，引起刀盘和锚杆损坏，接驳器1尾部不得侵入TBM刀盘内轮廓线；
设计锁定锚杆的位置与角度的原理：TBM刀盘共设8个刮渣斗，锚杆仅能从这个8个位置施工，首先对称布置锚杆，受力更为合理，此外，由于接渣斗和传送皮带的空间干涉，导致正上方和水平两个刮渣斗位置工人无法施工，因此，最终选用这四个口，因此，对于8刮渣斗的刀盘，嵌入角度是固定的，与竖向轴线成22.5°；
(3)检查接驳器1尾部是否处于岩面内，锚杆6全部安装完成后将工作平台拆除并清理虚渣及杂物。
步骤三：刀盘固定阶段，采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘，完成更换TBM刀盘密封系统，其具体步骤如下：
(1)缓慢推进刀盘，将TBM空推至与掌子面保持1cm左右缝隙位置，用支垫钢板10将刀盘大圆环及刀盘背部锥板位置4点垫实，实现刀盘的“四点支垫支撑”；同时，将预设接驳器1与刮渣斗对齐，控制受力钢板面积大于0.4m2，扭矩油缸伸出20mm，下压刀盘，使刀盘垫板压实在支垫钢板10上，将支垫大圆环3、锥板位置钢板与刀盘焊接，实现TBM刀盘的“四点锚杆锁定”；再次缓慢推进刀盘，使刀盘与掌子面2贴合，刀盘保持1×104kN推力；
(2)然后将锚杆6通过接驳器1反向接长50cm，并将锚杆6与实配筋板7焊接牢固，刀盘固定全部完成；
(3)更换TBM密封系统，具体包括以下步骤：
a.主机与主驱动分离，依次为：拆卸刀盘与主驱动之间的连接螺栓；然后将主驱动整机回退1.8m；在刀盘与主驱动之间架立工作平台；
b.工作平台架立完成后，更换失效密封，依次为：更换法兰与外密封环配合面之间的密封条；依次安装三道外密封和隔离环；安装外密封迷宫环；安装外密封挡尘板；
c.更换完毕后，再将主机推进1.8m，使刀盘与主驱动对接，对接完成后，拆除刀盘固定结构，完成刀盘对接。
所述的刀盘固定阶段还包括锚杆锁定系统抗拔性能检测步骤，具体包括：
(1)分别从四个方向选取固定刀盘的8组锚杆锁定系统进行抗拔性能检测；
(2)通过在托板和螺母之间设置液压千斤顶，并利用手动液压泵加压，同时利用位移计记录锚杆锁定系统的变形情况，从而得到锚杆锁定系统的荷载一位移曲线；
(3)通过采用分级加载方式，分别选取锚杆设计轴向拉力170kN的0.6倍，0.8倍，1.0倍和1.1倍作为分级荷载值，每级荷载维持在5min，并记录每级荷载下锚杆锁定系统的变形增量。
所述的接驳器1为套筒状结构，在接驳器内壁上设置有螺纹，锚杆6与接驳器1连接的一端设置有与接驳器内壁螺纹配合使用的螺纹，锚杆6与接驳器1的连接方式为先螺纹连接，后焊接。
实施例1：将上述基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法应用在某引水隧洞的施工维修中，其过程如下：
1.工程地质环境
某引水隧洞采用敞开式TBM施工，总长度26817m，分为TBM1-1和TBM1-2两段施工(中间设检修洞)，开挖直径为7830mm；线路总体走向由西北向东南，地貌为低山丘陵；总地势北高南低，东高西低，海拔高程730～1400m，相对高差670m，洞室最大埋深为718米，地形起伏，沿线冲沟较发育。
2.工程地质条件
隧道全线共穿越断层破碎带11处，断层破碎带组成物质有碎裂岩、糜棱岩、断层(泥)砾，松散、破碎，地下水以基岩裂隙水为主，隧洞下穿断层破碎带，洞壁会伴有大量的线状出水点，TBM1-1段隧洞总涌水量为275m3/h。
根据沿线钻孔资料和岩层揭露情况可以看出，隧洞出露的地层岩性主要为奥陶系中上统哈巴河组黑云母石英片岩；矿物成分分析结果表明角闪石、石英和斜长石占岩石矿物成分总量的87％，具体成分分布如表1所示。
黑云母石英片岩内石英、石平行排列于黑云母间，在地下水的浸泡下表现出明显的遇水软化特点，岩石的平均饱和抗压强度24.8MPa。
Figure BDA0002417661160000101
表1矿物成分组成
3.TBM密封系统失效情况
02月02日-02月07日，齿轮油回油滤芯报警，无泥砂，初步判断有油脂，回油流量正常，未更换滤芯；
02月08日，回油滤芯继续报警，滤芯桶内有泥砂，如附图6所示，清洗滤芯桶和滤芯；
02月09日，回油滤芯继续报警，滤芯桶内有泥砂，清洗滤芯桶和滤芯，进油滤芯报警，更换进油滤芯，再次检查，回油滤芯有泥砂。
在跟踪检查过程中发现主驱动滤芯桶内有泥砂，通过对TBM主驱动进行全面检查发现，外密封泄漏腔堵塞，腔内存有EP2、齿轮油及泥砂，如附图7-1和图7-2所示，外密封异常；对外密封泄漏腔进行了循环冲洗，对迷宫腔和密封腔加注了油脂；外密封泄漏腔内注入齿轮油，液位快速下落，内密封液位可维持半小时；对驱动箱加气，外密封泄漏箱漏气明显；点动刀盘及清洗外泄漏腔过程中，泄漏腔内有水；综合判定主驱动三道外密封均已磨损失效，如附图8-1、图8-2所示。
4.TBM密封系统更换流程
根据TBM的运行情况和对密封失效的风险评估，在TBM掘进至围岩稳定、裂隙水量小的地层时，将刀盘从主驱动上脱离，更换失效密封，主要更换步骤包括：刀盘脱离准备→垫实楔块→锚杆固定刀盘→后退主机1.8m刀盘与主驱动分离，更换失效密封→拆除刀盘固定结构→刀盘对接，其具体更换过程如图4所示；
更换主驱动密封过程包括以下三个技术要点：
一是将刀盘固定于掌子面，保持其位置和状态不变；
二是将刀盘顺利脱离主驱动连接面；
三是更换外密封及确保外密封处理完成后能够顺利将刀盘恢复到主驱动上并将刀盘与掌子面脱离。
实现上述三个技术要点的关键在于确保刀盘从拆卸到主驱动密封更换完成后与主机对接期间，持续固定在掌子面上，保证位置不发生改变。
结合黑云母石英片岩呈现鳞片粒状变晶结构，片状构造的围岩特点，刀盘采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”的固定模式，其中，从刀盘后方刮渣斗位置植入围岩的四个锚杆锁固点，是确保刀盘不发生水平向偏移和扭转的关键措施，因此，锚杆锁固的施工方式与施工质量直接影响到刀盘洞内拆装能否顺利实施。
5.更换TBM密封系统
步骤一：刀盘脱离准备阶段，将TBM掘进至适当围岩段时，开始进行刀盘分离作业，其具体步骤如下：
(1)为保证刀盘与主驱动脱离时施工安全，TBM掘进至单轴抗压强度为42MPa的完整围岩段时，开始刀盘分离作业；
(2)拆除边刀和部分铲刀，首先将刀盘后退1.8m后将扭矩油缸缩回40mm，使刀盘抬起，拆掉1把中心刀、51#-55#边刀(所有边刀)和部分铲刀，同时拆除被接渣斗遮挡的两个包厢的刀盘连接螺栓，如附图9所示；
(3)清理刀盘内部、下部的虚渣以及杂物，清理完成后，将刀盘缓慢推进至掌子面2，调整刀盘为设计盘角度；
步骤二：打设锚杆锁固系统阶段，通过利用接驳器1转接的锚杆锁定方式，将锁固锚杆6改造成方便装配的分离式结构，其具体步骤如下：
(1)用自喷漆在铲斗内标记出锚杆6固定位置后，刀盘继续退后1.8m，将架子管从中心刀位置送到掌子面2内，搭设锚杆6的操作平台；
(2)设计锁定锚杆的位置与角度，利用隧道断面仪，确定并标出锚杆6进入围岩的预设嵌入位置，如图10-1所示，然后按照每个铲斗内安装8根锚杆进行钻孔，待锚杆孔全部钻设完毕后放入锚固剂，插入锚杆6，锚杆6长度2.5米，锚杆尾部与接驳器1相连接，如图10-2所示，为了避免TBM刀盘、刀具与接驳器碰撞，引起刀盘和锚杆损坏，接驳器1尾部不得侵入TBM刀盘内轮廓线；
(3)检查接驳器1尾部处于岩面内，锚杆6全部安装完成后将工作平台拆除并清理虚渣及杂物；
步骤三：刀盘固定阶段，采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘，完成更换TBM刀盘密封系统，其具体步骤如下：
(1)缓慢推进刀盘，将TBM空推至与掌子面保持1cm左右缝隙位置，用支垫钢板将刀盘大圆环及刀盘背部锥板位置4点垫实，实现刀盘的“四点支垫支撑”，如附图11-1所示；同时，将预设接驳器与刮渣斗对齐，控制受力钢板面积大于0.4m2，扭矩油缸伸出20mm，下压刀盘，使刀盘垫板压实在支垫钢板上，将支垫大圆环、锥板位置钢板与刀盘焊接，如附图11-2所示，实现TBM刀盘的“四点锚杆锁定”；再次缓慢推进刀盘，使刀盘与掌子面贴合，刀盘保持1×104kN推力；
(2)然后分别从四个方向选取固定刀盘的8组锚杆锁定系统进行抗拔性能检测，确定拉拔力均大于设计单轴抗拉强度17t，待拉拔试验合格后将锚杆通过接驳器1接长50cm，并将锚杆6与实配筋板7焊接牢固，刀盘固定全部完成；
(3)更换TBM密封系统，具体包括以下步骤：
a.主机与主驱动分离，依次为：拆卸刀盘与主驱动之间的连接螺栓；然后将主驱动整机回退1.8m；在刀盘与主驱动之间架立工作平台；
b.工作平台架立完成后，更换失效密封，依次为：更换法兰与外密封环配合面之间的密封条；依次安装三道外密封和隔离环；安装外密封迷宫环；安装外密封挡尘板；
c.更换完毕后，再将主机推进1.8m，使刀盘与主驱动对接，对接完成后，拆除刀盘固定结构，完成刀盘对接。
在步骤三(2)锚杆锁定系统抗拔性能检测的具体过程如下：
为了进一步确保优化后的锚杆锁定系统能够满足刀盘固定对锚杆锚固力的需求，分别从四个方向选取固定刀盘的8组锚杆锁定系统进行抗拔性能检测，通过在托板和螺母之间设置液压千斤顶，并利用手动液压泵加压，同时利用位移计记录锚杆锁定系统的变形情况，从而得到锚杆锁定系统的荷载一位移曲线，如附图5-1—附图5-4所示。
根据水利水电工程锚喷支护技术规范和已有研究成果给出的抗拔试验设计值，检测采用分级加载方式，分别选取锚杆设计轴向拉力170kN的0.6倍，0.8倍，1.0倍和1.1倍作为分级荷载值，每级荷载维持在5min，并记录每级荷载下锚杆锁定系统的变形增量,如表2所示。
表2锚杆锁定系统抗拉拔性能检测结果
Figure BDA0002417661160000151
注：表中FN为锚杆设计轴向拉力，FN＝177kN。检测位置为接驳器尾部距刀盘中线的水平距离。
表2和附图5-1—附图5-4给出了8组锚杆锁定系统的荷载一位移曲线,从图中可以看出锚杆锁定系统的材料刚度集中分布在15.4～16.kN/mm；在各级拉力作用下，锚杆锁定系统的变形表现出良好的线性分布特征，说明在1.1倍设计轴向拉力作用下，系统仍处于弹性变形阶段，因此，可以看出，优化后的锚杆锁定系统能够满足刀盘固定对锚杆锚固力的需求。
通过实施例1引水隧洞采用敞开式TBM施工的实例可以看出，由于TBM密封系统磨损、失效，需要将刀盘从主驱动上脱离，更换失效密封；根据隧道所处的地层的围岩力学特性与岩石结构特点，刀盘分离后，采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘；通过优化锚杆锁固方式，利用接驳器将锁固锚杆改造成方便装配的分离式结构，解决了刀盘背后刮渣斗位置锚杆施工空间狭小的问题，省略了打设锚杆前需整体割除刀盘接渣斗的工作，提高了固定锚杆的施工质量。
锚杆抗拔试验结果与现场使用情况共同证实，优化后的锚杆锁固系统不仅可以满足刀盘对固定结构的强度要求；同时，采用该技术极大缩短施工工期，降低施工难度，创造了极大的经济效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于，所述敞开式TBM刀盘洞内固定方法具体包括以下步骤：
步骤一：刀盘脱离准备阶段，TBM掘进至适当围岩段时，开始进行刀盘分离作业；
步骤二：打设锚杆锁固系统阶段，在进行刀盘分离后，通过利用接驳器(1)转接的锚杆锁定方式，将锁固锚杆改造成方便装配的分离式结构；
步骤三：刀盘固定阶段，锚杆锁固系统固定后，采用“四点锚杆锁定”、“四点支垫支撑”模式固定刀盘，进行更换TBM刀盘密封系统，最后完成刀盘对接。
2.根据权利要求1所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：步骤一所述的刀盘脱离准备阶段的具体步骤包括：
(1)为保证刀盘与主驱动脱离时施工安全，TBM掘进至单轴抗压强度不小于42MPa的完整围岩段时，开始刀盘分离作业；
(2)拆除边刀和部分铲刀，首先将刀盘后退1.8m后将扭矩油缸缩回40mm，使刀盘抬起，拆掉1把中心刀、所有边刀和部分铲刀，同时拆除被接渣斗遮挡的两个包厢的刀盘连接螺栓；
(3)清理刀盘内部、下部的虚渣以及杂物，清理完成后，将刀盘缓慢推进至掌子面(2)，调整刀盘角度为设计刀盘角度。
3.根据权利要求2所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：步骤二所述的打设锚杆锁固系统阶段的具体步骤包括：
(1)用自喷漆在铲斗内标记出第一锚杆(61)的固定位置后，刀盘继续退后1.8m，将架子管从中心刀位置送到掌子面(2)内，搭设第一锚杆(61)的操作平台；
(2)设计锁定锚杆的位置与角度，根据要求，将第一锚杆(61)插入掌子面(2)上的岩层中，第一锚杆(61)的尾部与接驳器(1)相连接；
(3)检查接驳器(1)尾部是否处于岩面内，第一锚杆(61)全部安装完成后，将操作平台拆除并清理虚渣及杂物。
4.根据权利要求3所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：为了避免TBM刀盘、刀具与接驳器碰撞，引起刀盘和锚杆损坏，在步骤(2)中，接驳器(1)尾部不得侵入TBM刀盘的内轮廓线。
5.根据权利要求3所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：在步骤(2)中所述的设计锁定锚杆的位置与角度的具体过程为：
(1)利用隧道断面仪，在掌子面(2)上确定并标出第一锚杆(61)进入围岩的预设嵌入位置和嵌入角度；
(2)然后按照每个铲斗内安装8根第一锚杆(61)进行钻孔，待锚杆孔全部钻设完毕后，放入锚固剂，插入第一锚杆(61)。
6.根据权利要求3所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：步骤三所述的刀盘固定阶段的具体步骤包括：
(1)缓慢推进刀盘，将TBM空推至与掌子面保持1cm左右缝隙位置，用支垫钢板(10)将刀盘大圆环及刀盘背部锥板位置4点垫实，实现刀盘的“四点支垫支撑”；同时，将预设接驳器与刮渣斗对齐，控制受力钢板面积大于0.4m2，扭矩油缸伸出20mm，下压刀盘，使刀盘垫板压实在支垫钢板(10)上，将支垫大圆环(3)、锥板位置钢板与刀盘焊接，实现TBM刀盘的“四点锚杆锁定”；再次缓慢推进刀盘，使刀盘与掌子面(2)贴合，刀盘保持1×104kN推力；
(2)然后在第一锚杆(61)的尾部通过接驳器(1)反向接长50cm的第二锚杆(62)，并将第二锚杆(62)与实配筋板(7)焊接牢固，刀盘固定全部完成；
(3)更换TBM密封系统。
7.根据权利要求6所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：所述的刀盘固定阶段还包括锚杆锁定系统抗拔性能检测步骤，具体包括：
(1)分别从四个方向选取固定刀盘的8组锚杆锁定系统进行抗拔性能检测；
(2)通过在托板和螺母之间设置液压千斤顶，并利用手动液压泵加压，同时利用位移计记录锚杆锁定系统的变形情况，从而得到锚杆锁定系统的荷载一位移曲线；
(3)通过采用分级加载方式，分别选取锚杆设计轴向拉力170kN的0.6倍，0.8倍，1.0倍和1.1倍作为分级荷载值，每级荷载维持在5min，并记录每级荷载下锚杆锁定系统的变形增量。
8.根据权利要求6所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：步骤(3)所述的更换TBM密封系统的具体步骤包括
(1)主机与主驱动分离；
(2)工作平台架立完成后，更换失效密封，依次为：更换法兰与外密封环配合面之间的密封条；依次安装三道外密封和隔离环；安装外密封迷宫环；安装外密封挡尘板；
(3)更换完毕后，再将主机推进1.8m，使刀盘与主驱动对接，对接完成后，拆除刀盘固定结构，完成刀盘对接。
9.根据权利要求8所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：步骤(1)所述的主机与主驱动分离的具体步骤为：
(1)拆卸刀盘与主驱动之间的连接螺栓；
(2)然后将主驱动整机回退1.8m；
(3)在刀盘与主驱动之间架立工作平台。
10.根据权利要求1-9任一项所述的基于锚杆锁定工艺的敞开式TBM刀盘洞内固定方法，其特征在于：所述的接驳器(1)为套筒状结构，在接驳器内壁上设置有螺纹，第一锚杆(61)与接驳器(1)连接的一端设置有与接驳器内壁螺纹配合使用的螺纹，第一锚杆(61)与接驳器(1)的连接方式为先螺纹连接，后焊接；第二锚杆(62)与接驳器(1)连接的一端设置有与接驳器内壁螺纹配合使用的螺纹，第二锚杆(62)与接驳器(1)的连接方式也为先螺纹连接，后焊接。
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