CN112761654B - 一种土压tbm双模双支护掘进机及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土压TBM双模双支护掘进机及施工方法，其中土压TBM双模双支护掘进机，包括刀盘、盾体、皮带机、用于驱动所述刀盘的主驱动以及推动所述刀盘移动的推进部件，还包括用于TBM模式的中心螺旋机和喷锚支护组件，以及用于土压模式的底部螺旋机和管片拼装机；所述中心螺旋机和所述底部螺旋机交叉排列，且所述中心螺旋机的螺旋轴与所述底部螺旋机的螺旋轴可择一移动至工作位置，所述皮带机位于所述中心螺旋机和所述底部螺旋机的尾部。本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机，采用土压、TBM双模式推进具有更强的地质适应性，中心螺旋机和所述底部螺旋机交叉排列，避免了结构干涉，且可择一移动至工作位置，模式转换较方便，可操作性高。
Description
技术领域
本发明涉及掘进设备领域，特别是涉及一种土压TBM双模双支护掘进机及施工方法。
背景技术
当今，随着隧道工程掘进技术的不断发展，掘进过程往往需要面临更为复杂的地质、水文条件。在软硬交替的复合地层中施工，单一模式的盾构机往往因为地质适应性差，难以满足施工要求。而复合盾构机若是采用单一支护方案，又有施工成本投入过高的缺点。
现有技术中所采用的土压TBM双模盾构机，其模式转换时间较长、施工效率低，同时隧道涌水应急能力弱，且主驱动内密封易磨损；而复合盾构机一般采用单一管片支护形式，施工成本高。
因此，如何有效提高掘进机的环境适应能力，同时提高施工效率，节省成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种土压TBM双模双支护掘进机及施工方法，用于满足环境要求，提高施工效率，节省成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种土压TBM双模双支护掘进机，包括刀盘、盾体、皮带机、用于驱动所述刀盘的主驱动以及推动所述刀盘移动的推进部件，还包括用于TBM模式的中心螺旋机和喷锚支护组件，以及用于土压模式的底部螺旋机和管片拼装机；所述中心螺旋机和所述底部螺旋机交叉排列，且所述中心螺旋机的螺旋轴与所述底部螺旋机的螺旋轴可择一移动至工作位置，所述皮带机位于所述中心螺旋机和所述底部螺旋机的尾部。
优选的，所述中心螺旋机和所述底部螺旋机在水平投影和竖直投影上均交叉排列。
优选的，所述中心螺旋机的接渣端位于所述盾体前隔板中心区域，所述中心螺旋机的接渣端设有接渣斗，所述刀盘的背面可拆卸设置有供渣土滑入所述接渣斗的溜渣槽。
优选的，所述底部螺旋机的接渣端位于所述盾体前隔板底部区域，所述刀盘与所述盾体前隔板之间形成土仓；所述盾体前隔板的中部设有中部挡板，所述盾体前隔板的底部设有底部挡板；所述中部挡板仅在TBM模式下开启，所述底部挡板仅在土压模式下开启。
优选的，所述中心螺旋机的出渣端设有中心螺旋机闸门，所述底部螺旋机的出渣端设有底部螺旋机闸门，所述中心螺旋机闸门和所述底部螺旋机闸门均朝下布置，开启后可供渣土掉落至所述皮带机上。
优选的，在TBM模式转换至土压模式时，用于推进所述刀盘的第一反力组件，所述第一反力组件包括可沿所述盾体的径向伸缩的撑靴和位于所述撑靴外端部的管片；所述管片可在所述撑靴的作用下压紧至洞壁，所述推进部件的一端可作用于所述管片上进行所述刀盘的推进。
优选的，所述喷锚支护组件包括锚杆支护部件、钢筋网支护部件和喷混支护部件，用于TBM模式掘进下锚网喷支护；土压模式下，采用管片拼装机拼装管片支护。
优选的，还包括用于土压模式下推进所述刀盘的第二反力部件，所述第二反力部件为可固设在洞壁上的反力块；所述推进部件的一端可作用于所述第二反力部件上进行所述刀盘的推进。
一种土压TBM双模双支护掘进机施工方法，应用于土压TBM双模双支护掘进机上，所述土压TBM双模双支护掘进机包括刀盘、盾体、主驱动、推进部件、底部螺旋机内、中心螺旋机、第一反力组件、第二反力部件和若干环管片，所述第一反力组件包括可沿所述盾体的径向伸缩的撑靴和位于所述撑靴外端部的管片，所述盾体上设有尾刷，包括：当土压模式转换为TBM模式时，包括以下步骤：于稳定岩层停机；排出土仓和底部螺旋机内的渣土；底部螺旋机的螺旋轴后退，关闭底部螺旋机闸门；拆卸目标数量的环管片；安装第一反力组件，刀盘背面加装溜渣槽；将中心螺旋机的螺旋轴前移，安装接渣斗；安装钢拱架安装器；开始TBM模式掘进。
优选的，还包括：当TBM模式转为土压模式时，包括以下步骤：于稳定岩层停机；排出土仓和中心螺旋机内的渣土，拆卸中心螺旋机的接渣斗，中心螺旋机的螺旋轴后退；拆卸钢拱架安装器和第一反力组件；检查尾刷状态，更换损坏尾刷；拆卸刀盘正面的封板、背面的溜渣槽，底部螺旋机的螺旋轴前移；施作第二反力部件；拼装第一环管片，通过管片注浆孔注双液浆；拼装第二环管片，对第二环管片壁后同步注浆；盾体内拼装第三环管片；按照始发状态重新开始土压模式掘进。
本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机，包括刀盘、盾体、皮带机、用于驱动所述刀盘的主驱动以及推动所述刀盘移动的推进部件，还包括用于TBM模式的中心螺旋机和喷锚支护组件，以及用于土压模式的底部螺旋机和管片拼装机；所述中心螺旋机和所述底部螺旋机交叉排列，且所述中心螺旋机的螺旋轴与所述底部螺旋机的螺旋轴可择一移动至工作位置，所述皮带机位于所述中心螺旋机和所述底部螺旋机的尾部。本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机，采用土压、TBM双模式推进具有更强的地质适应性，中心螺旋机和所述底部螺旋机交叉排列，避免了结构干涉，且可择一移动至工作位置，模式转换较方便，可操作性高。
在一种优选实施方式中，还包括用于TBM模式下推进所述刀盘的第一反力组件，所述第一反力组件包括可沿所述盾体的径向伸缩的撑靴和位于所述撑靴外端部的管片；所述管片可在所述撑靴的作用下压紧至洞壁，所述推进部件的一端可作用于所述管片上进行所述刀盘的推进。上述设置，利用所述撑靴和所述管片的设置，实现了TBM模式下刀盘的推进，避免了结构干涉，节省布置空间，模式转换较方便，可操作性高；利用现有推进部件，工作可靠。
本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机施工方法，应用于土压TBM双模双支护掘进机上，所述土压TBM双模双支护掘进机包括刀盘、盾体、主驱动、推进部件、底部螺旋机内、中心螺旋机、第一反力组件、第二反力部件和若干环管片，所述第一反力组件包括可沿所述盾体的径向伸缩的撑靴和位于所述撑靴外端部的管片，所述盾体上设有尾刷，包括：当土压模式转换为TBM模式时，包括以下步骤：于稳定岩层停机；排出土仓和底部螺旋机内的渣土；底部螺旋机的螺旋轴后退，关闭底部螺旋机闸门；拆卸目标数量的环管片；安装第一反力组件，刀盘背面加装溜渣槽；将中心螺旋机的螺旋轴前移，安装接渣斗；安装钢拱架安装器；开始TBM模式掘进。本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机施工方法，利用所述第一反力组件的设置，即利用所述撑靴和所述管片以及现有的推进部件，实现了TBM模式下的推进目的，有效提高避免了两种模式下结构的干涉，模式转换较方便，可操作性高。
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为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机一种具体实施方式中TBM模式下的结构示意图；
图2为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机一种具体实施方式中土压模式下的结构示意图；
图3为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机中土压模式下的管片反力部件的结构示意图；
图4为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机中螺旋机布置俯视图；
图5为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机中撑靴的结构示意图；
图6为本发明所提供的土压模式转化为TBM模式的流程图；
图7为本发明所提供的TBM模式转化为土压模式的流程图；
其中：刀盘-1；溜渣槽-1-1；土仓-1-2；接渣斗-1-3；回转中心-1-4；盾体-2；推进油缸-2-1；连接油缸-2-2；尾刷-2-3；盾体前隔板-2-4；主驱动-3；中心螺旋机-4；中心螺旋机闸门-4-1；第一反力组件-5；钢管片-5-1；撑靴-5-2；管片拼装机-6；底部螺旋机-7；底部螺旋机闸门-7-1；皮带机-8；锚杆钻机-9；喷混系统-10；第二反力部件-11。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种土压TBM双模双支护掘进机及施工方法，可有效的提高施工效率，节省成本，具有较强的环境适应能力。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图7，图1为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机一种具体实施方式中TBM模式下的结构示意图；图2为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机一种具体实施方式中土压模式下的结构示意图；图3为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机中土压模式下的管片反力部件的结构示意图；图4为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机中螺旋机布置俯视图；图5为本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机中撑靴的结构示意图；图6为本发明所提供的土压模式转化为TBM模式的流程图；图7为本发明所提供的TBM模式转化为土压模式的流程图。
在该实施方式中，土压TBM双模双支护掘进机包括刀盘1、盾体2、皮带机8、主驱动3和推进部件。具体的，主驱动3用于驱动刀盘1转动，推进部件用于推动刀盘1向前移动，推进部件可以为推进油缸2-1。
进一步，该掘进机还包括用于TBM模式的中心螺旋机4和喷锚支护组件，以及用于土压模式的底部螺旋机7和管片拼装机6；中心螺旋机4和底部螺旋机7交叉排列，且中心螺旋机4的螺旋轴与底部螺旋机7的螺旋轴可择一移动至工作位置，具体为向前移动至螺旋机的接渣端位于盾体前隔板2-4与刀盘1之间的土仓1-2内，皮带机8位于中心螺旋机4和底部螺旋机7的尾部，用于承接来自中心螺旋机4或底部螺旋机7的渣土。
本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机，采用土压、TBM双模式推进具有更强的地质适应性，且中心螺旋机4和底部螺旋机7交叉排列，避免了结构干涉，且可择一移动至工作位置，模式转换较方便，可操作性高。
在上述各实施方式的基础上，中心螺旋机4和底部螺旋机7在水平投影和竖直投影上均交叉排列。优选的，中心螺旋机4与水平面及竖直面均呈一定角度倾斜放置，以便为回转中心1-4预留空间，回转中心1-4位于盾体前隔板2-4正中心；底部螺旋机7同时布置在盾体前隔板2-4靠下部区域，底部螺旋机7与水平面及竖直面均呈一定角度倾斜放置，中心螺旋机4和底部螺旋机7在空间上交叉呈“X”形，防止各结构发生干涉。
在上述各实施方式的基础上，中心螺旋机4的接渣端位于盾体前隔板2-4中心区域，中心螺旋机4的接渣端设有接渣斗1-3，刀盘1的背面可拆卸设置有供渣土滑入接渣斗1-3的溜渣槽1-1。
在上述各实施方式的基础上，底部螺旋机7的接渣端位于盾体前隔板2-4底部区域，刀盘1与盾体前隔板2-4之间形成土仓1-2；盾体前隔板2-4的中部设有中部挡板，盾体前隔板2-4的底部设有底部挡板；中部挡板仅在TBM模式下开启，底部挡板仅在土压模式下开启，当底部螺旋机7退回时，底部挡板关闭，当中心螺旋机4退回时，中心挡板关闭，底部挡板和中心挡板的设置，可以有效防止渣土流出。
在上述各实施方式的基础上，中心螺旋机4的出渣端设有中心螺旋机闸门4-1，底部螺旋机7的出渣端设有底部螺旋机闸门7-1，中心螺旋机闸门4-1和底部螺旋机闸门7-1均朝下布置，皮带机8位于两个螺旋机闸门的下方，中心螺旋机闸门4-1或底部螺旋机闸门7-1开启后可供渣土掉落至皮带机8上。
在上述各实施方式的基础上，还包括用于TBM模式下推进刀盘1的第一反力组件5，第一反力组件5包括可沿盾体2的径向伸缩的撑靴5-2和位于撑靴5-2外端部的管片；管片可在撑靴5-2的作用下压紧至洞壁，推进部件的一端可作用于管片上进行刀盘1的推进。具体的，管片优选为铜管片。
具体的，TBM模式下，刀盘1背面设置有溜渣槽1-1，接渣斗1-3与中心螺旋机4前端连接，渣土经刀盘1开挖后进入溜渣槽1-1，再落入接渣斗1-3后经中心螺旋机4和皮带机8出渣；第一反力组件5安装在盾体2尾处，其包括管片和撑靴5-2，管片的端面与连接油缸2-2连接，连接油缸2-2将管片与前方的推进油缸2-1连接在一起。
在上述各实施方式的基础上，还包括在TBM模式转换至土压模式时，用于推进刀盘1的第一反力组件5，第一反力组件5包括可沿盾体2的径向伸缩的撑靴5-2和位于撑靴5-2外端部的管片；管片可在撑靴5-2的作用下压紧至洞壁，推进部件的一端可作用于管片上进行刀盘1的推进。上述设置，利用撑靴5-2和管片的设置，实现了TBM模式下刀盘1的推进，避免了结构干涉，节省布置空间，模式转换较方便，可操作性高；利用现有推进部件，工作可靠。
在上述各实施方式的基础上，喷锚支护组件包括锚杆支护部件、钢筋网支护部件和喷混支护部件，用于TBM模式掘进下锚网喷支护；土压模式下，采用管片拼装机拼装管片支护。
在上述各实施方式的基础上，还包括用于土压模式下推进刀盘1的第二反力部件11，第二反力部件11为可固设在洞壁上的反力块；推进部件的一端可作用于第二反力部件11上进行刀盘1的推进。
在一种具体实施例中，掘进机包括刀盘1、盾体2、主驱动3、中心螺旋机4、底部螺旋机7、皮带机8、带反力机构的钢管片5-1组件、管片拼装机6、锚杆钻机9、喷混系统10；刀盘1位于掘进方向最前端，主驱动3与刀盘1连接，主驱动3中驱动装置为刀盘1旋转提供动力；带反力机构的钢管片5-1组件包括第一反力组件5和连接油缸2-2。
具体的，在TBM掘进模式下，刀盘1掘进开挖的渣土通过溜渣槽1-1进入接渣斗1-3，然后通过中心螺旋机4输送到皮带机8，最后通过渣土车输送到洞外；TBM模式下的支护由锚杆支护、钢筋网支护和喷混支护组成；锚杆钻机9将锚杆打入岩壁层，锚杆上挂装钢筋网，最后进行喷混对支护进行加固。TBM模式下的推进主要借助带反力机构的钢管片5-1装置实现，其工作原理如下：掘进机推进时，撑靴5-2撑紧洞壁，推进油缸2-1伸长来推动刀盘1掘进，这时完成一个步进距离，然后撑靴5-2和推进油缸2-1回缩拖拽带反力机构的钢管片5-1完成换步；
在土压掘进模式下，刀盘1掘进开挖的渣土直接通过底部螺旋机7输送到皮带机8，最后通过渣土输送车输送到洞外；土压模式下的支护采用常规设计的环管片支护；由TBM模式转为土压模式下的推进主要借助第二反力部件11来实现，其原理在于通过第二反力部件11提供支撑反力来拼装第一环管片，随后即可按照常规土压掘进方式推进。
除上述土压TBM双模双支护掘进机外，本发明还提供了一种土压TBM双模双支护掘进机施工方法。
该土压TBM双模双支护掘进机施工方法，应用于土压TBM双模双支护掘进机上，土压TBM双模双支护掘进机包括刀盘1、盾体2、主驱动3、推进部件、底部螺旋机7内、中心螺旋机4、第一反力组件5、第二反力部件11和若干环管片，第一反力组件5包括可沿盾体2的径向伸缩的撑靴5-2和位于撑靴5-2外端部的管片，盾体2上设有尾刷2-3。
该土压TBM双模双支护掘进机施工方法包括：
当土压模式转换为TBM模式时，包括以下步骤：于稳定岩层停机；排出土仓1-2和底部螺旋机7内的渣土；底部螺旋机7的螺旋轴后退，关闭底部螺旋机闸门7-1；拆卸目标数量的环管片，如拆卸三片环管片；安装带反力结构的钢管片，即安装第一反力组件5和连接油缸，刀盘1背面加装溜渣槽1-1；将中心螺旋机4的螺旋轴前移，安装接渣斗1-3；安装钢拱架安装器；开始TBM模式掘进。
本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机施工方法，利用第一反力组件5的设置，即利用撑靴5-2和管片以及现有的推进部件，实现了TBM模式下的推进目的，有效提高避免了两种模式下结构的干涉，模式转换较方便，可操作性高。
进一步，当TBM模式转为土压模式时，包括以下步骤：于稳定岩层停机；排出土仓1-2和中心螺旋机4内的渣土，拆卸中心螺旋机4的接渣斗1-3，中心螺旋机4的螺旋轴后退；拆卸钢拱架安装器和第一反力组件5；检查尾刷2-3状态，更换损坏尾刷2-3；拆卸刀盘1正面的封板、背面的溜渣槽1-1，底部螺旋机7的螺旋轴前移；施作一环管片反力装置，即施作第二反力部件11；拼装第一环管片，通过管片注浆孔注双液浆；拼装第二环管片，对第二环管片壁后同步注浆；盾体2内拼装第三环管片；按照始发状态重新开始土压模式掘进。
本实施例所提供的土压TBM双模双支护掘进机及施工方法，采用土压模式和TBM双模式推进，具有更强的地质适应性；推进方案选用带反力机构的钢管片5-1，避免了结构干涉，节省布置空间；模式转换较方便，可操作性高；利用现有推进油缸2-1，工作可靠；通过管片拼装和喷锚支护的双支护方案可以节约施工成本投入；且支护设施集成搭载，可以实现开挖、支护同步作业。
以上对本发明所提供的土压TBM双模双支护掘进机及施工方法进行了详细介绍。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施工方法及其核心思想。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 (7)
1.一种土压TBM双模双支护掘进机，包括刀盘(1)、盾体(2)、皮带机(8)、用于驱动所述刀盘(1)的主驱动(3)以及推动所述刀盘(1)移动的推进部件，其特征在于，还包括用于TBM模式的中心螺旋机(4)和喷锚支护组件，以及用于土压模式的底部螺旋机(7)和管片拼装机(6)；所述中心螺旋机(4)和所述底部螺旋机(7)交叉排列，且所述中心螺旋机(4)的螺旋轴与所述底部螺旋机(7)的螺旋轴可择一移动至工作位置，所述皮带机(8)位于所述中心螺旋机(4)和所述底部螺旋机(7)的尾部；所述中心螺旋机(4)和所述底部螺旋机(7)在水平投影和竖直投影上均交叉排列；所述中心螺旋机(4)的接渣端位于所述盾体(2)的盾体前隔板(2-4)中心区域，所述中心螺旋机(4)的接渣端设有接渣斗(1-3)，所述刀盘(1)的背面可拆卸设置有供渣土滑入所述接渣斗(1-3)的溜渣槽(1-1)；所述底部螺旋机(7)的接渣端位于所述盾体前隔板(2-4)底部区域，所述刀盘(1)与所述盾体前隔板(2-4)之间形成土仓(1-2)；所述盾体前隔板(2-4)的中部设有中部挡板，所述盾体前隔板(2-4)的底部设有底部挡板；所述中部挡板仅在TBM模式下开启，所述底部挡板仅在土压模式下开启。
2.根据权利要求1所述的土压TBM双模双支护掘进机，其特征在于，所述中心螺旋机(4)的出渣端设有中心螺旋机闸门(4-1)，所述底部螺旋机(7)的出渣端设有底部螺旋机闸门(7-1)，所述中心螺旋机闸门(4-1)和所述底部螺旋机闸门(7-1)均朝下布置，开启后可供渣土掉落至所述皮带机(8)上。
3.根据权利要求1或2所述的土压TBM双模双支护掘进机，其特征在于，还包括用于TBM模式下推进所述刀盘(1)的第一反力组件(5)，所述第一反力组件(5)包括可沿所述盾体(2)的径向伸缩的撑靴(5-2)和位于所述撑靴(5-2)外端部的管片；所述管片可在所述撑靴(5-2)的作用下压紧至洞壁，所述推进部件的一端可作用于所述管片上进行所述刀盘(1)的推进。
4.根据权利要求3所述的土压TBM双模双支护掘进机，其特征在于，所述喷锚支护组件包括锚杆支护部件、钢筋网支护部件和喷混支护部件，用于TBM模式掘进下锚网喷支护；土压模式下，采用管片拼装机拼装管片支护。
5.根据权利要求1或2所述的土压TBM双模双支护掘进机，其特征在于，还包括在TBM模式转换至土压模式时，用于推进所述刀盘(1)的第二反力部件(11)，所述第二反力部件(11)为可固设在洞壁上的反力块；所述推进部件的一端可作用于所述第二反力部件(11)上进行所述刀盘(1)的推进。
6.一种土压TBM双模双支护掘进机施工方法，应用于如权利要求2所述的土压TBM双模双支护掘进机上，所述土压TBM双模双支护掘进机还包括第一反力组件(5)、第二反力部件(11)和若干环管片，所述第一反力组件(5)包括可沿所述盾体(2)的径向伸缩的撑靴(5-2)和位于所述撑靴(5-2)外端部的管片，所述盾体(2)上设有尾刷(2-3)，其特征在于，包括：
当土压模式转换为TBM模式时，包括以下步骤：于稳定岩层停机；排出土仓(1-2)和底部螺旋机(7)内的渣土；底部螺旋机(7)的螺旋轴后退，关闭底部螺旋机闸门(7-1)；拆卸目标数量的环管片；安装第一反力组件(5)，刀盘(1)背面加装溜渣槽(1-1)；将中心螺旋机(4)的螺旋轴前移，安装接渣斗(1-3)；安装钢拱架安装器；开始TBM模式掘进。
7.根据权利要求6所述的土压TBM双模双支护掘进机施工方法，其特征在于，还包括：
当TBM模式转为土压模式时，包括以下步骤：于稳定岩层停机；排出土仓(1-2)和中心螺旋机(4)内的渣土，拆卸中心螺旋机(4)的接渣斗(1-3)，中心螺旋机(4)的螺旋轴后退；拆卸钢拱架安装器和第一反力组件(5)；检查尾刷(2-3)状态，更换损坏尾刷(2-3)；拆卸刀盘(1)正面的封板、背面的溜渣槽(1-1)，底部螺旋机(7)的螺旋轴前移；施作第二反力部件(11)；拼装第一环管片，通过管片注浆孔注双液浆；拼装第二环管片，对第二环管片壁后同步注浆；盾体(2)内拼装第三环管片；按照始发状态重新开始土压模式掘进。
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