CN113073986B - 适用于抽水蓄能电站的tbm掘进机及掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机及掘进方法，该TBM掘进机，包括：依次连接的刀盘模块、驱动模块、推进油缸、盾体模块、设备桥和拖车系统，驱动模块用于驱动刀盘模块旋转，推进油缸用于驱动刀盘模块向前掘进；驱动模块与刀盘模块之间可拆卸地连接，盾体模块与设备桥之间可拆卸地连接，设备桥与拖车系统之间可拆卸地连接；推进油缸的一端与驱动模块连接，推进油缸的另一端与盾体模块连接。通过本发明，缓解了抽水蓄能电站地下隧洞采用TBM掘进机施工的经济性较差的技术问题。

Description

适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机及掘进方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机及掘进方法。

背景技术

常规TBM掘进机(Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)广泛应用在水利、铁路、市政隧道中，常规TBM掘进机的单次掘进距离通常在10公里左右，常规TBM掘进机的理论寿命通常在20公里以上。

抽水蓄能电站的地下隧洞种类繁多，单一隧洞长度约2公里～3公里。抽水蓄能电站地下隧洞若采用常规TBM掘进机掘进，常规TBM掘进机需先组装始发，完成掘进里程后，再拆机运输。由于抽水蓄能电站地下隧洞的掘进里程较短时，组装始发和拆机会占用了较多时间，降低了TBM掘进机的效率，导致抽水蓄能电站地下隧洞采用TBM掘进机施工的经济性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机及掘进方法，以缓解抽水蓄能电站地下隧洞采用TBM掘进机施工的经济性较差的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机，包括：依次连接的刀盘模块、驱动模块、推进油缸、盾体模块、设备桥和拖车系统，所述驱动模块用于驱动所述刀盘模块旋转，所述推进油缸用于驱动所述刀盘模块向前掘进；

所述驱动模块与所述刀盘模块之间可拆卸地连接，所述盾体模块与所述设备桥之间可拆卸地连接，所述设备桥与所述拖车系统之间可拆卸地连接；所述推进油缸的一端与所述驱动模块连接，所述推进油缸的另一端与所述盾体模块连接。

在优选的实施方式中，所述刀盘模块的后端面设有环槽，所述驱动模块的前端面设有与所述环槽相配合的环状凸块。

在优选的实施方式中，所述驱动模块的前端面设有多个环状分布的第一螺纹孔，穿设于所述刀盘模块的第一螺栓连接于所述第一螺纹孔。

在优选的实施方式中，所述盾体模块与所述设备桥之间通过横向设置的推拉油缸连接。

在优选的实施方式中，所述拖车系统包括多个依次连接的拖车，相邻两个所述拖车之间可拆卸连接。

在优选的实施方式中，相邻两个所述拖车之间通过定位销机构连接，所述定位销机构包括第一连接板、第二连接板和定位销轴，所述第一连接板设有竖向的第一销孔，所述第二连接板设有竖向的第二销孔，所述定位销轴穿设于所述第一销孔和所述第二销孔中；所述第一连接板和所述第二连接板分别固接于相邻的两个所述拖车。

在优选的实施方式中，所述设备桥与位于前端的所述拖车之间通过定位销机构连接，所述定位销机构包括第一连接板、第二连接板和定位销轴，所述第一连接板设有竖向的第一销孔，所述第二连接板设有竖向的第二销孔，所述定位销轴穿设于所述第一销孔和所述第二销孔中；所述第一连接板固接于所述设备桥，所述第二连接板固接于前端的所述拖车。

在优选的实施方式中，所述TBM掘进机包括出渣皮带机模块。

在优选的实施方式中，所述TBM掘进机包括多个圆周分布的推进油缸，所述推进油缸沿从前向后的方向向内倾斜。

本发明提供一种适用于抽水蓄能电站的掘进方法，采用权上述的TBM掘进机，所述掘进方法包括：

步骤S10，开挖始发洞室；

步骤S20，安装始发步进台架，组装所述TBM掘进机且将所述TBM掘进机安装在所述始发步进台架上；

步骤S30，所述TBM掘进机沿所述始发步进台架运动至所述始发洞室的掌子面；

步骤S40，所述TBM掘进机中的撑靴伸出且撑紧洞壁；

步骤S50，拆除所述始发步进台架；

步骤S60，所述TBM掘进机掘进；

步骤S70，对所述TBM掘进机中的所述刀盘模块、所述驱动模块、所述推进油缸、所述盾体模块、所述设备桥和所述拖车系统进行拆机。

本发明的特点及优点是：

该TBM掘进机包括多个模块，驱动模块与刀盘模块之间、盾体模块与设备桥之间、以及设备桥与拖车系统之间均可拆卸地连接，方便各个模块快速组装、拆卸以及运输，便于在多个抽水蓄能电站间进行转场施工，这样，同一台本发明提供的TBM掘进机可以接连进行多个电站的施工，能够实现“电站群”TBM滚动开发施工，使总掘进里程达到10公里以上，提高了TBM掘进机施工的经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明提供的适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机的结构示意图；

图2为图1所示的TBM掘进机中的前半段的爆炸示意图；

图3为图1所示的TBM掘进机中拖车系统的结构示意图；

图4为图1所示的TBM掘进机中出渣皮带机模块的结构示意图；

图5为图1所示的TBM掘进机中出渣皮带机模块与拖车系统的配合示意图；

图6为图2中B处的局部放大图；

图7为图1中A处的局部放大图；

图8为图1所示的TBM掘进机中定位销机构的结构示意图；

图9为图8所示的定位销机构中的定位销轴与插销的连接示意图；

图10为图1所示的TBM掘进机掘进隧洞的示意图；

图11为图10中的C-C向的剖视图；

图12为本发明提供的适用于抽水蓄能电站的掘进方法的示意图。

附图标号说明：

1、刀盘模块；11、环槽；

2、驱动模块；21、环状凸块；22、第一螺纹孔；23、前盾；24、稳定器；25、保护罩；

3、推进油缸；4、盾体模块；5、出渣皮带机模块；

6、设备桥；61、推拉油缸；

7、拖车系统；71、第一拖车；72、第二拖车；73、第三拖车；74、第四拖车；

8、定位销机构；81、第一连接板；811、第一销孔；82、第二连接板；821、第二销孔；83、定位销轴；84、插销；

91、TBM掘进机；90、始发步进台架；93、交通洞；94、始发洞室；95、需开挖隧洞。

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。

实施例一

本发明提供了一种适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机，如图1和图2所示，该TBM掘进机包括：依次连接的刀盘模块1、驱动模块2、推进油缸3、盾体模块4、设备桥6和拖车系统7，驱动模块2用于驱动刀盘模块1旋转，推进油缸3用于驱动刀盘模块1向前掘进；驱动模块2与刀盘模块1之间可拆卸地连接，盾体模块4与设备桥6之间可拆卸地连接，设备桥6与拖车系统7之间可拆卸地连接；推进油缸3的一端与驱动模块2连接，推进油缸3的另一端与盾体模块4连接。

该TBM掘进机包括多个模块，驱动模块2与刀盘模块1之间、盾体模块4与设备桥6之间、以及设备桥6与拖车系统7之间均可拆卸地连接，方便各个模块快速组装、拆卸以及运输，便于在多个抽水蓄能电站间进行转场施工，这样，同一台本发明提供的TBM掘进机可以接连进行多个电站的施工，能够实现“电站群”TBM滚动开发施工，使总掘进里程达到10公里以上，提高了TBM掘进机施工的经济性。

如图1、图2和图6所示，刀盘模块1的后端面设有环槽11，驱动模块2的前端面设有与环槽11相配合的环状凸块21，环状凸块21嵌入环槽11中，起到密封作用，保障了刀盘模块1与驱动模块2之间连接的可靠性。优选地，如图6所示，刀盘模块1的后端面设有多个内外分布环槽11，驱动模块2的前端面设有多个内外分布的环状凸块21，多个环状凸块21与多个环槽11相配合，具有迷宫密封作用。

在本发明的一实施方式中，驱动模块2的前端面设有多个环状分布的第一螺纹孔22，穿设于刀盘模块1的第一螺栓(图6中未示出)连接于第一螺纹孔22，通过第一螺栓，将刀盘模块1固定于驱动模块2上，以方便组装和拆机。进一步地，驱动模块2与刀盘模块1上分别设有多个相配合的销孔，穿设于该销孔的销轴对刀盘模块1和驱动模块2进行定位。更进一步地，多个销孔与多个第一螺纹孔22分布于同一圆环线上。优选地，驱动模块2的顶部设有前盾23、稳定器24和保护罩25。刀盘模块1可以采用整体式设计。

如图1和图2所示，盾体模块4与设备桥6之间通过横向设置的推拉油缸61连接，推拉油缸61的后端连接于设备桥6，推拉油缸61的前端连接于盾体模块4，掘进时，推拉油缸61带动设备桥6向前移动，推拉油缸61沿横向设置，优选地，推拉油缸61的后端铰接于设备桥6，推拉油缸61的前端铰接于盾体模块4。推拉油缸61的前端与盾体模块4之间通过竖向的连接轴实现可拆卸地铰接。盾体模块4内布置撑靴，以使该TBM掘进机通过该撑靴撑紧洞壁。设备桥6上布置除尘器单元。

如图1和图3所示，拖车系统7包括多个依次连接的拖车，相邻两个拖车之间可拆卸连接。拖车上设置该TBM掘进机的配套电器设备，多个拖车包括从前往后分布的第一拖车71、第二拖车72、第三拖车73和第四拖车74，第二拖车72上布置空压机和储气罐等气体单元，第三拖车73上布置液压泵站单元，第四拖车74上布置内水循环泵站和电缆箱。多个拖车之间可拆卸地连接，方便进行组装和拆机。

进一步地，相邻两个拖车之间通过定位销机构8连接，定位销机构8包括第一连接板81、第二连接板82和定位销轴83，如图1、图7-图9所示，第一连接板81设有竖向的第一销孔811，第二连接板82设有竖向的第二销孔821，定位销轴83穿设于第一销孔811和第二销孔821中；第一连接板81和第二连接板82分别固接于相邻的两个拖车。通过定位销机构8，一方面方便相邻两个拖车进行组装和拆机；另一方面，第一连接板81可以相对于第二连接板82绕定位销轴83旋转，从而实现了相邻两个拖车可相对转动，提高了拖车系统7在行进过程中的灵活性。如图8和图9所示，定位销轴83上设有插销84，以阻止定位销轴83从第一销孔811和第二销孔821中脱出。

进一步地，设备桥6与位于第一拖车71之间通过定位销机构8连接，定位销机构8包括第一连接板81、第二连接板82和定位销轴83，第一连接板81设有竖向的第一销孔811，第二连接板82设有竖向的第二销孔821，定位销轴83穿设于第一销孔811和第二销孔821中；第一连接板81固接于设备桥6，第二连接板82固接于第一拖车71。通过定位销机构8，一方面方便设备桥6与拖车系统7进行组装和拆机；另一方面，第一连接板81可以相对于第二连接板82绕定位销轴83旋转，从而实现了设备桥6与拖车系统7之间可相对转动，提高了该TBM掘进机在掘进过程中的灵活性。

如图1、图4和图5所示，该TBM掘进机包括出渣皮带机模块5，通过该出渣皮带机模块5，将刀盘模块1挖掘产生的渣土向外输送。优选地，该出渣皮带机模块5采用分段设计，以方便组装和拆机。

如图1和图2所示，该TBM掘进机包括多个圆周分布的推进油缸3，推进油缸3沿从前向后的方向向内倾斜，多个推进油缸3相协作，有利于对刀盘模块1提供较大的驱动力，提高掘进的效率。

该TBM掘进机具有以下优点：(1)常规TBM为应对不良地质地质，体积庞大，长度多在150米以上；该TBM掘进机总长较小，总重量较小，可以实现各个模块的长度均小于7米，由刀盘模块1、驱动模块2、推进油缸3和盾体模块4组成的TBM主机长度小于10米。(2)该TBM掘进机取消了支护系统，模块化设计拖车系统7，各拖车之间连接易拆卸，并且各个模块采用模块化设计、结构紧凑，单个模块最大重量低，模块与模块之间方便快速组装和拆机，便于在多个抽水蓄能电站间转运。一实施方式中，该TBM掘进机总长38米，总重量250T。

实施例二

本发明提供了一种适用于抽水蓄能电站的掘进方法，采用上述的TBM掘进机，如图12所示，该掘进方法包括：步骤S10，开挖始发洞室94；步骤S20，安装始发步进台架90，组装TBM掘进机91且将TBM掘进机91安装在始发步进台架90上；步骤S30，TBM掘进机91沿始发步进台架90运动至始发洞室94的掌子面；步骤S40，TBM掘进机91中的撑靴伸出且撑紧洞壁；步骤S50，拆除始发步进台架90；步骤S60，TBM掘进机91掘进；步骤S70，对TBM掘进机91中的刀盘模块1、驱动模块2、推进油缸3、盾体模块4、设备桥6和拖车系统7进行拆机。

采用该掘进方法，一个抽水蓄能电站的隧洞掘通后，便于将TBM掘进机91转运至下一个抽水蓄能电站进行隧洞掘进，以接连进行多个电站的施工，能够实现“电站群”TBM滚动开发施工，使总掘进里程达到10公里以上，提高了TBM掘进机91施工的经济性。

具体地，如图10和图11所示，步骤是S10中，采用钻爆法预先开挖始发洞室94，优选地，始发洞室94直径大于TBM开挖直径0.1米。步骤S20中，以抽水蓄能电站已开挖的交通洞93或通风洞室作为TBM组装场地，进行TBM主机组装，连接液压泵站、内水循环泵站和电缆箱等始发必备条件。步骤S60中，如图10所示，TBM掘进机91沿需开挖隧洞95进行掘进；优选地，TBM掘进机91呈螺旋形掘进。隧洞掘通后，按照步骤S70进行拆机，各个模块分别放置，方便转场运输。

该掘进方法中，TBM掘进机91施工是非爆工法，利于环境保护和劳动力保护，有利于绿色施工。TBM掘进机91整机长度较短，同时始发洞室94较短，准备工序较少；始发洞室94较短，缩短了开挖洞室时间，大大减少了人工钻爆工程量，能够实现快速始发掘进，提高了利用TBM掘进机91的经济性。在一实施方式中，始发洞室94约10m。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机，其特征在于，包括：依次连接的刀盘模块、驱动模块、推进油缸、盾体模块、设备桥和拖车系统，所述驱动模块用于驱动所述刀盘模块旋转，所述推进油缸用于驱动所述刀盘模块向前掘进；

所述驱动模块与所述刀盘模块之间可拆卸地连接，所述盾体模块与所述设备桥之间可拆卸地连接，所述设备桥与所述拖车系统之间可拆卸地连接；所述推进油缸的一端与所述驱动模块连接，所述推进油缸的另一端与所述盾体模块连接；

所述刀盘模块的后端面设有环槽，所述驱动模块的前端面设有与所述环槽相配合的环状凸块；

所述驱动模块的前端面设有多个环状分布的第一螺纹孔，穿设于所述刀盘模块的第一螺栓连接于所述第一螺纹孔；所述第一螺纹孔位于所述环状凸块的径向内侧；

所述拖车系统包括多个依次连接的拖车，相邻两个所述拖车之间可拆卸连接；

相邻两个所述拖车之间通过定位销机构连接，所述定位销机构包括第一连接板、第二连接板和定位销轴，所述第一连接板设有竖向的第一销孔，所述第二连接板设有竖向的第二销孔，所述定位销轴穿设于所述第一销孔和所述第二销孔中；

所述第一连接板和所述第二连接板分别固接于相邻的两个所述拖车；

所述刀盘模块采用整体式设计；

所述盾体模块与所述设备桥之间通过推拉油缸连接，所述推拉油缸的后端铰接于所述设备桥，所述推拉油缸的前端与所述盾体模块之间通过竖向的连接轴实现可拆卸地铰接。

2.根据权利要求1所述的适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机，其特征在于，所述盾体模块与所述设备桥之间通过横向设置的推拉油缸连接。

3.根据权利要求1所述的适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机，其特征在于，所述设备桥与位于前端的所述拖车之间通过定位销机构连接，所述定位销机构包括第一连接板、第二连接板和定位销轴，所述第一连接板设有竖向的第一销孔，所述第二连接板设有竖向的第二销孔，所述定位销轴穿设于所述第一销孔和所述第二销孔中；

所述第一连接板固接于所述设备桥，所述第二连接板固接于前端的所述拖车。

4.根据权利要求1所述的适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机，其特征在于，所述TBM掘进机包括出渣皮带机模块。

5.根据权利要求1所述的适用于抽水蓄能电站的TBM掘进机，其特征在于，所述TBM掘进机包括多个圆周分布的推进油缸，所述推进油缸沿从前向后的方向向内倾斜。

6.一种适用于抽水蓄能电站的掘进方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述的TBM掘进机，所述掘进方法包括：

步骤S10，开挖始发洞室；

步骤S20，安装始发步进台架，组装所述TBM掘进机且将所述TBM掘进机安装在所述始发步进台架上；

步骤S30，所述TBM掘进机沿所述始发步进台架运动至所述始发洞室的掌子面；

步骤S40，所述TBM掘进机中的撑靴伸出且撑紧洞壁；

步骤S50，拆除所述始发步进台架；

步骤S60，所述TBM掘进机掘进；

步骤S70，对所述TBM掘进机中的所述刀盘模块、所述驱动模块、所述推进油缸、所述盾体模块、所述设备桥和所述拖车系统进行拆机。

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