CN113187488B - 一种双结构tbm液压推进系统及双结构tbm - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双结构TBM液压推进系统及双结构TBM，液压推进系统包括：主推进油缸和盾体推进油缸，还包括主推进液压回路，能够驱动主推进油缸主动伸缩，并在下述工况下能够浮动：在盾体推进掘进模式下，当TBM的主梁前进且TBM的鞍架支撑靴和/或撑靴撑顶隧道洞壁时，主推进液压回路能够使主推进油缸浮动，保证主梁和鞍架的相对滑移，在盾体推进掘进模式下，可利用鞍架支撑靴提供支撑力以支撑主梁，或是利用撑靴提供后支撑力以支撑主梁，或提供水平调向作用力，实现边掘进边水平调向，改进双结构TBM的盾体推进掘进模式。

Description

一种双结构TBM液压推进系统及双结构TBM

技术领域

本发明属于盾构机技术领域，具体涉及一种双结构TBM液压推进系统及双结构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工作时，采用喷锚支护方式，并由主推进油缸为主机向前掘进提供动力，前进的支反力由撑靴撑紧洞壁后提供。TBM在通过破碎围岩时，撑靴无法直接撑紧破碎围岩，获取不到足够的支反力，推进系统推力将大大降低，此时只能以较低的推力向前掘进，或等支护完成后才能恢复正常掘进，该过程中掘进效率大大降低。

护盾式TBM的盾体内布置有盾体推进油缸，采用管片支护方式，所拼装管片为盾体推进油缸（见图1）提供推进反力。护盾式TBM较敞开式TBM的盾体长，增加了卡机风险，尤其在大变形收敛地层掘进时，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TBM的推进系统无法满足施工需求，任何一种单一结构形式TBM的推进系统在面对情况复杂的围岩地质时，均有一定的局限性。

在申请公布号为CN109826637A的中国发明专利中公开了一种双结构TBM及其施工方法，其既配置了喷锚支护掘进单元，又配置了管片支护掘进单元，喷锚支护掘进单元包括主梁推进油缸和撑靴单元，主梁推进油缸的前端铰接在主梁上，后端与撑靴单元铰接，管片支护掘进单元包括管片拼装机和盾体推进油缸。当洞壁强度足够支撑时，可由撑靴单元撑紧洞壁，主梁推进油缸伸长，而在经过破碎围岩段时，可由管片拼装机在洞壁内拼装管片，由盾体推进油缸反向顶推管片，盾体推进油缸伸出顶压在后方的管片上，为TBM提供向前的推进力。

上述双结构TBM采用液压缸驱动前进，仅提供了TBM的结构，现对应这种TBM配置相应的液压推进系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于双结构TBM的液压推进系统。同时，本发明还提供一种采用上述液压推进系统的双结构TBM。

为实现上述目的，本发明所提供的双结构TBM液压推进系统的技术方案是：双结构TBM液压推进系统，包括：

主推进油缸，一端用于与TBM的主梁铰接，另一端用于与TBM的撑靴铰接，主推进油缸主动伸缩动作以实现TBM掘进；

盾体推进油缸，用于安装在TBM的盾体上，以顶推盾体后侧的管片环，盾体推进油缸主动伸缩动作以实现TBM掘进；

盾体推进液压回路，用于驱动盾体推进油缸主动伸缩；

主推进液压回路，能够驱动主推进油缸主动伸缩，并在下述至少一种工况下能够浮动：

工况一：在盾体推进掘进模式下，当TBM的主梁前进且TBM的鞍架支撑靴撑顶隧道洞壁时；

工况二：在盾体推进掘进模式下，当TBM的主梁前进且TBM的撑靴撑顶隧道洞壁时。

有益效果是：本发明所提供的双结构TBM液压推进系统中，盾体推进液压回路可驱动盾体推进油缸主动伸缩，以实现TBM掘进，主推进液压回路可驱动主推进油缸主动伸缩，以实现TBM掘进，并且，在盾体推进掘进模式下，当TBM的主梁前进且TBM的撑靴撑顶隧道洞壁时，主推进液压回路能够使主推进油缸浮动，保证主梁和鞍架的相对滑移，这样一来，在盾体推进掘进模式下，当主梁前移时，可利用鞍架支撑靴提供支撑力以支撑主梁，或者是利用撑靴提供后支撑力以支撑主梁，或提供水平调向作用力，在掘进状态下进行水平调向，以改进双结构TBM的盾体推进掘进模式。

作为进一步地改进，所述主推进液压回路包括：

主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路，对应地与主推进油缸的无杆腔和有杆腔连通；

主推进换向装置，其为阀或阀组，用于控制主推进无杆腔油路、主推进有杆腔油路切换连通相应泵源，以控制主推进油缸主动伸缩；

主推进液压回路可通过下述至少一种方式将主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路连通，使得主推进油缸的无杆腔和有杆腔连通，实现主推进油缸浮动：

方式一：主推进换向装置具有浮动工位，可通过主推进换向装置将主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路连通；

方式二：主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路之间设有浮动油路，浮动油路上设有浮动控制阀，浮动控制阀打开时，浮动油路导通，使主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路连通。

有益效果是：对应主推进液压回路，可通过主推进换向装置和/或浮动油路将主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路连通，以控制主推进油缸浮动，方式简单，便于实现。

作为进一步地改进，所述浮动油路连通有油箱油路，油箱油路用于连通油箱，油箱油路上设有回路控制阀，用于控制油箱油路通断。

有益效果是：利用油箱油路可将浮动油路与油箱连通，在回路控制阀打开后，在浮动过程中，当主推进油缸的无杆腔排油、有杆腔进油时，多余的液压油可以流入油箱中，当主推进油缸的有杆腔排油、无杆腔进油时，则可通过抽吸油箱中的液压油实现补油。

作为进一步地改进，所述浮动油路连通有主动补油油路，该主动补油油路用于连接相应泵源以实现补油，主动补油油路上设有补油控制阀，控制主动补油油路通断。

有益效果是：专门配置相应的主动补油油路，可以主动向浮动油路补油，更有效的降低气蚀、气穴等现象，提高液压系统可靠性和稳定性。

作为进一步地改进，所述主推进液压回路包括浮动控制阀组，浮动控制阀组上集成设置有所述浮动油路、浮动控制阀、油箱油路及回路控制阀。

有益效果是：利用浮动控制阀组，方便集成设置浮动油路等，便于实现液压管路连接，方便装配。

作为进一步地改进，所述主推进液压回路和盾体推进液压回路共用推进泵源油路，在主推进掘进模式下，所述推进泵源油路能够向主推进液压回路供油，在盾体推进掘进模式下，所述推进泵源油路能够向盾体推进液压回路供油；

所述盾体推进液压回路和主动补油油路共用辅助泵源油路；

所述盾体推进液压回路通过油源切换装置与所述推进泵源油路和辅助泵源油路连通。

有益效果是：推进泵源油路根据需要能够向主推进液压回路和盾体推进液压回路供油，而盾体推进液压回路则与主动补油油路共用辅助泵源油路，并通过配置油源切换装置，方便实现由推进泵源油路和辅助泵源油路择一地向盾体推进液压回路提供液压油，这样一来，仅设置推进泵源油路和辅助泵源油路即可满足液压油需求，减少设计的泵源油路数量。

作为进一步地改进，双结构TBM液压推进系统还包括比例减压阀，比例减压阀的进油口用于连接相应泵源，比例减压阀的出油口用于向盾体推进液压回路提供设定压力的液压油。

有益效果是：采用比例减压阀，便于连续调整输送入盾体推进液压回路中的液压油的压力，进而可连续调整输出推力。

本发明所提供的双结构TBM的技术方案是：一种双结构TBM，包括：

主梁，其上滑移装配有鞍架，鞍架上装配有撑靴；

液压推进系统，包括：

主推进油缸，一端用于与TBM的主梁铰接，另一端用于与TBM的撑靴铰接，主推进油缸主动伸缩动作以实现TBM掘进；

盾体推进油缸，用于安装在TBM的盾体上，以顶推盾体后侧的管片环，盾体推进油缸主动伸缩动作以实现TBM掘进：

盾体推进液压回路，用于驱动盾体推进油缸主动伸缩；

主推进液压回路，能够驱动主推进油缸主动伸缩，并能够浮动；

所述双结构TBM具有主推进掘进模式和盾体推进掘进模式；

在主推进掘进模式下，撑靴撑紧隧道洞壁以提供支点，液压推进系统的主推进油缸主动伸长以驱动TBM掘进；

在盾体推进掘进模式下，液压推进系统的盾体推进油缸主动伸长，用于顶推后方铺设的管片环以驱动TBM掘进，在主梁前进且鞍架上的鞍架支撑靴和/或撑靴撑顶隧道洞壁时，主推进油缸处于浮动状态，使得主梁和鞍架能够相对移动。

有益效果是：本发明所提供的双结构TBM中，TBM可在主推进掘进模式下掘进，也可在盾体推进掘进模式下掘进，降低局限性，提高适应性，并且，在盾体推进掘进模式下，在主梁前进且鞍架上的鞍架支撑靴和/或撑靴撑顶隧道洞壁时，主推进油缸处于浮动状态，这使得主梁和鞍架能够相对移动，进而在盾体推进掘进模式下可有效利用撑靴和/或鞍架支撑靴撑顶隧道洞壁所提供的支撑力，改善盾体推进掘进模式。

作为进一步地改进，所述主推进液压回路包括：

主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路，对应地与主推进油缸的无杆腔和有杆腔连通；

主推进换向装置，其为阀或阀组，用于控制主推进无杆腔油路、主推进有杆腔油路切换连通相应泵源，以控制主推进油缸主动伸缩；

主推进液压回路可通过下述至少一种方式将主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路连通，使得主推进油缸的无杆腔和有杆腔连通，实现主推进油缸浮动：

方式一：主推进换向装置具有浮动工位，可通过主推进换向装置将主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路连通；

方式二：主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路之间设有浮动油路，浮动油路上设有浮动控制阀，浮动控制阀打开时，浮动油路导通，使主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路连通。

有益效果是：对应主推进液压回路，可通过主推进换向装置和/或浮动油路将主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路连通，以控制主推进油缸浮动，方式简单，便于实现。

作为进一步地改进，所述浮动油路连通有油箱油路，油箱油路用于连通油箱，油箱油路上设有回路控制阀，用于控制油箱油路通断。

有益效果是：利用油箱油路可将浮动油路与油箱连通，在回路控制阀打开后，在浮动过程中，当主推进油缸的无杆腔排油、有杆腔进油时，多余的液压油可以流入油箱中，当主推进油缸的有杆腔排油、无杆腔进油时，则可通过抽吸油箱中的液压油实现补油。

作为进一步地改进，所述浮动油路连通有主动补油油路，该主动补油油路用于连接相应泵源以实现补油，主动补油油路上设有补油控制阀，控制主动补油油路通断。

有益效果是：专门配置相应的主动补油油路，可以主动向浮动油路补油，更有效的降低气蚀、气穴等现象，提高液压系统可靠性和稳定性。

作为进一步地改进，所述主推进液压回路包括浮动控制阀组，浮动控制阀组上集成设置有所述浮动油路、浮动控制阀、油箱油路及回路控制阀。

有益效果是：利用浮动控制阀组，方便集成设置浮动油路等，便于实现液压管路连接，方便装配。

作为进一步地改进，所述主推进液压回路和盾体推进液压回路共用推进泵源油路，在主推进掘进模式下，所述推进泵源油路能够向主推进液压回路供油，在盾体推进掘进模式下，所述推进泵源油路能够向盾体推进液压回路供油；

所述盾体推进液压回路和主动补油油路共用辅助泵源油路；

所述盾体推进液压回路通过油源切换装置与所述推进泵源油路和辅助泵源油路连通。

有益效果是：推进泵源油路根据需要能够向主推进液压回路和盾体推进液压回路供油，而盾体推进液压则与主动补油油路共用辅助泵源油路，并通过配置油源切换装置，方便实现由推进泵源油路和辅助泵源油路择一地向盾体推进液压回路提供液压油，这样一来，仅设置推进泵源油路和辅助泵源油路即可满足液压油需求，减少设计的泵源油路数量。

作为进一步地改进，双结构TBM液压推进系统还包括比例减压阀，比例减压阀的进油口用于连接相应泵源，比例减压阀的出油口用于向盾体推进液压回路提供设定压力的液压油。

有益效果是：采用比例减压阀，便于连续调整输送入盾体推进液压回路中的液压油的压力，进而可连续调整输出推力。

作为进一步地改进，双结构TBM还具有联合掘进模式，在联合掘进模式下，主推进油缸和盾体推进油缸同步主动伸出，合力驱动TBM掘进。

有益效果是：在联合掘进模式下，由主推进油缸和盾体推进油缸合力驱动TBM掘进，不仅可提高掘进效率，还方便应用于TBM的卡机脱困。

作为进一步地改进，在联合掘进模式下，采用不同泵源向主推进液压回路和盾体推进液压回路提供液压动力。

有益效果是：利用不同泵源向两个液压回路提供液压动力，可降低对单个泵源的要求，降低成本。

附图说明

图1为本发明所提供的双结构TBM的结构示意图；

图2为图1中A-A处剖视图；

图3为图1所示双结构TBM的液压推进系统的液压原理图。

附图标记说明：

100、刀盘；101、盾体；102、钢管片拼装机；103、盾体推进油缸；104、管片环；105、主推进油缸；106、鞍架；107、撑靴；108、鞍架支撑靴；109、后支腿；110、后支腿支撑靴；111、主梁；112、扭矩油缸；113、撑靴油缸；114、上连接件；1、推进泵源；2、主推进换向阀；3、主推进有杆腔油路；4、主推进无杆腔油路；5、浮动控制阀组；51、浮动油路；52、浮动控制阀；53、阀组有杆腔油路；54、阀组无杆腔油路；55、回路控制阀；56、油箱油路；6、主动补油油路；61、补油控制阀；62、补油减压阀；63、节流阀；7、辅助泵源；8、油源切换阀组；9、比例减压阀；10、盾体推进换向阀；11、盾体推进无杆腔油路；12、盾体推进有杆腔油路；13、平衡阀；15、回油单向阀；16、溢流阀；17、推进泵源油路；18、辅助泵源油路；19、油箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例1：

本实施例中所提供的双结构TBM的结构如图1至图3所示，包括主梁111，主梁111前端安装盾体101，盾体101前端设置刀盘100，在主梁111上于盾体101后侧布置有钢管片拼装机102和钢拱架拼装机。

主梁111上可滑移地装配有鞍架106，鞍架106上通过撑靴油缸装配有撑靴107，并且，如图2所示，在鞍架106底部能够装配鞍架支撑靴108，需要特别说明的是，在盾体推进掘进模式下，将鞍架支撑靴108与鞍架106上的两侧撑靴107固定连接，从而将两侧撑靴107形成一个整体，并且，为提高两侧撑靴连接稳定性，在两侧撑靴107的顶部还可拆设置有上连接件114，上连接件114为刚性连接件，此时，可以通过扭矩油缸112升降驱动两侧撑靴带着鞍架支撑靴108升降，当然，当整个TBM进入主推进掘进模式下时，需要将上连接件114和鞍架支撑靴108拆卸下来，保证两侧撑靴107能正常相对张开以撑紧洞壁。

另外，在主梁111上于鞍架106后侧还设置有后支撑单元，后支撑单元包括后支腿109，后支腿109底部安装有后支腿支撑靴110，后支腿支撑靴110由后支撑油缸驱动升降动作。

在主梁111和撑靴107之间连接有主推进油缸105，主推进油缸105在主梁111的相对两侧分别布置两个，每侧的两个主推进油缸105上下布置，每个主推进油缸105的一端与主梁铰接，另一端与相应侧的撑靴107铰接。当利用主推进油缸105驱使TBM掘进时，两侧的撑靴107撑顶在隧道洞壁上，主推进油缸105伸长，以撑靴107为支点，驱动主梁111带着盾体101、刀盘100前进，实现掘进。

另外，在盾体101后侧环绕盾体101布置有一圈盾体推进油缸103，盾体推进油缸103后端用于顶推管片环104的端部，管片环104由钢管片拼装机102在盾体101后侧铺装的多个管片形成。

对应于上述双结构TBM，本实施例配置有相应的液压推进系统，液压推进系统具体包括主推进油缸105和盾体推进油缸103，在撑靴107撑紧隧道洞壁时，提供支反力，主推进油缸105用于主动伸长，驱使硬岩掘进机向前掘进。使用时，在盾体101后侧铺设管片环104，盾体推进油缸103向后顶推管片环104，由管片环104提供支反力，驱使硬岩掘进机向前掘进。

对应于主推进油缸105，设置主推进液压回路，向主推进油缸105输出液压油，驱动主推进油缸105主动伸缩动作。主推进液压回路包括主推进换向阀2、主推进无杆腔油路4和主推进有杆腔油路3，主推进换向阀2为四通阀，包括进油口、回油口和两个工作口，进油口通过推进泵源油路17与相应推进泵源1连通，回油口连通油箱19，两个工作口一一对应地与主推进无杆腔油路4和主推进有杆腔油路3对接连通，主推进无杆腔油路4对应与主推进油缸105的无杆腔连通，主推进有杆腔油路3对应与主推进油缸105的有杆腔连通。

使用时，通过切换主推进换向阀2工位，控制推进泵源油路17切换地向主推进无杆腔油路4和主推进有杆腔油路3供应液压油，当液压油进入主推进无杆腔油路4中时，主推进有杆腔油路3通过主推进换向阀2与油箱连通，驱使主推进油缸105外伸。而当液压油进入主推进有杆腔油路3中时，主推进无杆腔油路4通过主推进换向阀2与油箱连通，驱使主推进油缸105收缩。

本实施例中，主推进液压回路还包括浮动控制阀组5，该浮动控制阀组5包括集成布置的阀组有杆腔油路53、阀组无杆腔油路54、浮动油路51、油箱油路56、浮动控制阀52及回路控制阀55，阀组有杆腔油路53作为主推进有杆腔油路3的一部分使用，一端与主推进换向阀2的一个工作口连通，另一端与主推进油缸105的有杆腔连通，阀组无杆腔油路作为主推进无杆腔油路4的一部分使用，一端与主推进换向阀2的另一个工作口连通，另一端与主推进油缸105的无杆腔连通。

在浮动控制阀组5上，浮动油路51连接在阀组有杆腔油路53和阀组无杆腔油路54之间，在浮动油路51上设有浮动控制阀52，在浮动控制阀52打开时，浮动油路51导通，阀组有杆腔油路53和阀组无杆腔油路54连通，使主推进无杆腔油路4和主推进有杆腔油路3连通，主推进油缸105的无杆腔和有杆腔连通，实现主推进油缸105浮动。

对于一般的主推进油缸105来讲，由于缸体为圆柱形，导致有杆腔和无杆腔的承压面积不一致，如图3所示，当活塞杆缩回时，有杆腔变大，无杆腔变小，无杆腔会排出液压油，有杆腔会流入液压油，由于无杆腔流出的油量要大于有杆腔接收的油量，为保证安全动作，可通过油箱油路56将多余的液压油送回油箱，油箱油路56将浮动油路51和油箱连通，在油箱油路56上设有回路控制阀55，由回路控制阀55控制油箱油路56和油箱导通，这样一来，在油箱油路56导通时，多余的液压油可经油箱油路56流入油箱。

同样的，如图3所示，当活塞杆伸出时，有杆腔变小，无杆腔变大，有杆腔会排出液压油，无杆腔会流入液压油，流入的液压油量会小于流出的液压油量，此时需要补油，在图3中，浮动油路51连通有主动补油油路6，主动补油油路6与辅助泵源油路18连通，以通过辅助泵源油路18连接辅助泵源7，主动补油油路6上设有补油控制阀61，控制主动补油油路6通断，在主动补油油路6上还设有补油减压阀62和补油节流阀63，补油减压阀62将补充的液压油的油压降低至较低的补油压力。

浮动控制阀52、回路控制阀55及补油控制阀61均为电磁阀，当需要主推进油缸105正常伸缩动作时，浮动控制阀52、回路控制阀55及补油控制阀61均失电关闭，使得浮动油路51、油箱油路56、主动补油油路6断开，主推进有杆腔油路3和主推进无杆腔油路4通过主推进换向阀2对应与推进泵源1、油箱连通，通过切换主推进换向阀2的工位，控制主推进油缸正常伸缩。

当需要控制主推进油缸105处于浮动状态时，浮动控制阀52、回路控制阀55及补油控制阀61均得电，使得浮动油路51、油箱油路56、主动补油油路6导通，浮动油路51和油箱油路56连通，活塞杆可随意浮动，多余的液压油流回油箱，同时可通过主动补油油路6补充液压油，保证主推进油缸105的正常浮动。

对于盾体推进油缸103来讲，配置有盾体推进液压回路，可驱动盾体推进油缸103主动伸缩，盾体推进液压回路通过比例减压阀9和油源切换阀组8与推进泵源油路17、辅助泵源油路18连通，此处的盾体推进液压回路可通过油源切换阀组8择一地与推进泵源油路17或辅助泵源油路18连通，当主推进泵源油路17向主推进液压回路供油时，油源切换阀组8会切换至相应工位，使得辅助泵源油路18向盾体推进液压回路供油。当进入盾体推进掘进模式下，油源切换阀组8可切换相应工位，使得主推进泵源油路17向盾体推进液压回路供油。在盾体推进油缸103提供掘进动力且主推进油缸105浮动时，可选择推进泵源1向盾体推进液压回路提供液压油，而在主推进油缸105和盾体推进油缸103共同提供掘进动力时，可选择辅助泵源7向盾体推进液压回路提供液压油。

实际上，盾体推进液压回路和主动补油油路共用辅助泵源油路18，并通过油源切换阀组8、补油控制阀61实现由辅助泵源油路18择一地向主动补油油路和盾体推进液压回路供油。在补油控制阀61导通时，辅助泵源油路18向主动补油油路供油，此时，油源切换阀组8不会将辅助泵源油路18中的液压油引向盾体推进液压回路。

同时，油源切换阀组8还与推进泵源油路17连通，使得主推进液压回路和盾体推进液压回路共用推进泵源油路17，并通过油源切换阀组8、主推进换向阀2实现由推进泵源油路17择一地向主推进液压回路和盾体推进液压回路供油。在主推进换向阀2处于伸长工位或回缩工位时，需要由推进泵源油路17向主推进换向阀2供油，此时，油源切换阀组8不会将推进泵源油路17中的液压油引向盾体推进液压回路。

而在主推进油缸105处于浮动状态时，辅助泵源油路17可通过主动补油油路6向主推进液压回路中补充液压油，在主推进油缸105和盾体推进油缸103同步动作的联合掘进模式下，由推进泵源1向主推进液压回路提供液压油，由辅助泵源7向盾体推进液压回路提供液压油，以采用不同泵源向主推进液压回路和盾体推进液压回路提供液压动力。

盾体推进液压回路包括盾体推进换向阀10、盾体推进无杆腔油路11和盾体推进有杆腔油路12，盾体推进换向阀10包括进油口、回油口和两个工作口，盾体推进换向阀10的进油口通过进油管路与油源切换阀组8的排油口连通，在进油管路上设有比例减压阀9，以控制输送向盾体推进油缸103的液压油压力。盾体推进换向阀10的回油口通过回油油路连通油箱，在回油油路上设有回油单向阀15，以防止出现回油背压导致盾体推进油缸103产生非预期的伸出动作。盾体推进换向阀10的两个工作口与盾体推进无杆腔油路11和盾体推进有杆腔油路12一一对应连通，盾体推进无杆腔油路11和盾体推进有杆腔油路12一一对应地与盾体推进油缸103的无杆腔和有杆腔对应连通，使盾体推进换向阀10处于不同工位，用于控制盾体推进无杆腔油路11、盾体推进有杆腔油路12切换连通进油管路，驱使主推进油缸105主动伸缩。当向盾体推进油缸103的无杆腔输入液压油，盾体推进油缸103的有杆腔输出液压油，控制盾体推进油缸103伸长，向盾体推进油缸103的有杆腔输入液压油，盾体推进油缸103的无杆腔输出液压油，控制盾体推进油缸103缩回。

为控制盾体推进油缸103快速回缩，在盾体推进无杆腔油路11上设有平衡阀13，在盾体推进油缸工作时，当将钢管片拼装呈管片环104时，盾体推进油缸103以比例减压阀9设定的压力伸出并顶紧刚拼装的钢管片，平衡阀13用于保持盾体推进油缸103无杆腔的压力，使刚拼装的钢管片在还没有锚固的情况下不至于从岩洞上掉落。这样一来，由于盾体内布置有一圈盾体推进油缸103，当依次将钢管片拼装成管片环104并锚固后，可执行主推进油缸推进或盾体油缸推进的一个掘进行程后，继续拼装钢管片。

当然，为保证安全，针对盾体推进无杆腔油路11和盾体推进有杆腔油路12分别设有安全泄压油路，安全泄压油路与油箱连通，在安全泄压油路上设有溢流阀16。

需要特别说明的是，在硬岩掘进机上配置有多个盾体推进油缸103，每个盾体推进油缸103均配置有相应的盾体推进液压回路，所有的盾体推进液压回路共用一个比例减压阀9，并通过该比例减压阀9与相应的油源切换阀组8连通。

本实施例所提供的双结构TBM具备下述三种掘进：

1、主推进掘进模式

当硬岩掘进机通过围岩质量较好的硬岩地带时，由主推进油缸105驱动硬岩掘进机向前掘进，浮动控制阀52、回路控制阀55、补油控制阀61均失电，控制相应油路断开，油源切换阀组8失电，不向盾体推进液压回路提供液压油。

掘进时，撑靴107能够有效撑紧隧道洞壁以提供支反力，主推进换向阀2处于伸长工位，主推进无杆腔油路4与主推进换向阀2的进油口连通，主推进有杆腔油路3与主推进换向阀2的回油口连通，推进泵源1的液压油经主推进换向阀2的进油口进入，驱动主推进油缸105伸出，驱动主梁带着刀盘100向前移动，驱动主梁111带着刀盘前进。

换步时，后支腿油缸伸长，后支腿支撑靴110支撑在地面上，撑靴107收回，主推进油缸105快速回收，从而带动鞍架106带着撑靴107向前快速移动，实现换步。

重复上述掘进、换步的步骤即可不断向前掘进。

2、盾体推进掘进模式

当硬岩掘进机通过破碎围岩地带时，撑靴107不能有效撑紧隧道洞壁，无法为主推进油缸105提供足够、有效的支反力时，由盾体推进油缸103推进TBM向前掘进。

利用钢管片拼装机102在盾体101后侧铺装管片环104，盾体推进油缸103伸出以顶推管片环104，由管片环提供支反力，可反向驱动TBM向前掘进。

掘进时，主推进换向阀2失电，推进泵源1不再向主推进液压回路供应液压油。油源切换阀组8得电，控制推进泵源1向盾体推进液压回路提供液压油。

浮动控制阀52、回路控制阀55、补油控制阀61均得电，控制相应油路导通，使得主推进油缸105处于浮动状态。

在盾体推进掘进模式下，两侧撑靴107不撑顶洞壁，将鞍架支撑靴108和上连接件114分别与两侧撑靴107固定连接，并且，鞍架支撑靴108位于鞍架底部，上连接件位于两侧撑靴顶部，从而将两侧撑靴形成整体框架，此时，可利用扭矩油缸112驱动撑靴油缸113带着两侧撑靴及鞍架支撑靴108升降动作。

使用时，两侧扭矩油缸伸长，迫使鞍架支撑靴108支撑在管片环上，提供支点。

液压油经比例减压阀9进入盾体推进换向阀10的进油口，盾体推进换向阀10处于伸长工位，盾体推进无杆腔油路11与盾体推进换向阀的进油口连通，盾体推进有杆腔油路12与盾体推进换向阀10的回油口连通，推进泵源1的液压油经盾体推进换向阀10的进油口进入，以驱动盾体推进油缸103伸出，驱动盾体101带着主梁111、刀盘100向前移动，驱动TBM向前掘进，此时，主梁111相对鞍架前移。

换步时，后支腿油缸伸出，后支腿支撑靴110支撑在地面上，扭矩油缸112收回，鞍架支撑靴108收回，，浮动控制阀52、回路控制阀55、补油控制阀61均失电，控制相应油路断开，主推进油缸105快速回收，驱动鞍架106前移，完成换步。

重复上述掘进、换步动作，即可不断向前掘进。

在盾体推进掘进模式下，当需要边掘进边调向时，由于鞍架支撑靴108撑顶在管片环上，这样一来，由两侧撑靴107、鞍架支撑靴108及上连接件114形成的框架就可以作为支撑，此时，通过调节两侧撑靴油缸的伸长量可以实现水平调向，通过两侧扭矩油缸既可以实现主梁的俯仰调向，还可实现扭转调向。

在盾体推进掘进模式下，如果撑靴107撑顶到洞壁或管片环104上，所获得的支撑力足以克服设备自重，在此工况下，不需要再安装鞍架支撑靴，可调整撑靴油缸左右两侧伸长量实现水平调向，在主梁前进时，需要使主推进油缸浮动。如果不能依靠撑靴107撑顶洞壁或管片环104提供后侧支撑，则可以在鞍架上增加鞍架支撑靴并将左右两侧撑靴刚性连接，此工况下依然可以实现盾体推进油缸的有效掘进及调向。

3、联合掘进模式

当掘进机的撑靴107所对应的区域围岩质量较好时，撑靴107撑顶在洞壁上可以提供有效的支反力，但是逐渐开挖处的区域存在破碎围岩时，需要对破碎带拼装管片环104以实现支护。利用支护铺设的管片环104，可使主推进油缸105和盾体推进油缸103同时动作，其中，主推进油缸105提供向前掘进的大部分推力，向前掘进时的盾体推进油缸103伸出压紧在拼装的管片环104上并保持，主推进油缸105和盾体推进油缸103同步伸出，合力驱动硬岩掘进机向前掘进。并且，这种合力驱动的模式，可有效提高掘进力，也可应用于硬岩掘进机卡机时的脱困操作。

联合掘进时，浮动控制阀52、回路控制阀55、补油控制阀61均失电，控制相应油路断开，主推进换向阀2得电，推进泵源1向主推进液压回路供应液压油，油源切换阀组8得电，切换由辅助泵源7向盾体推进液压回路供应液压油。

掘进时，撑靴油缸伸出，使撑靴107能够有效撑紧隧道洞壁以提供支反力，主推进换向阀2和盾体推进换向阀10均处于伸长工位，主推进油缸105和盾体推进油缸103合力驱动硬岩掘进机向前掘进。

换步时，后支腿油缸伸出，后支腿支撑靴110支撑在地面上，撑靴107收回，主推进油缸105缩回，驱动鞍架106带着撑靴107向前移动，同时，盾体推进油缸103缩回，补充铺设管片环104。

重复上述掘进、换步动作，即可不断向前掘进。

本实施例所提供的双结构TBM液压推进系统中，可以对应不同的工况采用不同的掘进模式下，对应控制相应的主推进油缸和盾体推进油缸的工作状态，满足不同模式下的掘进要求，在盾体推进掘进模式下，当主梁前进，可控制主推进油缸处于浮动状态，这样一来，在该模式下，可利用扭矩油缸驱动增加的鞍架支撑靴升降，提供后侧支撑甚至实现竖向俯仰调向，还可利用两侧的撑靴油缸，实现水平调向，进而可改善盾体推进掘进模式。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例2：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，采用主推进换向阀作为主推进换向装置，控制推进泵源向主推进有杆腔油路提供液压油，或向主推进无杆腔油路提供液压油。在本实施例中，主推进换向装置可采用插装阀，配置插装阀时，选取合适的插装元件组合形成复合阀，满足一下要求即可：在推进泵源向主推进有杆腔油路供应液压油，同时使主推进无杆腔油路与油箱连通，而在推进泵源向主推进无杆腔油路供应液压油，同时使主推进有杆腔油路与油箱连通。

当然，在其他实施例中，主推进换向装置也可采用其他的集成阀组结构，具备基本的换向要求以满足主推进液压回路的正常工作即可。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例3：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，主推进液压回路中，在主推进无杆腔油路和主推进有杆腔油路之间设有浮动油路，使得主推进液压回路能够使得主推进油缸处于浮动状态。在本实施例中，主推进换向阀可为Y型换向阀，其中间位为浮动工位，可使得主推进有杆腔油路、主推进无杆腔油路同时与油箱连通，从而使主推进油缸处于浮动状态。

此时，主推进油缸浮动时多出的液压油可直接流回油箱，在浮动时需要补充液压油时，可利用主推进油缸形成的吸力直接从油箱补充，当然，此时，也可增加配置相应的补油管路，以保护油箱。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例4：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，在采用浮动油路将主推进有杆腔、主推进无杆腔连通时，配置有油箱油路和主动补油油路。在本实施例中，可仅配置油箱油路，省去主动补油油路，此时，主推进油缸浮动时多出的液压油可直接流回油箱，而在浮动时需要补充液压油时，可利用主推进油缸形成的吸力直接从油箱补充。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例5：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，在进行联合掘进时，由推进泵源向主推进液压回路提供液压油，而由辅助泵源向盾体推进液压回路提供液压油。在本实施例中，由推进泵源同时向主推进液压回路和盾体推进液压回路提供液压油，以满足同步推进要求，此时，对推进泵源要求较高，既要满足两液压回路的流量要求，又要满足压力要求，以保证正常掘进。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例6：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，油源切换装置采用油源切换阀。在本实施例中，油源切换装置可采用插装阀结构，配置相应插装阀时，需要选取合适的插装元件组合形成，满足在得电时可以切换地与推进泵源或辅助泵源连通即可。

当然，在其他实施例中，油源切换装置还可以选用阀组结构，满足在得电时可以切换地与推进泵源或辅助泵源连通即可。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例7：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，浮动控制阀组上集成有阀组有杆腔油路、阀组无杆腔油路、浮动油路、浮动控制阀、油箱油路及回路控制阀，结构简单，方便与主推进换向阀、油箱、主推进油缸等其他零部件连通。在本实施例中，省去浮动控制阀组结构，其利用不同的外置管路将相应阀的阀口连通，并利用外置管路将主推进油缸接入主推进液压回路中。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例8：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，盾体推进液压回路中，盾体推进换向装置采用盾体推进换向阀。在本实施例中，盾体推进换向装置也可选择插装阀，满足基本的换向要求即可。

当然，在其他实施例中，盾体推进换向装置也可采用阀组结构，同样的，要保证满足基本的换向要求。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例9：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，双结构TBM整体上具有三种掘进模式。在本实施例中，双结构TBM可仅具有主推进掘进模式和盾体推进掘进模式，具体的掘进模式与上述实施例1中的相应掘进模式相同，在此不再赘述。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例10：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，安装盾体推进油缸的盾体位于主推进油缸前侧。在本实施例中，双结构TBM可采用申请公布号为CN109578002A的中国发明专利申请中公开的敞开式双结构掘进机，此时，安装盾体推进油缸的盾体位于主推进油缸的后侧，同样可将实施例1中的液压推进系统应用在上述敞开式双结构掘进机上，当然，需要根据实际需要进行调整，例如，当上述专利文献中的敞开式双结构掘进机仅设置撑靴而不设置鞍架支撑靴时，在盾体推进掘进模式下，在撑靴撑开以支撑主梁时，可以使主推进油缸处于浮动状态，以改善盾体推进掘进模式。

本发明所提供的双结构TBM的具体实施例11：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，通过在鞍架外侧的两侧撑靴上可拆安装鞍架支撑靴实现盾体推进掘进模式下的支撑和调向，并且，为提高稳定性，还在两侧撑靴顶部增加了上连接件。在本实施例中，鞍架支撑靴也可采用申请公布号为CN109826637A的发明专利申请中公开的鞍架结构，其在鞍架底部通过鞍架油缸设置了鞍架支撑靴，该鞍架支撑靴通过鞍架油缸直接连接在鞍架底部，同样可应用于盾体推进掘进模式下的支撑。

本发明所提供的双结构TBM液压推进系统的实施例：

该实施例中的双结构TBM液压推进系统的结构与上述双结构TBM实施例1中的液压推进系统的结构相同，在此不再赘述。

当然，在其他实施例中，双结构TBM液压推进系统也可采用上述双结构TBM实施例2至11中任一实施例中的液压推进系统的结构，在此也不再赘述。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.双结构TBM液压推进系统，包括：

主推进油缸（105），一端用于与TBM的主梁（111）铰接，另一端用于与TBM的撑靴（107）铰接，主推进油缸（105）主动伸缩动作以实现TBM掘进；

盾体推进油缸（103），用于安装在TBM的盾体（101）上，以顶推盾体（101）后侧的管片环（104），盾体推进油缸（103）主动伸缩动作以实现TBM掘进：

其特征在于，还包括：

盾体推进液压回路，用于控制盾体推进油缸（103）主动伸缩；

主推进液压回路，能够驱动主推进油缸（105）主动伸缩，并在下述至少一种工况下能够浮动：

工况一：在盾体推进掘进模式下，当TBM的主梁前进且TBM的鞍架支撑靴撑顶隧道洞壁时；

工况二：在盾体推进掘进模式下，当TBM的主梁前进且TBM的撑靴撑顶隧道洞壁时。

2.根据权利要求1所述的双结构TBM液压推进系统，其特征在于，所述主推进液压回路包括：

主推进无杆腔油路（4）和主推进有杆腔油路（3），对应地与主推进油缸（105）的无杆腔和有杆腔连通；

主推进换向装置，其为阀或阀组，用于控制主推进无杆腔油路（4）、主推进有杆腔油路（3）切换连通相应泵源，以控制主推进油缸（105）主动伸缩；

主推进液压回路可通过下述至少一种方式将主推进无杆腔油路（4）和主推进有杆腔油路（3）连通，使得主推进油缸（105）的无杆腔和有杆腔连通，实现主推进油缸（105）浮动：

方式一：主推进换向装置具有浮动工位，可通过主推进换向装置将主推进无杆腔油路（4）和主推进有杆腔油路（3）连通；

方式二：主推进无杆腔油路（4）和主推进有杆腔油路（3）之间设有浮动油路（51），浮动油路（51）上设有浮动控制阀（52），浮动控制阀（52）打开时，浮动油路（51）导通，使主推进无杆腔油路（4）和主推进有杆腔油路（3）连通。

3.根据权利要求2所述的双结构TBM液压推进系统，其特征在于，所述浮动油路（51）连通有油箱油路（56），油箱油路（56）用于连通油箱，油箱油路（56）上设有回路控制阀（55），用于控制油箱油路（56）通断。

4.根据权利要求3所述的双结构TBM液压推进系统，其特征在于，所述浮动油路（51）连通有主动补油油路（6），该主动补油油路（6）用于连接相应泵源以实现补油，主动补油油路（6）上设有补油控制阀（61），控制主动补油油路（6）通断。

5.根据权利要求3所述的双结构TBM液压推进系统，其特征在于，所述主推进液压回路包括浮动控制阀组（5），浮动控制阀组（5）上集成设置有所述浮动油路（51）、浮动控制阀（52）、油箱油路（56）及回路控制阀（55）。

6.根据权利要求4所述的双结构TBM液压推进系统，其特征在于，所述主推进液压回路和盾体推进液压回路共用推进泵源油路（17），在主推进掘进模式下，所述推进泵源油路能够向主推进液压回路供油，在盾体推进掘进模式下，所述推进泵源油路能够向盾体推进液压回路供油；

所述盾体推进液压回路和主动补油油路共用辅助泵源油路（18）；

所述盾体推进液压回路通过油源切换装置与所述推进泵源油路（17）和辅助泵源油路（18）连通。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的双结构TBM液压推进系统，其特征在于，双结构TBM液压推进系统还包括比例减压阀，比例减压阀的进油口用于连接相应泵源，比例减压阀的出油口用于向盾体推进液压回路提供设定压力的液压油。

8.一种双结构TBM，包括：

主梁（111），其上滑移装配有鞍架（106），鞍架（106）上装配有撑靴（107）；

其特征在于，还包括液压推进系统，液压推进系统采用权利要求1至7中任一项所述的双结构TBM液压推进系统；

所述双结构TBM具有主推进掘进模式和盾体推进掘进模式；

在主推进掘进模式下，撑靴（107）撑紧隧道洞壁以提供支点，液压推进系统的主推进油缸（105）主动伸长以驱动TBM掘进；

在盾体推进掘进模式下，液压推进系统的盾体推进油缸（103）主动伸长，用于顶推后方铺设的管片环（104）以驱动TBM掘进，在主梁前进且鞍架上的鞍架支撑靴和/或撑靴撑顶隧道洞壁时，主推进油缸处于浮动状态，使得主梁和鞍架能够相对移动。

9.根据权利要求8所述的双结构TBM，其特征在于，双结构TBM还具有联合掘进模式，在联合掘进模式下，主推进油缸（105）和盾体推进油缸（103）同步主动伸出，合力驱动TBM掘进。

10.根据权利要求9所述的双结构TBM，其特征在于，在联合掘进模式下，采用不同泵源向主推进液压回路和盾体推进液压回路提供液压动力。

Images