CN113338969B - 一种适应于强岩爆地层的敞开式tbm - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应于强岩爆地层的敞开式TBM，包括：主机大梁和鞍架，还包括：设于所述主机大梁、用以支撑在岩爆顶板的第一区域的第一顶升支架，所述第一顶升支架可相对于所述主机大梁沿竖直方向运动；设于所述鞍架、用以支撑在岩爆顶板的第二区域的第二顶升支架，所述第二顶升支架可相对于所述鞍架沿竖直方向运动，且所述第一顶升支架和所述第二顶升支架两者可相互套接。上述适应于强岩爆地层的敞开式TBM，在掘进过程中，当出现岩爆等突发状况时，可以保护施工人员，进而提高掘进效率、支护效率和安全性。

Description

一种适应于强岩爆地层的敞开式TBM

技术领域

本发明涉及盾构设备技术领域，特别涉及一种适应于强岩爆地层的敞开式TBM。

背景技术

众所周知，TBM一般指全断面硬岩隧道掘进机，也即Tunnel Boring Machine的英文缩写；敞开式TBM在掘进过程中，当出现岩爆等突发状况时，需要对设备及施工人员进行保护，以提高掘进效率，支护效率和安全性。

TBM施工法，是一种快速、高效、安全、机械化程度很高的施工方法，岩石支护和安全施工是TBM施工法的先决条件，以往常规的敞开式TBM在掘进过程中，当出现强岩爆或者出现大的破碎带地层施工时，顶板直接坍塌，会给设备及施工人员造成极大的伤害，进而严重限制了施工进度和施工效率。

在现有技术中，敞开式TBM在掘进过程中，在露出指形护盾后，即主大梁上方，围岩会直接暴露出来。当出现强岩爆或者出现大的破碎带地层施工时，如果支护再不及时，顶板直接坍塌，大量石块，碎石掉落。一方面对敞开式TBM及施工人员造成极大的伤害；另一方面，顶板坍塌的修复，围岩的二次支护，坍塌下来的石块破碎，清理也耗费了大量的时间和精力。

综上可知，如何提供一种可适应于强岩爆地层的敞开式TBM是本领域技术人员需要思考的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适应于强岩爆地层的敞开式TBM，在掘进过程中，当出现岩爆等突发状况时，可以保护施工人员，进而提高掘进效率、支护效率和安全性。

为实现上述目的，本发明提供一种适应于强岩爆地层的敞开式TBM，包括：主机大梁和鞍架，还包括：

设于所述主机大梁、用以支撑在岩爆顶板的第一区域的第一顶升支架，所述第一顶升支架可相对于所述主机大梁沿竖直方向运动；

设于所述鞍架、用以支撑在岩爆顶板的第二区域的第二顶升支架，所述第二顶升支架可相对于所述鞍架沿竖直方向运动，且所述第一顶升支架和所述第二顶升支架两者可相互套接。

可选地，所述主机大梁连接有第一顶升支架座，所述第一顶升支架和所述第一顶升支架座之间形成可伸缩的第一套筒；所述鞍架连接有第二顶升支架座，所述第二顶升支架和所述第二顶升支架座之间形成可伸缩的第二套筒。

可选地，所述第一顶升支架和所述第一顶升支架座之间设有第一顶升油缸，所述第二顶升支架和所述第二顶升支架座之间设有第二顶升油缸。

可选地，所述第一顶升支架可相对于所述主机大梁沿水平方向运动。

可选地，所述第一顶升油缸的个数为四个，四个所述第一顶升油缸分别设于所述第一顶升支架座的四个边角处；

和/或；

所述第二顶升油缸的个数为四个，四个所述第二顶升油缸分别设于所述第二顶升支架座的四个边角处。

可选地，所述主机大梁设有滑道，所述第一顶升支架座滑动连接于所述滑道，所述第一顶升支架座和所述主机大梁之间通过移动油缸相连。

可选地，所述主机大梁和所述鞍架之间通过推进油缸相连，以使所述鞍架相较于所述主机大梁运动。

可选地，所述第一顶升支架具有中空腔，所述第二顶升支架面向所述第一顶升支架的端部可伸入所述中空腔中。

可选地，还包括用以控制所述第一顶升支架和所述第二顶升支架同步运动的控制装置，且所述控制装置用以控制所述鞍架相较于所述主机大梁运动。

可选地，所述第一顶升支架和所述第二顶升支架的顶面呈弧形。

相对于上述背景技术，本发明实施例提供的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，包括主机大梁和鞍架，主机大梁设有第一顶升支架，第一顶升支架可相对于主机大梁沿竖直方向运动，且第一顶升支架用以支撑在岩爆顶板的第一区域；鞍架设有第二顶升支架，第二顶升支架可相对于鞍架沿竖直方向运动，且第二顶升支架用以支撑在岩爆顶板的第二区域。

如此设置的敞开式TBM，有益效果如下：

在主机大梁上新增第一顶升支架，可以及时对岩爆区和破碎区进行撑顶和临时支护，同时，在鞍架上安装第二顶升支架，第二顶升支架可以跟随鞍架一起移动，进而保护鞍架区的设备和人员安全。这样一来，能够对岩爆地层做出快速反应，进而对敞开式TBM及施工人员进行必要的保护。与此同时，由于在主机大梁和鞍架的上方分别设置第一顶升支架和第二顶升支架，第一顶升支架和第二顶升支架的覆盖区域大，可以保护区进行临时支护，提高敞开式TBM的掘进效率，且支护效率和安全性提到显著提升。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的适应于强岩爆地层的敞开式TBM的结构示意图；

图2为图1中主机大梁、第一顶升支架、第一顶升油缸和滑道的结构示意图；

其中：

1-主机大梁、2-第一顶升支架、3-第一顶升支架座、4-第一顶升油缸、5-滑道、6-移动油缸、7-第二顶升支架、8-第二顶升支架座、9-鞍架、10-第二顶升油缸、11-推进油缸。

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。

为了使本技术领域的技术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。

本发明实施例提供的一种适应于强岩爆地层的敞开式TBM，如说明书附图1和附图2所示，包括主机大梁1和鞍架9，还包括第一顶升支架2和第二顶升支架7，第一顶升支架2设于主机大梁1的上方，第二顶升支架7设于鞍架9的上方。

第一顶升支架2可相对于主机大梁1沿竖直方向运动，第二顶升支架7可相对于鞍架9沿竖直方向运动，第一顶升支架2和第二顶升支架7可分别支撑于岩爆顶板的第一区域和第二区域，从而对岩爆地层做出快速反应，对敞开式TBM及施工人员进行必要的保护。

针对岩爆顶板的第一区域和第二区域，两个区域可具有一定的重叠部分，也即第一顶升支架2和第二顶升支架7两者可相互套接，在一定范围内重叠，以提升掘进效率。需要指出的是，第一区域和第二区域的位置并非是固定不动的，本文仅为区别第一顶升支架2和第二顶升支架7的支撑位置不同而定义了第一区域和第二区域。

之所以将第二顶升支架7设于鞍架9的上方，其目的在于：在掘进过程中，当第二顶升支架7支撑隧洞壁后，第二顶升支架7和鞍架9两者相较于隧洞的位置固定不动，当敞开式TBM向前运动时，也即主机大梁1相较于鞍架9向前运动时，位于主机大梁1上方的第一顶升支架2即可相对于第二顶升支架7运动，使得第一顶升支架2和第二顶升支架7两者始终对岩爆顶板起到支撑作用。

主机大梁1连接有第一顶升支架座3，第一顶升支架2和第一顶升支架座3之间形成可伸缩的第一套筒，也即第一顶升支架2和第一顶升支架座3形成移动副，从而约束第一顶升支架2的自由度。

鞍架9连接有第二顶升支架座8，第二顶升支架7和第二顶升支架座8之间形成可伸缩的第二套筒，也即第二顶升支架7和第二顶升支架座8形成移动副，进而约束第二顶升支架7的自由度。

第一顶升支架2和第一顶升支架座3之间设有第一顶升油缸4，第二顶升支架7和第二顶升支架座8之间设有第二顶升油缸10。

可以看出，主机大梁1的上方增加第一顶升支架2，通过第一顶升油缸4的伸缩，撑紧第一顶升支架2至顶板，对岩爆顶板进行支撑，鞍架9的上方增加第二顶升支架7，通过第二顶升油缸10伸缩，撑紧第二顶升支架7至顶板，对岩爆顶板进行支撑。

第一顶升油缸4的个数可以设置为四个，四个第一顶升油缸4分别设于第一顶升支架座3的四个边角处；第二顶升油缸10的个数亦可设置为四个，四个第二顶升油缸10分别设于第二顶升支架座8的四个边角处。

四个第一顶升油缸4分布在第一顶升支架座3的四个边角处，第一顶升油缸4的一端与第一顶升支架2相连，第一顶升油缸4的另一端与第一顶升支架座3相连，四个第一顶升油缸4的同步伸缩，撑紧顶板洞壁，对岩爆顶板进行支撑。

四个第二顶升油缸10分布在第二顶升支架座8的四个边角处，第二顶升油缸10的一端与第二顶升支架7相连，第二顶升油缸10的另一端与第二顶升支架座8相连，通过四个第二顶升油缸10的同步伸缩，撑紧顶板洞壁，对岩爆顶板进行支撑。

第一顶升支架2可相对于主机大梁1沿水平方向运动，第一顶升支架2即可准确的定位岩爆顶板。

主机大梁1设有滑道5，第一顶升支架座3滑动连接于滑道5，第一顶升支架座3和主机大梁1之间通过移动油缸6相连。也即，滑道5固定到主机大梁1上，第一顶升支架座3可在滑道5上滑动，形成移动副；移动油缸6的前端与第一顶升支架座3相连，移动油缸6的后端与主机大梁1相连，通过移动油缸6的伸缩，带动第一顶升支架座3在滑道5上滑动，从而带动第一顶升支架2的前后移动，准确定位岩爆顶板。

可以看出，通过移动油缸6的伸缩，可以带动第一顶升支架2在滑道5上滑动，准确找到岩爆位置进行支撑，而且在单个掘进过程中也不影响支护。

主机大梁1和鞍架9之间通过推进油缸11相连，以使鞍架9相较于主机大梁1运动。也即，第二顶升支架座8固定在鞍架9上，随鞍架9一起移动，鞍架9在主机大梁1上滑动，可形成移动副；推进油缸11的前端与主机大梁1相连，推进油缸11的后端与鞍架9相连，通过推进油缸11的伸缩，带动鞍架9在主机大梁1上滑动，带动第二顶升支架座8前后移动，进而可以实现第二顶升支架7准确定位岩爆顶板。

可以看出，通过推进油缸11的伸缩，可以带动第二顶升支架7在主机大梁1上滑动，进而可以准确找到岩爆位置进行支撑，而且在单个掘进过程中也不影响支护。

第一顶升支架2具有中空腔，第二顶升支架7面向第一顶升支架2的端部可伸入中空腔中，这样即可实现第一顶升支架2和第二顶升支架7的相互套接；当然，中空腔还可设置于第二顶升支架7，第一顶升支架2面向第二顶升支架7的端部可伸入中空腔。

本文中的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，还可设有控制装置，控制装置用以控制第一顶升支架2和第二顶升支架7同步运动，此外，控制装置还可用以控制鞍架9相较于主机大梁1运动。

为了提升对岩爆顶板的支撑效果，第一顶升支架2和第二顶升支架7的顶面可设置呈弧形，可以很好的契合隧洞的顶部形状，对敞开式TBM及施工人员进行必要的保护。

本发明实施例提供的一种适应于强岩爆地层的敞开式TBM，避免围岩直接暴露，且防护的覆盖区域大，可以保护区进行临时支护，提高掘进效率、支护效率和安全性。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的适应于强岩爆地层的敞开式TBM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 (8)

1.一种适应于强岩爆地层的敞开式TBM，包括：主机大梁(1)和鞍架(9)，其特征在于，还包括：

设于所述主机大梁(1)、用以支撑在岩爆顶板的第一区域的第一顶升支架(2)，所述第一顶升支架(2)可相对于所述主机大梁(1)沿竖直方向运动；

设于所述鞍架(9)、用以支撑在岩爆顶板的第二区域的第二顶升支架(7)，所述第二顶升支架(7)可相对于所述鞍架(9)沿竖直方向运动，且所述第一顶升支架(2)和所述第二顶升支架(7)两者可相互套接；

所述主机大梁(1)连接有第一顶升支架座(3)，所述第一顶升支架(2)和所述第一顶升支架座(3)之间形成可伸缩的第一套筒；所述鞍架(9)连接有第二顶升支架座(8)，所述第二顶升支架(7)和所述第二顶升支架座(8)之间形成可伸缩的第二套筒；

所述第一顶升支架(2)具有中空腔，所述第二顶升支架(7)面向所述第一顶升支架(2)的端部可伸入所述中空腔中。

2.根据权利要求1所述的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，其特征在于，所述第一顶升支架(2)和所述第一顶升支架座(3)之间设有第一顶升油缸(4)，所述第二顶升支架(7)和所述第二顶升支架座(8)之间设有第二顶升油缸(10)。

3.根据权利要求1所述的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，其特征在于，所述第一顶升支架(2)可相对于所述主机大梁(1)沿水平方向运动。

4.根据权利要求2所述的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，其特征在于，所述第一顶升油缸(4)的个数为四个，四个所述第一顶升油缸(4)分别设于所述第一顶升支架座(3)的四个边角处；

和/或；

所述第二顶升油缸(10)的个数为四个，四个所述第二顶升油缸(10)分别设于所述第二顶升支架座(8)的四个边角处。

5.根据权利要求3所述的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，其特征在于，所述主机大梁(1)设有滑道(5)，所述第一顶升支架座(3)滑动连接于所述滑道(5)，所述第一顶升支架座(3)和所述主机大梁(1)之间通过移动油缸(6)相连。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，其特征在于，所述主机大梁(1)和所述鞍架(9)之间通过推进油缸(11)相连，以使所述鞍架(9)相较于所述主机大梁(1)运动。

7.根据权利要求6所述的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，其特征在于，还包括用以控制所述第一顶升支架(2)和所述第二顶升支架(7)同步运动的控制装置，且所述控制装置用以控制所述鞍架(9)相较于所述主机大梁(1)运动。

8.根据权利要求1所述的适应于强岩爆地层的敞开式TBM，其特征在于，所述第一顶升支架(2)和所述第二顶升支架(7)的顶面呈弧形。

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