CN113756829B - 一种敞开式tbm及其喷混系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种敞开式TBM及其喷混系统，喷混系统包括相对于主体轨道轴向滑动的径向伸缩臂、与径向伸缩臂相连的径向驱动件、设于径向伸缩臂的喷头及用于检测喷头与洞壁之间的当前径向距离的径向距离检测件。当径向距离检测件检测到喷头与洞壁之间的当前径向距离与预设径向距离不一致时，控制器根据径向距离检测件反馈的信号启动径向驱动件，径向驱动件驱动径向伸缩臂沿径向伸出或回缩，直至当前径向距离与预设径向距离一致，使喷头与洞壁之间的径向距离始终保持最佳，进而减小喷料的回弹量，使喷混效果达到最佳。

Description

一种敞开式TBM及其喷混系统

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种敞开式TBM及其喷混系统。

背景技术

当敞开式TBM(隧道掘进机)施工遇到软弱破碎地层时，围岩脱离护盾支护范围无法自稳时，岩石会直接坠落，对工作人员和设备安全都造成一定的威胁。为避免该问题，敞开式TBM通常配套有喷混系统，喷混系统的工作原理是将预先搅拌好的混凝土通过泵送系统输送到湿喷机的喷嘴处，泵送过程中，混凝土与液态速凝剂在输送管道内依靠风压悬流和雾化形成料束，在高压气体的作用下，料束喷射到裸岩面，速凝剂使混凝土迅速凝结硬化，形成混凝土支护层。

然而，现有敞开式TBM的喷混系统结构过于简单，受自身结构限制，无法根据动壁破碎情况自动调整喷头与洞壁之间的距离，影响喷混效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种敞开式TBM及其喷混系统，径向伸缩臂根据喷头与洞壁之间的当前径向距离自动伸缩，使喷头与洞壁之间的径向距离始终保持最佳，减小喷料的回弹量，喷混效果较好。

本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统，包括径向伸缩臂、径向驱动件、喷头、径向距离检测件和控制器，径向伸缩臂相对于主体轨道轴向滑动，喷头设于径向伸缩臂上。当径向距离检测件检测到喷头与洞壁之间的当前径向距离与预设径向距离不一致时，控制器根据径向距离检测件反馈的信号启动径向驱动件，径向驱动件驱动径向伸缩臂沿径向伸出或回缩，直至当前径向距离与预设径向距离一致，使喷头与洞壁之间的径向距离始终保持最佳，进而减小喷料的回弹量，使喷混效果达到最佳。

本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统，包括：

相对于主体轨道轴向滑动的径向伸缩臂；

与径向伸缩臂相连的径向驱动件；

设于径向伸缩臂的喷头；

用于检测喷头与洞壁之间的当前径向距离的径向距离检测件；

当径向距离检测件检测到当前径向距离与预设径向距离不一致时，控制器根据径向距离检测件反馈的信号启动径向驱动件驱动径向伸缩臂沿径向伸缩。

优选的，还包括：

与喷头相连的旋转驱动件；

用于检测喷头的当前喷射角度的角度检测件；

当角度检测件检测到当前喷射角度与预设喷射角度不一致时，控制器根据角度检测件反馈的信号启动旋转驱动件驱动喷头相对于径向伸缩臂旋转。

优选的，还包括：

沿主体轨道的轴向滑动的超前钻机滑轨；

装于超前钻机滑轨且相对于超前钻机滑轨周向旋转的旋转支架；

两端分别与旋转支架及径向伸缩臂相连的轴向伸缩臂。

优选的，还包括：

与轴向伸缩臂相连的轴向驱动件；

用于检测喷头与洞壁的待喷面之间的当前轴向距离的轴向距离检测件；

当轴向距离检测件检测到当前轴向距离与预设轴向距离不一致时，控制器启动轴向驱动件驱动轴向伸缩臂沿轴向伸缩直至喷头对准待喷面。

优选的，还包括：

与旋转支架相固连的主动齿轮；

一体式设于超前钻机滑轨的外侧且与主动齿轮相啮合的从动齿圈；

与主动齿轮相固连并用于驱动主动齿轮相对于从动齿圈周向转动的齿轮驱动件。

优选的，还包括：

用于检测旋转支架的当前转速的转速检测件；

当转速检测件检测到当前转速与预设转速不一致时，控制器根据转速检测件反馈的信号调节齿轮驱动件的转速。

优选的，旋转支架的底部固设有滚轮架，滚轮架装有分别与超前钻机滑轨的上下两侧相配合的上滚轮和下滚轮。

优选的，还包括：

与超前钻机滑轨相连的主体驱动件；

计时器；

当计时器记录超前钻机滑轨的当前停留时间达到预设停留时间时，控制器根据计时器反馈的信号启动主体驱动件驱动超前钻机滑轨沿主体轨道滑动预设推进距离。

优选的，还包括：

设有径向伸缩臂且沿主体轨道的轴向滑动的拱架旋转环；

一体式设于拱架旋转环的主动齿圈；

设于主体轨道且与主动齿圈相啮合的从动齿轮；

与主动齿圈相连并用于驱动主动齿圈周向转动的周向驱动件。

本发明所提供的敞开式TBM，包括上述任一项所述的喷混系统。

相对于背景技术，本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统，包括径向伸缩臂、径向驱动件、喷头、径向距离检测件和控制器，径向伸缩臂相对于主体轨道轴向滑动，喷头设于径向伸缩臂上。当径向距离检测件检测到喷头与洞壁之间的当前径向距离与预设径向距离不一致时，控制器根据径向距离检测件反馈的信号启动径向驱动件，径向驱动件驱动径向伸缩臂沿径向伸出或回缩，直至当前径向距离与预设径向距离一致，使喷头与洞壁之间的径向距离始终保持最佳，进而减小喷料的回弹量，使喷混效果达到最佳。

本发明所提供的敞开式TBM，包括前述喷混系统，具有相同的有益效果。

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为本发明第一种具体实施例所提供的敞开式TBM的喷混系统的结构图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明第二种具体实施例所提供的敞开式TBM的喷混系统的结构图；

图4为图3的侧视图。

附图标记如下：

主体轨道11、径向伸缩臂12、喷头13、径向距离检测件14、超前钻机滑轨15、旋转支架16、轴向伸缩臂17、主动齿轮18、从动齿圈19、滚轮架20、上滚轮21、下滚轮22、拱架旋转环23和周向驱动件24。

图1中大实心箭头指代超前钻机滑轨的移动方向，小实心箭头指代轴向伸缩臂的伸缩方向，小空心箭头指代径向伸缩臂的伸缩方向；

图2中的实心箭头指代旋转支架的移动方向；

图3中大实心箭头指代拱架旋转环的移动方向，小实心箭头指代径向伸缩臂的伸缩方向；

图4中的实心箭头指代拱架旋转环的旋转方。

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人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明第一种具体实施例所提供的敞开式TBM的喷混系统的结构图；图2为图1的侧视图。

本发明实施例公开了一种敞开式TBM的喷混系统，其关键改进点在于，通过优化自身的结构自动调节喷头13与洞壁之间的径向距离，避免喷料回弹，喷混效果较佳。

首先，需要说明的是，文中的轴向是指平行于敞开式TBM的主体轨道11的中心线方向，径向是指平行于敞开式TBM的主体轨道11的半径方向。

本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统，包括径向伸缩臂12、径向驱动件、喷头13、径向距离检测件14和控制器。其中，喷头13设于径向伸缩臂12上，径向驱动件与径向伸缩臂12相连，带动喷头13沿径向靠近或远离洞壁。径向驱动件具体可以是液压缸。径向伸缩臂12相对于主体轨道11轴向滑动，确保喷头13对准洞壁的待喷面。主体轨道11是敞开式TBM一部分，其结构及工作原理具体可参考现有技术。

径向距离检测件14用于检测喷头13与洞壁之间的当前径向距离，具体可以是距离检测传感器，但不限于此。控制器分别与径向驱动件和径向距离检测件14电连接。

当径向距离检测件14检测到喷头13与洞壁之间的当前径向距离与预设径向距离不一致时，径向距离检测件14发送信号至控制器，控制器启动径向驱动件，径向驱动件驱动径向伸缩臂12沿径向伸出或回缩，自动调节喷头13与洞壁之间的当前径向距离，直至当前径向距离与预设径向距离一致，使喷头13与洞壁之间的径向距离始终保持最佳，进而使喷头13喷至洞壁的喷料量保持最佳，避免喷料的回弹量过大，有利于提升喷混效果。

文中的预设径向距离是指喷头13与洞壁之间的最佳径向距离，可依据洞壁的内径及敞开式TBM的规格设定。

本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统还包括分别与控制器电连接的旋转驱动件和角度检测件，喷头13铰接于径向伸缩臂12上，旋转驱动件与喷头13相连。旋转驱动件具体可以是伺服电机。角度检测件用于检测喷头13的当前喷射角度，具体可以是旋转编码器，但不限于此。

当角度检测件检测到当前喷射角度与预设喷射角度不一致时，角度检测件发送信号至控制器，控制器启动旋转驱动件，旋转驱动件驱动喷头13相对于径向伸缩臂12旋转，自动调节喷头13的喷射角度，使喷头13喷至洞壁的面积达到最大，进一步优化喷混效果。

在第一种具体实施例中，本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统还包括超前钻机滑轨15、旋转支架16和轴向伸缩臂17。

超前钻机滑轨15套设于主体轨道11上，沿主体轨道11的轴向相对于主体轨道11滑动。超前钻机滑轨15整体呈圆环状，超前钻机滑轨15的内侧装有若干组行走轮，每组行走轮与主体轨道11所设的其中一条行走轨相配合，引导超前钻机滑轨15轴向滑动。

旋转支架16装于超前钻机滑轨15，且相对于超前钻机滑轨15周向旋转。旋转支架16的底部两侧各固设有一个滚轮架20，每个滚轮架20均装有一对相对设置的上滚轮21和下滚轮22，上滚轮21与超前钻机滑轨15的上侧面相配合，下滚轮22与超前钻机滑轨15的下侧面相配合，上侧面与下侧面二者的边沿一体式设有止挡板，用于阻止上滚轮21或下滚轮22脱离超前钻机滑轨15。旋转支架16与超前钻机滑轨15通过滚轮配合，可减小摩擦阻力，利于旋转支架16可靠转动。当然，旋转支架16与超前钻机滑轨15之间的安装方式不限于此。

轴向伸缩臂17的一端与旋转支架16相固连，其另一端与径向伸缩臂12相固连，可沿轴向伸缩，既通过径向伸缩臂12带动喷头13沿洞壁的轴向移动，又能带动喷头13沿径向移动，两个方向的运动，使喷头13喷出的喷料完全覆盖洞壁，形成混凝土支护层。

在第一种具体实施例中，本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统还包括分别与控制器电连接的轴向驱动件和轴向距离检测件，轴向驱动件与轴向伸缩臂17相连，具体可以是液压缸，用于驱动轴向伸缩沿轴向伸缩。轴向距离检测件用于检测喷头13与洞壁的待喷面之间的当前轴向距离，具体可以是距离检测传感器或摄像头等头像识别设备。

当轴向距离检测件检测到喷头13与洞壁的待喷面之间的当前轴向距离当与预设轴向距离不一致时，轴向距离检测件反馈信号至控制器，控制器启动轴向驱动件，轴向驱动件驱动轴向伸缩臂17沿轴向伸缩，实现沿轴向自动调节喷头13的位置，直至喷头13对准待喷面，使喷头13完全将喷料喷至待喷面上，有利于提升施工效率。其中，预设轴向距离是指喷头13由已喷面过渡至待喷面的轴向移动距离。

旋转支架16与超前钻机滑轨15优选齿轮啮合，相应地，本发明还包括主动齿轮18、从动齿圈19和齿轮驱动件，主动齿轮18与旋转支架16相固连，主动齿轮18具体为小齿轮。从动齿圈19一体式设于超前钻机滑轨15的外侧，且与主动齿轮18相啮合。齿轮驱动件固设于旋转支架16上，与主动齿轮18相固连，用于驱动主动齿轮18相对于从动齿圈19360度周向转动。齿轮驱动件具体可以是伺服电机。

在第一种具体实施例中，本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统还包括与控制器电连接的转速检测件，转速检测件用于检测旋转支架16的当前转速，具体可以是速度检测传感器。

当转速检测件检测到旋转支架16的当前转速与预设转速不一致时，转速检测件反馈信号至控制器，控制器调节齿轮驱动件的转速，从而自动调节旋转支架16的当前转速，避免旋转支架16的转速过大而使喷头13喷出的喷料无法完全覆盖洞壁，还避免因旋转支架16的转速过小而影响喷料重叠。其中，预设转速是指喷头13喷出的喷料完全覆盖洞壁时的最佳转速，可依据洞壁的内径、喷头13的孔径等参数设定，在此不做具体限定。

在第一种具体实施例中，本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统还包括与控制器电连接的主体驱动件和计时器，主体驱动件与超前钻机滑轨15相连，用于驱动超前钻机滑轨15沿主体轨道11滑动，也可以是液压缸。

当计时器记录超前钻机滑轨15的当前停留时间达到预设停留时间时，计时器反馈信号至控制器，控制器启动主体驱动件，主体驱动件驱动超前钻机滑轨15沿主体轨道11滑动预设推进距离，实现周期性自动推动超前钻机滑轨15轴向滑动。预设停留时间是指喷头13喷出的喷料在径向伸缩臂12及轴向伸缩臂17二者共同作用下完全覆盖洞壁时超前钻机滑轨15所停留的最短时间。预设推进距离是指超前钻机滑轨15一个周期内沿主体轨道11移动的轴向距离。

请参考图3和图4，图3为本发明第二种具体实施例所提供的敞开式TBM的喷混系统的结构图；图4为图3的侧视图。

相较于第一种具体实施例，第二种具体实施例中，在改变喷头13的安装方式，其余方案均与第一种具体实施例相同。

在第二种具体实施例中，本发明所提供的敞开式TBM的喷混系统拱架旋转环23、主动齿圈、从动齿轮和周向驱动件24，拱架旋转环23沿主体轨道11的轴向滑动，也呈圆环状，拱架旋转环23的内侧也装有沿主体轨道11滚动的导向轮，引导拱架旋转环23轴向滑动。

拱架旋转环23的内侧一体式设有主动齿圈。从动齿轮设于主体轨道11，为小齿轮，且与主动齿圈相啮合。周向驱动件24与主动齿圈相连，用于驱动主动齿圈周向转动，主动齿圈带动从动齿轮同步转动。

径向伸缩臂12固设于拱架旋转环23上，喷头13固定于径向伸缩臂12远离拱架旋转环23一端，这样喷头13既能在径向伸缩臂12的带动下沿径向移动，又能在拱架旋转环23的带动下轴向移动，使喷头13喷出的喷料仍能完全覆盖洞壁。

当然，喷头13的安装方式不限于上述两种具体实施例，其他类似结构均在本发明的保护范围内。

本发明所提供的敞开式TBM，包括喷混系统，具有相同的有益效果，不再赘述。

以上对本发明所提供的敞开式TBM及其喷混系统进行了详细介绍，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种敞开式TBM的喷混系统，其特征在于，包括：

相对于主体轨道（11）轴向滑动的径向伸缩臂（12）；

与所述径向伸缩臂（12）相连的径向驱动件；

设于所述径向伸缩臂（12）的喷头（13）；

用于检测所述喷头（13）与洞壁之间的当前径向距离的径向距离检测件（14）；

沿所述主体轨道（11）的轴向滑动的超前钻机滑轨（15）；

装于所述超前钻机滑轨（15）且相对于所述超前钻机滑轨（15）周向旋转的旋转支架（16）；

两端分别与所述旋转支架（16）及所述径向伸缩臂（12）相连的轴向伸缩臂（17）；

与所述旋转支架（16）相固连的主动齿轮（18）；

一体式设于所述超前钻机滑轨（15）的外侧且与所述主动齿轮（18）相啮合的从动齿圈（19）；

与所述主动齿轮（18）相固连并用于驱动所述主动齿轮（18）相对于所述从动齿圈（19）周向转动的齿轮驱动件；

用于检测所述旋转支架（16）的当前转速的转速检测件；

当所述径向距离检测件（14）检测到所述当前径向距离与预设径向距离不一致时，控制器根据所述径向距离检测件（14）反馈的信号启动所述径向驱动件驱动所述径向伸缩臂（12）沿径向伸缩；

当所述转速检测件检测到所述当前转速与预设转速不一致时，所述控制器根据所述转速检测件反馈的信号调节所述齿轮驱动件的转速。

2.根据权利要求1所述的敞开式TBM的喷混系统，其特征在于，还包括：

与所述喷头（13）相连的旋转驱动件；

用于检测所述喷头（13）的当前喷射角度的角度检测件；

当所述角度检测件检测到所述当前喷射角度与预设喷射角度不一致时，所述控制器根据所述角度检测件反馈的信号启动所述旋转驱动件驱动所述喷头（13）相对于所述径向伸缩臂（12）旋转。

3.根据权利要求1所述的敞开式TBM的喷混系统，其特征在于，还包括：

与所述轴向伸缩臂（17）相连的轴向驱动件；

用于检测所述喷头（13）与洞壁的待喷面之间的当前轴向距离的轴向距离检测件；

当所述轴向距离检测件检测到所述当前轴向距离与预设轴向距离不一致时，所述控制器启动所述轴向驱动件驱动所述轴向伸缩臂（17）沿轴向伸缩直至所述喷头（13）对准待喷面。

4.根据权利要求1所述的敞开式TBM的喷混系统，其特征在于，所述旋转支架（16）的底部固设有滚轮架（20），所述滚轮架（20）装有分别与所述超前钻机滑轨（15）的上下两侧相配合的上滚轮（21）和下滚轮（22）。

5.根据权利要求1所述的敞开式TBM的喷混系统，其特征在于，还包括：

与所述超前钻机滑轨（15）相连的主体驱动件；

计时器；

当所述计时器记录所述超前钻机滑轨（15）的当前停留时间达到预设停留时间时，所述控制器根据所述计时器反馈的信号启动所述主体驱动件驱动所述超前钻机滑轨（15）沿所述主体轨道（11）滑动预设推进距离。

6.根据权利要求1至2任一项所述的敞开式TBM的喷混系统，其特征在于，还包括：

设有所述径向伸缩臂（12）且沿所述主体轨道（11）的轴向滑动的拱架旋转环（23）；

一体式设于所述拱架旋转环（23）的主动齿圈；

设于所述主体轨道（11）且与所述主动齿圈相啮合的从动齿轮；

与所述主动齿圈相连并用于驱动所述主动齿圈周向转动的周向驱动件（24）。

7.一种敞开式TBM，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的喷混系统。