CN114198111A - 一种tbm顶护盾导向座设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于TBM护盾导向座结构设计领域，提出了一种TBM顶护盾导向座设计方法。顶护盾导向座包括顶板、底板、前板、后板、左板、右板和筋板。其中，前板、后板、左板、右板外侧有起导向作用的滑轨。TBM在软岩大变形的工况下，顶护盾受到隧道壁变形的压力、辅助推进油缸对顶护盾的推力以及在刀盘卡机状况下顶护盾需要提供的反扭矩，都对顶护盾强度有着较高的要求，顶护盾导向座既可以不增加护盾的结构和尺寸，又可以很好的提高护盾的结构强度。此外，在软岩大变形的工况下，当刀盘需要扩径以抵消隧道壁的变形时，护盾导向座还可以起护盾直径变化时的导向作用。通过本发明的设计方法可以程序化地快速的设计出适用于不同TBM刀盘直径的顶护盾导向座。

Description

一种TBM顶护盾导向座设计方法

技术领域

本发明涉及导向座结构设计领域，特别涉及一种TBM顶护盾导向座设计方法。

背景技术

近年来，国家隧道基础建设逐渐向高海拔地质复杂或地质信息少的地区推进，面对单机长距离掘进需求，复杂地质如软硬岩交替、软岩大变形、长距离破碎带等成为制约施工安全和效率的关键因素，双模式TBM即融合敞开式TBM和护盾式TBM的功能为安全快速通过复杂地质隧道提供了实施性强的技术手段。

在双模式TBM工作条件下，在软岩大变形的工况下，护盾受到隧道壁变形的压力、辅助推进油缸对护盾的推力以及在刀盘卡机状况下护盾需要提供的反扭矩，都对护盾强度有着较高的要求，护盾导向座既可以不增加护盾的结构和尺寸，又可以很好的提高护盾的结构强度。此外，在软岩大变形的工况下，当刀盘需要扩径以抵消隧道壁的变形时，护盾导向座还起护盾直径变化时的导向作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用的双模式TBM顶护盾导向座设计方法，以解决上述背景技术中提到的问题，在隧道基础设施建设时，面对复杂地质情况时，护盾不但需要提供可靠的洞壁支撑，还需要承受辅助推进油缸对护盾的推力以及在刀盘卡机状况下护盾需要提供的反扭矩，这需要对护盾强度有着较高的要求，使用护盾导向座既可以增加护盾结构的强度，避免护盾有着比较复杂、笨重的结构；此外，护盾导向座还可以起着护盾直径变化时的导向作用。

本发明技术方案如下：一种TBM顶护盾导向座设计方法，所述的TBM顶护盾导向座包括长方体空腔结构和筋板；长方体空腔结构主要由顶板1、底板2、前板3、后板4、左板5和右板6焊接而成；筋板包括左筋板7、右筋板8和中间筋板9，左筋板7和右筋板8对称布置在中间筋板9两侧，三者均焊接于空腔结构内；中间筋板9一端垂直固定于空腔结构的底板上，另一端为自由端；左筋板7、右筋板8一端对应固定于空腔结构左右侧壁，另一端与空腔结构的底板呈50°-60°的角度固定焊接连接；

空腔结构的四周外侧均布有突出的滑轨10，滑轨10上开有盲孔；空腔结构的前后侧分别开有两个销轴孔；

空腔结构的四侧厚度一致，厚度满足下面的公式：

S₁＝a₁*D*6*10^-3

式中：S₁为空腔结构四侧的厚度；D为TBM刀盘直径，为7000mm-15000mm；a₁为修正系数；D为7000mm-11000mm时，a₁取1-1.2；D为11000mm-15000mm时，a₁取1.2-1.5；

左筋板7、右筋板8和中间筋板9厚度一致，厚度满足下面的公式：

S₂＝a₂*S₁*0.8

式中：S₂为左筋板7、右筋板8和中间筋板9的厚度，a₂为修正系数，D为7000mm-11000mm时a₂取1-1.1，D为11000mm-15000mm时a₂取1.1-1.2；

空腔结构的底板厚度满足下面的公式：

S₃＝a₃*(S₁+10)

式中：S₃为底板的厚度，a₃为修正系数；D为7000mm-11000mm时，a₃取1-1.1；D为11000mm-15000mm时，a₃取1.1-1.2。

长方体空腔结构和筋板采用合金钢材料，滑轨10选用耐磨材料。

本发明的有益效果为：在设计双模式TBM顶护盾导向座时，提出了一种通用的设计方法，使得护盾在复杂地质工况下满足其所需要的强度要求，减少由于护盾损坏对工期的影响，同时该导向座还能满足护盾变径的导向要求，使得在复杂地质状况下双模式TBM依然能达到较高的掘进效率，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明中护盾导向座主视图；

图2是本发明中护盾导向座俯视图；

图3是本发明中护盾导向座左视图；

图4是本发明中护盾导向座矩形空腔的剖面图；

图中：1-顶板、2-底板、3-前板、4-后板、5-左板、6-右板、7-左筋板、8-右筋板、9-中间筋板、10-滑轨。

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，都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1至图4所示，TBM顶护盾导向座，包括顶板1、底板2、前板3、后板4、左板5、右板6和筋板；顶板1、底板2、前板3、后板4、左板5、右板6通过焊接形成矩形的空腔结构；左筋板7、右筋板8和中间筋板9焊接在矩形空腔内部，其中中间筋板9垂直于底板2焊接，左筋板7、右筋板8与底板2焊接形成的锐角为50°；前板3、后板4、左板5和右板6外部均有突出的滑轨10，滑轨10上开有盲孔；

以TBM刀盘直径D＝7030mm为例，设计该TBM顶护盾导向座：

(Ⅰ)前板3、后板4、左板5和右板6厚度的确定；

前板3、后板4、左板5和右板6厚度一致，该厚度满足下面的公式：

S₁＝a₁*D*6*10^-3＝1.2*7030*6*10^-3＝50.616mm≈50mm

式中：S₁为前板3、后板4、左板5和后板6的厚度，D为TBM刀盘直径，该公式适用TBM刀盘直径范围为7000mm-15000mm，a₁为修正系数，D为7000mm-11000m时，a₁取1-1.2，D为11000mm-15000mm时，a₁取1.2-1.5。

(Ⅱ)左筋板7、右筋板8和中间筋板9厚度的确定；

左筋板7、右筋板8和中间筋板9厚度一致，该厚度满足下面的公式：

S₂＝a₂*S₁*0.8＝1.05*50*0.8＝42mm

式中：S₂为左筋板7、右筋板8和中间筋板9的厚度，a₂为修正系数，D为7000mm-11000m时，a₂取1-1.1，D为11000mm-15000mm时，a₂取1.1-1.2。

(Ⅲ)底板2厚度的确定

底板2厚度的确定满足下面的公式：

S₃＝a₃*(S₁+10)＝1.05*(50+10)＝63mm

式中：S₃为底板2的厚度，a₃为修正系数，D为7000mm-11000m时，a₃取1-1.1，D为11000mm-15000mm时，a₃取1.1-1.2。

上述公式中D、S₁、S₂、S₃单位均为mm，a₁、a₂、a₃系数选取在所给范围内依据工况选取。

确定顶板1、底板2、前板3、后板4、左板5、右板6、左筋板7、右筋板8、中间筋板9厚度后，按照如图4所示的矩形空腔结构焊接即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种TBM顶护盾导向座设计方法，其特征在于，所述顶护盾导向座包括长方体空腔结构和筋板；筋板包括左筋板(7)、右筋板(8)和中间筋板(9)，左筋板(7)和右筋板(8)对称布置在中间筋板(9)两侧，三者均焊接于空腔结构内；中间筋板(9)一端垂直固定于空腔结构的底板上，另一端为自由端；左筋板(7)、右筋板(8)一端对应固定于空腔结构左右侧壁，另一端与空腔结构的底板呈50°-60°的角度固定焊接连接；

空腔结构的四周外侧均布有突出的滑轨(10)，滑轨(10)上开有盲孔；空腔结构的前后侧分别开有两个销轴孔；

空腔结构的四侧厚度一致，厚度满足下面的公式：

S₁＝a₁*D*6*10^-3

式中：S₁为空腔结构四侧的厚度；D为TBM刀盘直径，为7000mm-15000mm；a₁为修正系数；D为7000mm-11000mm时，a₁取1-1.2；D为11000mm-15000mm时，a₁取1.2-1.5；

左筋板(7)、右筋板(8)和中间筋板(9)厚度一致，厚度满足下面的公式：

S₂＝a₂*S₁*0.8

式中：S₂为左筋板(7)、右筋板(8)和中间筋板(9)的厚度，a₂为修正系数，D为7000mm-11000mm时a₂取1-1.1，D为11000mm-15000mm时a₂取1.1-1.2；

空腔结构的底板厚度满足下面的公式：

S₃＝a₃*(S₁+10)

式中：S₃为底板的厚度，a₃为修正系数；D为7000mm-11000mm时，a₃取1-1.1；D为11000mm-15000mm时，a₃取1.1-1.2。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，长方体空腔结构和筋板采用合金钢材料，滑轨(10)选用耐磨材料。

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