CN114251102B - 一种tbm步进装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TBM步进装置及其使用方法，该装置包括位于TBM主机下方的步进底板、可在步进底板上滑动的滑板，设置在TBM主机两侧下部的举升机构，举升机构包括举升底座、举升架和设置在二者之间的举升底座油缸和举升油缸，以及设置在TBM主机与撑靴之间设有反推机构，反推机构包括与步进底板固定连接的反力架、两端分别与反力架和撑靴支架铰接的连杆，反力架上设有一组垫块，TBM主机底部的辅助推进油缸伸缩杆末端的球形接头通过连接座与垫块安装在一起。本发明简化了步进机构的结构，充分利用了TBM主机上的辅助推进油缸，能够有效节省TBM主机上的空间，操作方便，有利于提高TBM主机步进的效率。

Description

一种TBM步进装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及TBM掘进技术领域，具体涉及一种步进装置及其使用方法。

背景技术

近年来，隧道掘进机（TBM, Tunnel Boring Machine）在我国铁路隧道、输水隧洞工程领域的应用逐渐增多。TBM在施工现场组装完毕后，需要步进至掘进面开始掘进作业。在步进过程中需要利用专用步进装置辅助TBM步进，步进装置的功能结构需要与TBM相匹配。以往的TBM无辅助推进油缸，需要在步进装置上设置步进推进油缸，同时在TBM上要预留步进推进油缸的安装位置，既造成步进装置结构复杂，也浪费了TBM主机上宝贵的空间。随着TBM装备技术的发展，为应对更加复杂的地质条件，TBM上会配置辅助推进油缸，而现有的步进装置无法与TBM上的辅助推进油缸结合，仍然存在结构复杂、操作不便、占用空间的问题。

发明内容

为充分利用TBM上的辅助推进油缸，简化步进装置结构，优化TBM主机有限的空间，本发明提出一种新的TBM步进装置及其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种TBM步进装置，包括位于TBM主机下方的步进底板，在TBM主机底部安装有滑板，滑板与步进底板之间可相对滑动；

在TBM主机两侧下部分别设置有举升机构，且举升机构位于步进底板的外侧，所述举升机构包括举升底座、举升架，举升架顶部与TBM主机固定连接，在举升架的底部两侧分别设置有举升底座油缸，举升底座油缸的伸缩杆下端与举升底座连接；在两个举升油缸之间的位置设有至少两个举升油缸，举升油缸的底座安装在举升架上，举升油缸的伸缩杆下端对应于举升底座的上表面；

TBM主梁上设有撑靴，且TBM主梁与撑靴之间为滑动连接，在撑靴下方设有撑靴支架，撑靴支架包括两侧的撑靴支座，以及连接在两个撑靴支座之间的横向支撑部；在TBM主梁的尾部设有后支撑；

在TBM主机与撑靴之间设有反推机构，所述反推机构包括与步进底板固定连接的反力架，一端与反力架铰接、另一端与撑靴支架铰接的连杆，以及固定设置在撑靴支座和撑靴之间的连接块；反力架上对应于TBM主机的一侧面上设有一组垫块，TBM主机底部的辅助推进油缸的伸缩杆末端设有球形接头、以及与球形接头对应安装的连接座，所述连接座与垫块安装在一起。

优选的，在举升底座和举升架之间还设有至少一个导向机构，所述导向机构包括固定设置在举升底座上的导向筒，和固定设置在举升架上对应位置的导向杆，导向杆下端滑动套装在导向筒内。

优选的，所述垫块的数量与TBM主机底部对应的辅助推进油缸的数量相同；垫块呈弧形排列，且与辅助推进油缸的位置一一对应。

优选的，所述步进底板的截面形状为“凹”字型，在步进底板的两侧分别设有下支撑块，所述下支撑块的顶面形状与TBM主机底部对应位置的弧度相匹配；所述滑板的顶面形状与TBM主机底部的弧度相匹配，在滑板底部两侧分别设置有上支撑块，两个上支撑块分别位于两个下支撑块内侧的位置。

优选的，所述连接块的底部与撑靴支座焊接固定，顶部与撑靴通过螺栓连接；所述举升架焊接固定在TBM主机上；所述滑板通过螺栓固定在TBM主机上；所述举升底座油缸上下两端与举升底座和举升架之间均为铰接。

本发明通过设置举升机构，采用举升底座油缸控制举升底座的上下移动，当需要抬升TBM主机时，将举升底座油缸推动举升底座下移、接触地面，然后以举升底座为支撑，通过举升油缸抵住举升底座将TBM主机抬起，使得TBM主机和滑板一同脱离步进底板，同时通过竖向设置的后支撑支撑在地面上，将TBM主梁和撑靴一同抬起，再通过辅助推进油缸的收缩杆缩回，来带动步进底板、反力架、连杆和撑靴支架一同向前步进，此时，步进底板被推动向前移动，撑靴与TBM主梁之间发生相对移动；在TBM主机被抬起时，由于辅助推进油缸的伸缩杆端部设置球形接头和连接座，可以使辅助推进油缸的伸缩杆与连接座之间产生角度位移，以适应辅助推进油缸轴线的小角度改变；连杆与反力架和撑靴支架之间均为铰接，在主梁和撑靴支座被抬起时，使得连杆与撑靴支架之间、连杆与可以发生角度改变。步进底板移动完毕之后，举升油缸缩回，将TBM主机放下，使滑板落在步进底板上，后支撑也缩回，将TBM主梁撑靴和撑靴支架放回底面，此时辅助推进油缸的伸缩杆伸出，反力架为其提供反推力，使得TBM主机沿其轴线向前移动，此时，滑板与步进底板之间、TBM主梁与撑靴之间产生相对移动，如此即可实现TBM主机的步进。

该步进装置的安装过程为：

在隧道入口处规划好TBM组装位置，在TBM主机组装位置的底面上安放步进底板，再将滑板安放到步进底板上，再在滑板上方组装TBM主机，滑板与TBM主机底部用螺栓连接；

将后支撑、撑靴、TBM主梁、TBM刀盘与TBM主机组装在一起；

将举升架与TBM主机焊接，在举升架上安装举升油缸，将举升底座油缸和导向柱安装在举升架和举升底座之间；

将辅助推进油缸伸缩杆上的球形接头连接座与垫块对应连接，再将垫块与反力架用螺栓相连；

将连接块与撑靴支座焊接，之后根据撑靴的位置，将连接块与撑靴支座组成的整体移动到撑靴下方，再将连接块顶部与撑靴用螺栓相连；

将连杆的一端与反力架铰接，另一端与撑靴支架铰接；

将辅助推进油缸、举升底座油缸、举升油缸和后支撑的液压管路与外接泵站相连，确保各机构油缸正确动作。

本发明还涉及上述TBM步进装置的使用方法，包括下列步骤：

（1）举升底座油缸启动，带动举升底座向下移动接触地面，导向机构在此过程中用于控制举升底座的姿态；举升油缸启动，其伸缩杆下端顶住举升底座的上表面，使TBM主机、TBM刀盘和滑板一同在竖直方向上抬起2~4cm，脱离步进底板；辅助推进油缸伸缩杆末端的球形接头与连接座之间产生角度移动，以适应TBM主机举升后辅助推进油缸轴线偏转的微小角度；

（2）后支撑下端伸出，接触地面，将TBM主梁抬起，使TBM主梁、撑靴、连接块和撑靴支架脱离地面3~5cm；

（3）辅助推进油缸的伸缩杆缩回，带动步进底板、垫块、反力架、连杆、撑靴支架、连接块和撑靴一起沿TBM步进方向移动，此时，步进底板和滑板之间、撑靴和TBM主梁之间均产生相对移动；

（4）步进底板移动到所需位置后，后支撑缩回，撑靴支座重新接触地面、支撑起撑靴和TBM主梁；举升油缸缩回，使TBM主机下落回原位，其重量全部由步进底板和滑板承担，再通过举升底座油缸回缩控制举升底座上移，使举升底座脱离地面3~5cm；

（5）辅助推进油缸的伸缩杆伸出，由反力架提供反力，推动TBM主机、滑板、主梁和后支撑一起沿TBM步进方向移动；至此TBM完成一个步进行程；

（6）重复上述步骤（1）~（5），使TBM步进所需的距离。

本发明的有益效果在于：

本发明充分利用了TBM自带的辅助推进油缸，简化了步进装置的结构，使其结构更加紧凑；采用本发明步进装置辅助TBM主机进行步进，TBM主机上的对应位置不需要预留步进推进油缸安装结构及空间，不占用TBM主机有限的空间；本发明操作方便，有利于提高TBM主机步进的效率。

附图说明

图1为TBM与本发明步进装置安装后的结构示意图；

图2为TBM与本发明步进装置安装后的正视图；

图3为TBM主机举升机构的侧视图；

图4为步进机构反力架的正视图；

图5为TBM撑靴支架的俯视图；

图6为辅助推进油缸的结构示意图。

图中标号：1为步进底板、2为滑板、3为举升架、4为举升底座、5为辅助推进油缸、6为举升底座油缸；7为举升油缸；8为导向柱；9为垫块；10为反力架；11为连杆；12为撑靴支座；13为后支撑、14为撑靴、15为连接块、16为TBM主梁、17为TBM主机、18为TBM刀盘、19横向支撑部、20连接座。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。

实施例1：一种TBM步进装置，参见图1-图6，包括位于TBM主机17下方的步进底板1，在TBM主机17底部安装有滑板2，滑板2与步进底板1之间可相对滑动。

在TBM主机17两侧下部分别设置有举升机构，且举升机构位于步进底板1的外侧，举升机构包括举升底座4、举升架3，举升架3顶部与TBM主机17固定连接，在举升架3的底部两侧分别设置有举升底座油缸6，举升底座油缸6的伸缩杆下端与举升底座4连接；在两个举升油缸6之间的位置设有至少两个举升油缸7，举升油缸7的底座安装在举升架3上，举升油缸7的伸缩杆下端对应于举升底座4的上表面。在举升底座4和举升架3之间还设有至少一个导向机构，导向机构包括固定设置在举升底座4上的导向筒，和固定设置在举升架3上对应位置的导向杆，导向杆下端滑动套装在导向筒内。

TBM主梁16上设有撑靴14，且TBM主梁16与撑靴14之间为滑动连接，在撑靴14下方设有撑靴支架，撑靴支架包括两侧的撑靴支座12，以及连接在两个撑靴支座12之间的横向支撑部19；在TBM主梁16的尾部设有后支撑13。

在TBM主机17与撑靴14之间设有反推机构，反推机构包括与步进底板1固定连接的反力架10，一端与反力架10铰接、另一端与撑靴支架铰接的连杆11，以及固定设置在撑靴支座12和撑靴14之间的连接块15；其中，连杆11铰接在撑靴支架的横向支撑部19中心位置；反力架10上对应于TBM主机17的一侧面上设有一组垫块9，TBM主机17底部的辅助推进油缸5的伸缩杆末端设有球形接头、以及与球形接头对应安装的连接座20，连接座20与垫块9安装在一起。

垫块9的数量与TBM主机17底部对应的辅助推进油缸5的数量相同；垫块9呈弧形排列，且与辅助推进油缸5的位置一一对应。

所述步进底板1的截面形状为“凹”字型，在步进底板1的两侧分别设有下支撑块，所述下支撑块的顶面形状与TBM主机17底部对应位置的弧度相匹配；所述滑板2的顶面形状与TBM主机17底部的弧度相匹配，在滑板2底部两侧分别设置有上支撑块，两个上支撑块分别位于两个下支撑块内侧的位置。

其中，连接块15的底部与撑靴支座12焊接固定，顶部与撑靴14通过螺栓连接；举升架3焊接固定在TBM主机17上；滑板2通过螺栓固定在TBM主机17上；举升底座油缸6上下两端与举升底座4和举升架3之间均为铰接。

该步进装置的安装过程为：

在隧道入口处规划好TBM组装位置，在TBM主机组装位置的底面上安放步进底板1，再将滑板2安放到步进底板1上，再在滑板2上方组装TBM主机17，滑板2与TBM主机17底部用螺栓连接；

将后支撑13、撑靴14、TBM主梁16、TBM刀盘18与TBM主机17组装在一起；

将举升架3与TBM主机17焊接，在举升架3上安装举升油缸7，将举升底座油缸6和导向柱8安装在举升架3和举升底座4之间；

将辅助推进油缸5伸缩杆上的球形接头连接座20与垫块9通过螺栓连接，再将垫块9与反力架10用螺栓相连；

将连接块15与撑靴支座12焊接，之后根据撑靴14的位置，将连接块15与撑靴支座12组成的整体移动到撑靴14下方，再将连接块15顶部与撑靴14用螺栓相连；

将连杆11的一端与反力架10铰接，另一端与撑靴支架铰接；

将辅助推进油缸5、举升底座油缸6、举升油缸7和后支撑13的液压管路与外接泵站相连，确保各机构油缸正确动作。

实施例2：一种TBM步进装置的使用方法，包括下列步骤：

（1）举升底座油缸6启动，带动举升底座4向下移动接触地面，导向机构在此过程中用于控制举升底座4的姿态；举升油缸7启动，其伸缩杆下端顶住举升底座4的上表面，使TBM主机17、TBM刀盘18和滑板2一同在竖直方向上抬起2~4cm，脱离步进底板1；辅助推进油缸5伸缩杆末端的球形接头与连接座20之间产生角度移动，以适应TBM主机17举升后辅助推进油缸5轴线偏转的微小角度；

（2）后支撑13下端伸出，接触地面，将TBM主梁16抬起，使TBM主梁16、撑靴14、连接块15和撑靴支架脱离地面3~5cm；

（3）辅助推进油缸5的伸缩杆缩回，带动步进底板1、垫块9、反力架10、连杆11、撑靴支架、连接块15和撑靴14一起沿TBM步进方向移动，此时，步进底板1和滑板2之间、撑靴14和TBM主梁16之间均产生相对移动；

（4）步进底板1移动到所需位置后，后支撑13缩回，撑靴支座12重新接触地面、支撑起撑靴14和TBM主梁16；举升油缸7缩回，使TBM主机17下落回原位，其重量全部由步进底板1和滑板2承担，再通过举升底座油缸6回缩控制举升底座4上移，使举升底座4脱离地面3~5cm；

（5）辅助推进油缸5的伸缩杆伸出，由反力架10提供反力，推动TBM主机17、滑板2、主梁16和后支撑13一起沿TBM步进方向移动；至此TBM完成一个步进行程；

（6）重复上述步骤（1）~（5），使TBM步进所需的距离。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (4)

1.一种TBM步进装置，其特征在于，包括位于TBM主机（17）下方的步进底板（1），在TBM主机（17）底部安装有滑板（2），滑板（2）可在步进底板（1）上滑动；

在TBM主机（17）两侧下部分别设置有举升机构，且举升机构位于步进底板（1）的外侧，所述举升机构包括举升底座（4）、举升架（3），举升架（3）顶部与TBM主机（17）固定连接，在举升架（3）的底部两侧分别设置有举升底座油缸（6），举升底座油缸（6）的伸缩杆下端与举升底座（4）连接；在两个举升底座油缸（6）之间的位置设有至少两个举升油缸（7），举升油缸（7）的底座安装在举升架（3）上，举升油缸（7）的伸缩杆下端对应于举升底座（4）的上表面；

TBM主梁（16）上设有撑靴（14），且TBM主梁（16）与撑靴（14）之间为滑动连接，在撑靴（14）下方设有撑靴支架，撑靴支架包括两侧的撑靴支座（12），以及连接在两个撑靴支座（12）之间的横向支撑部（19）；在TBM主梁（16）的尾部设有后支撑（13）；

在TBM主机（17）与撑靴（14）之间设有反推机构，所述反推机构包括与步进底板（1）固定连接的反力架（10），一端与反力架（10）铰接、另一端与撑靴支架铰接的连杆（11），以及固定设置在撑靴支座（12）和撑靴（14）之间的连接块（15）；反力架（10）上对应于TBM主机（17）的一侧面上设有一组垫块（9），TBM主机（17）底部的辅助推进油缸（5）的伸缩杆末端设有球形接头、以及与球形接头对应安装的连接座（20），所述连接座（20）与垫块（9）安装在一起；

在举升底座（4）和举升架（3）之间还设有至少一个导向机构，所述导向机构包括固定设置在举升底座（4）上的导向筒，和固定设置在举升架（3）上对应位置的导向杆，导向杆下端滑动套装在导向筒内；

所述垫块（9）的数量与TBM主机（17）底部对应的辅助推进油缸（5）的数量相同；垫块（9）呈弧形排列，且与辅助推进油缸（5）的位置一一对应；

所述步进底板（1）的截面形状为“凹”字型，在步进底板（1）的两侧分别设有下支撑块，所述下支撑块的顶面形状与TBM主机（17）底部对应位置的弧度相匹配；所述滑板（2）的顶面形状与TBM主机（17）底部的弧度相匹配，在滑板（2）底部两侧分别设置有上支撑块，两个上支撑块分别位于两个下支撑块内侧的位置。

2.根据权利要求1所述的TBM步进装置，其特征在于，所述连接块（15）的底部与撑靴支座（12）焊接固定，顶部与撑靴（14）通过螺栓连接；所述举升架（3）焊接固定在TBM主机（17）上；所述滑板（2）通过螺栓固定在TBM主机（17）上；所述举升底座油缸（6）上下两端与举升底座（4）和举升架（3）之间均为铰接。

3.根据权利要求1所述的TBM步进装置，其特征在于，该步进装置的安装过程为：

在隧道入口处规划好TBM组装位置，在TBM主机组装位置的底面上安放步进底板（1），再将滑板（2）安放到步进底板（1）上，再在滑板（2）上方组装TBM主机（17），滑板（2）与TBM主机（17）底部用螺栓连接；

将后支撑（13）、撑靴（14）、TBM主梁（16）、TBM刀盘（18）与TBM主机（17）组装在一起；

将举升架（3）与TBM主机（17）焊接，在举升架（3）上安装举升油缸（7），将举升底座油缸（6）和导向柱（8）安装在举升架（3）和举升底座（4）之间；

将辅助推进油缸（5）伸缩杆上的球形接头连接座（20）与垫块（9）对应连接，再将垫块（9）与反力架（10）用螺栓相连；

将连接块（15）与撑靴支座（12）焊接，之后根据撑靴（14）的位置，将连接块（15）与撑靴支座（12）组成的整体移动到撑靴（14）下方，再将连接块（15）顶部与撑靴（14）用螺栓相连；

将连杆（11）的一端与反力架（10）铰接，另一端与横向支撑部（19）铰接；

将辅助推进油缸（5）、举升底座油缸（6）、举升油缸（7）和后支撑（13）的液压管路与外接泵站相连，确保各机构油缸正确动作。

4.权利要求1中的TBM步进装置的使用方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）举升底座油缸（6）启动，带动举升底座（4）向下移动接触地面，导向机构在此过程中用于控制举升底座（4）的姿态；举升油缸（7）启动，其伸缩杆下端顶住举升底座（4）的上表面，使TBM主机（17）、TBM刀盘（18）和滑板（2）一同在竖直方向上抬起2~4cm，脱离步进底板（1）；辅助推进油缸（5）伸缩杆末端的球形接头与连接座（20）之间产生角度移动，以适应TBM主机（17）举升后辅助推进油缸（5）轴线偏转的微小角度；

（2）后支撑（13）下端伸出，接触地面，将TBM主梁（16）抬起，使TBM主梁（16）、撑靴（14）、连接块（15）和撑靴支座（12）脱离地面3~5cm；

（3）辅助推进油缸（5）的伸缩杆缩回，带动步进底板（1）、垫块（9）、反力架（10）、连杆（11）、撑靴支座（12）、连接块（15）和撑靴（14）一起沿TBM步进方向移动，此时，步进底板（1）和滑板（2）之间、撑靴（14）和TBM主梁（16）之间均产生相对移动；

（4）步进底板（1）移动到所需位置后，后支撑（13）缩回，撑靴支座（12）重新接触地面、支撑起撑靴（14）和TBM主梁（16）；举升油缸（7）缩回，使TBM主机（17）下落回原位，其重量全部由步进底板（1）和滑板（2）承担，再通过举升底座油缸（6）回缩控制举升底座（4）上移，使举升底座（4）脱离地面3~5cm；

（5）辅助推进油缸（5）的伸缩杆伸出，由反力架（10）提供反力，推动TBM主机（17）、滑板（2）、主梁（16）和后支撑（13）一起沿TBM步进方向移动；至此TBM完成一个步进行程；

（6）重复上述步骤（1）~（5），使TBM步进所需的距离。