CN114876480A - 敞开式与单护盾双模式tbm洞内快速转换施工方法 - Google Patents

Abstract

敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法涉及TBM施工方法。主要为解决目前敞开式TBM掘进过程中遇到软弱围岩无法掘进等问题而发明的。在转换点用单护盾施工模式，安装钢管片；钢管片端部施做锁固锚杆并注浆；在敞开式模式下掘进，在单护盾模式下进行钢管片支护，向前掘进，待两侧撑靴行至钢管片端部时停止掘进；钢管片背后注浆；施做锚杆；浆液凝固后，敞开式模式下撑靴撑紧管片，敞开式模式下采用推进油缸推进与单护盾模式下辅助推进油缸撑紧钢管片联合推进；始发掘进成功之后，采用单护盾模式掘进；在转换点启用单护盾模式，拆卸管片运输设备；在敞开式模式下施工。优点是能快速的将敞开式TBM与单护盾TBM进行切换。

Description

敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法

技术领域：

本发明涉及TBM施工方法，具体是涉及一种敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工的方法。

背景技术：

TBM是全断面硬岩掘进机的简称，是隧道开挖的专用设备，在山岭隧道及城市地铁的建设中发挥着重要作用。根据TBM工作原理和结构形式，TBM包括护盾式TBM和敞开式TBM。

敞开式TBM作为现代硬岩隧道施工设备及其地下工程项目建设最为普遍的施工方法，适应于开挖围岩较完整，有较好自稳性的围岩地层，特别是在硬岩、中硬岩掘进中。撑靴通过撑紧岩壁为刀盘提供推进力反力，强大的支撑系统能够充分发挥出优势。机械化程度高、施工安全风险低、掘进速度快、掘进控制灵活简单、施工环境影响较小等优点而被广泛的应用于水利工程、公路工程、铁路工程等工程领域中。但是当敞开式TBM在掘进过程中遇到长距离软弱围岩、断层破碎带时，围岩稳定性差，撑靴无法撑紧，甚至围岩在撑靴撑紧处坍塌，撑靴与洞壁的最大静摩擦力不足以抵抗主推进油缸带来的推进反力，此时TBM无法实现正常掘进。传统处理方法是先停机，然后采用人工对塌陷不稳定区域进行回填注浆或模筑加工后使围岩稳定后再撑紧掘进，因此无法实现连续掘进，严重时还会造成卡机，严重影响掘进效率。

单护盾TBM采用管片进行支护，其掘进原理是护盾内推进油缸撑紧钢管片端部提供单护盾TBM推进反力，避免了直接接触围岩，而且护盾之外裸露围岩在施工过程中实现了及时封闭，施工质量好、安全效果好。但单护盾TBM是通过撑紧钢管片端部提供单护盾TBM推进反力，因此在长距离隧洞施工围岩整体性完整、抗压强度较高的情况下会由于安装管片造成TBM不能连续掘进，掘进速度较敞开式TBM慢，而且此时钢管片的支护会造成成本上升，过度支护，代价太高。

如能发明一种结合敞开式TBM和单护盾TBM的优势，实现敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换的施工方法，是TBM工程施工领域的重点。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于深埋长隧洞、超特长隧洞下硬岩地质，以及敞开式TBM施工困难的及软岩、断裂带等不良地质的敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的；

首先对敞开式TBM进行改造，敞开式TBM为可从市场购得的现有设备，其主要包括刀盘系统、护盾系统、主驱动系统、主梁、支撑系统、推进系统等。它们的位置关系大致如下：刀盘位于TBM的最前方与掌子面岩石接触，刀盘与主驱动通过高强度螺栓连接。护盾位于主驱动外侧；主梁前端与主驱动连接；鞍架与主梁滑动连接；主推进油缸的一端固定在与主驱动连接的主梁两侧；主推进油缸的另一端与主撑靴连接。后支撑的框架固定在主梁上，后撑靴连接在液压缸上，液压缸安装在后支撑的框架上。

具体改造内容为：

1，刀盘改造；

刀盘的中心刀座、面刀刀座未做改进；对边滚刀刀座和铲斗进行了结构改进。

改造后的刀盘上安装有铲斗、中心刀座、面刀刀座、边滚刀刀座，中心刀安装在中心刀座上，面刀安装在面刀刀座上；铲斗的进渣正面铲斗和弧面铲斗使用常规铲刀，大圆环外周三把使用超挖铲刀，这些铲刀通过铲斗螺栓连接在刀盘本体上，实现超挖半径达到R50mm。

边滚刀刀座的内刀座板上表面开有向下延伸的刀轴安装槽和楔块安装孔，楔块安装孔远离刀轴安装槽的一面为楔面，刀轴安装槽和楔块安装孔相连通，内刀座板底部设有压块安装槽，压块安装槽和楔块安装孔之间连通有连接螺栓安装孔，压块安装槽的直径大于连接螺栓安装孔的直径，将确定尺寸的超挖垫块安装在刀轴安装槽底部，边滚刀刀轴安装在超挖垫块上部，在边滚刀刀轴侧面的楔块安装孔内安装超挖楔块，超挖楔块设有螺栓孔，超挖楔块一侧的楔面与边滚刀刀轴的楔面相配合，超挖楔块另一侧的楔面与楔块安装孔的楔面相配合，实现对边滚刀刀轴的定位，最后连接螺杆从底部穿入到超挖楔块的螺栓孔中通过螺栓限位，连接螺杆的另一端连接有压块，压块位于内刀座板底部的压块安装槽内，连接螺栓将超挖楔块、内刀座板和压块栓接在一起，使得边滚刀刀轴固定在边滚刀刀座内部。边滚刀安装在边滚刀刀轴上。

2，护盾结构改造及辅助推进系统；

改造后的双模式TBM护盾由六个分块护盾组成，它们分别为下护盾分块、两个侧护盾分块、两个搭接护盾分块和一个上护盾分块；六个护盾分块布置在主驱动周围包裹着主驱动；其中上护盾分块和下护盾分块分别位于主驱动的上部和下部，两个侧护盾分块分别位于主驱动的两侧，两个搭接护盾分块分别位于两个侧护盾分块和上护盾分块之间；

每个护盾分块都与一个导向座通过销轴连接，所有的导向座焊接在主驱动外面板的同一圆周上，六个护盾分块彼此之间通过销轴连接构成圆形护盾。

若干个辅助推进油缸分别安装在各导向座上，通过辅助推进油缸产生的推进反力传递到主驱动的支撑框架，进一步传递给刀盘。

护盾顶部140°范围内设置超前钻注一体机作业的预留孔，用以进行超前地质加固。

3，增设辅助支撑单元；

增设的辅助支撑单元是单护盾TBM模式掘进过程中支撑主梁、换步过程中支撑鞍架的机构。

它包括位于鞍架下部的竖向支撑腿、支腿液压缸、弧形底撑靴、左右辅助撑靴、支撑框架。

辅助支撑单元的支撑框架通过螺栓连接固定于鞍架底部，支撑框架内套接竖向支撑腿，即竖向支撑腿外表面与支撑框架内表面滑动接触，两个竖向支撑腿底部连接弧形底撑靴。两个竖向支撑腿下端通过吊耳结构与支腿液压缸一端相连，支撑框架上焊接有支腿液压缸固定座，支腿液压缸另一端与支腿液压缸固定座铰接。左右辅助撑靴连接在辅助撑靴油缸上，辅助撑靴油缸连接在支撑框架上。

4，搭载超前钻注一体机，所述超前钻注一体机通过固定座栓接在旋转驱动机构上与环形梁连接，环形梁通过轮箱安装在主梁两侧固定的滑行轨道上，所述超前钻注一体机可随环形梁在弧顶120°范围内转动。所述环形梁前后行走原理与敞开式TBM钢拱架安装机行走原理一样，机构未更改，可实现钻注一体机沿主梁轴向方向行走，移动行程为900mm。

5，安装多功能拼装机，多功能拼装机安装于主梁上，靠近主驱动的后方，具备钢管片、钢拱架等多种支护材料的拼装功能，并能进行360°的旋转拼装。

敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法包括如下步骤：

初始掘进的模式为敞开式TBM模式，在掘进一段距离实现第一阶段贯通后，在检修室内开始转场工作，对敞开式TBM进行主机及其安装、推进等系统改造，使敞开式TBM兼具单护盾TBM施工模式，并且实现自由切换。

一、敞开式TBM模式向单护盾TBM模式转换步骤：

1、在合适的转换点，启用单护盾TBM施工模式系统，主梁下方安装前部喂片机，前部喂片机与下护盾分块通过倒链连接，随TBM掘进进向掘进方向拖行；调试多功能拼装机，使其具备管片安装功能；调试辅助推进油缸、弧形底撑靴及其辅助撑靴系统；将盾尾刷与护盾通过螺栓连接或者焊接，在单护盾TBM模式掘进过程中盾尾刷在钢管片与岩壁之间随TBM向前运动。

2、在护盾尾端安装第一环钢管片；主撑靴撑紧岩壁，通过主推进油缸推进，敞开式TBM模式下掘进90cm，安装第二环钢管片，第二环钢管片与第一环钢管片通过高强度螺栓连接；

3、安装完第二环钢管片之后停机；在第一环钢管片端部在锚杆钻机行程范围内（15-270°）通过敞开式TBM固有锚杆钻机施做锁固锚杆，并进行注浆，安装φ22mm锁固锚杆与第一环钢管片进行焊接固定；

4、在敞开式TBM模式下，主撑靴撑紧洞壁为主推进油缸提供推进反力，推动TBM向前掘进；在单护盾TBM支护模式下通过多功能拼装机进行钢管片安装支护进行掘进；向前循环掘进，待敞开式TBM两侧主撑靴行程至第一环钢管片端部时，敞开式TBM模式停止掘进；

5、通过钢管片注浆孔向钢管片与洞壁之间的空隙进行注浆，注浆材料为水泥砂浆；

6、从钢管片注浆孔向洞壁径向施做φ22mm锁固锚杆；以及施做在第一环钢管片端部锚杆钻机行程范围外未做范围（14-90°）的锁固锚杆，φ22mm锁固锚杆与钢管片进行焊接固定，φ22mm锁固锚杆的长度为3m；

7、待钢管片与洞壁之间所注浆液凝固以后，释放后配套拖拉力，敞开式TBM模式下两侧主撑靴采用不大于130bar的撑紧力撑紧管片，通过敞开式TBM模式下采用主推进油缸为TBM提供推进反力与单护盾TBM模式下辅助推进油缸撑紧钢管片端部联合推进的方式进行掘进；

8、始发掘进成功之后，可采用单护盾模式独立掘进；

掘进过程中，圆弧形底撑靴撑住底部钢管片支撑主梁后部重量，辅助撑靴撑紧钢管片侧壁，辅助推进油缸撑紧钢管片端部为TBM提供推进反力，向前掘进。待掘进90cm距离后，通过多功能拼装机安装钢管片。

掘进过程中，通过竖向支撑腿上下伸缩，实现TBM上下调向。

掘进过程中，通过支腿液压缸一侧伸出，一侧缩回实现TBM纠滚。

待一个循环完成之后，收回辅助撑靴，后支撑伸出，撑住底部钢管片支撑主梁后部重量，竖向支撑腿通过支腿液压缸缩回底部撑靴，通过主推油缸将鞍架、弧形底撑靴、辅助撑靴向主驱动方向移动，待移动到限位，竖向支撑腿通过支腿液压缸伸出底部撑靴撑紧底部钢管片，收回后支撑，辅助撑靴撑紧钢管片侧壁，辅助推进油缸撑紧钢管片端部为TBM提供推进反力，向前循环掘进；敞开式TBM施工模式向单护盾TBM模式转换成功。

二，单护盾TBM模式向敞开式TBM模式转换；

1、最后一循环掘进完成之后，通过钢管片注浆孔向钢管片与洞壁之间的空隙进行注浆，注浆材料为水泥砂浆；

2、待水泥砂浆固结之后，后支撑伸出，收回辅助撑靴，主撑靴撑紧钢管片，通过支腿液压缸收回竖向支撑腿、缩回弧形底部撑靴；

主撑靴撑紧钢管片，为主推进油缸提供推进反力，推动TBM向前掘进，待盾尾刷从最后一环钢管片漏出来之后，拆除盾尾刷，拆除前部喂片机；多功能拼装机转换成安装钢拱架模式，安装钢拱架。

3、敞开式TBM模式掘进过程中，竖向支撑腿将弧形底部撑靴通过支腿液压缸缩回锁死一直处于收回状态；通过后支撑伸出、主撑靴缩回，通过主推进油缸向前拖动鞍架、主撑靴实现换步；单护盾TBM模式向敞开式TBM施工模式转换成功。

本发明的优点是：通过本方法能够快速安全方便的将敞开式TBM与单护盾TBM之间进行切换，保证了施工工期，降低了成本。具有快速方便、安全性高、施工步骤少的优点，采用该方法进行双模式TBM相互切换施工，操作安全，节约成本和时间。

附图说明：

图1为本发明敞开式TBM改造成单护盾TBM模式的主视结构示意图；

图2为本发明敞开式TBM改造成单护盾TBM模式的俯视结构示意图；

图3是图2的A向视图；

图4是图3的C-C视图；

图5是图3的D-D视图；

图6是图2的B-B视图；

图7是图2的E向视图。

图8为本发明敞开式模式向单护盾模式开始转换点示意图，开始以单护盾模式安装钢管片支护，但仍以敞开式模式掘进的方式；

图9为本发明敞开式TBM模式向单护盾TBM模式转换过程中，单护盾TBM模式支护，敞开式TBM模式单独掘进终点示意图；

图10为本发明敞开式TBM模式掘进与单护盾TBM模式联合掘进开始部位示意图；

图11为钢管片注浆孔位置施做锁固锚杆示意图；

图12为第一环钢管片端部锁固锚杆布置示意图。其中15-270°是安装第一环、第二环钢管片之后，锚杆钻机施工的锁固锚杆；14-90°是通过气腿钻进行施工的锁固锚杆。

具体实施方式：

下面结合图1-12对本发明做进一步说明；

首先对敞开式TBM进行改造，敞开式TBM为可从市场购得的现有设备，其主要包括刀盘系统、护盾系统、主驱动系统、主梁、支撑系统、推进系统等。参见图1和图2，它们的位置关系大致如下：刀盘1位于TBM的最前方与掌子面岩石接触，刀盘与主驱动2通过高强度螺栓连接。护盾3位于主驱动外侧；主梁4前端与主驱动连接；鞍架5与主梁滑动连接；主推进油缸9的一端固定在与主驱动连接的主梁两侧；主推进油缸的另一端与主撑靴6连接。后支撑的框架7固定在主梁上，后撑靴8连接在液压缸上，液压缸安装在后支撑的框架上。

具体改造内容为：

1，刀盘改造；

参见图3-5，刀盘的中心刀座、面刀刀座未做改进；对边滚刀刀座和铲斗进行了结构改进。

改造后的刀盘上安装有铲斗1-1、中心刀座1-2、面刀刀座1-3、边滚刀刀座1-4，中心刀安装在中心刀座上，面刀安装在面刀刀座上；铲斗的进渣正面铲斗1-1-1和弧面铲斗1-1-2使用常规铲刀，大圆环外周三把使用超挖铲刀1-1-3，这些铲刀通过铲斗螺栓连接在刀盘本体上，实现超挖半径达到R50mm。

边滚刀刀座1-4的内刀座板1-4-1上表面开有向下延伸的刀轴安装槽和楔块安装孔，楔块安装孔远离刀轴安装槽的一面为楔面，刀轴安装槽和楔块安装孔相连通，内刀座板底部设有压块安装槽1-4-3，压块安装槽和楔块安装孔之间连通有连接螺栓安装孔1-4-2，压块安装槽的直径大于连接螺栓安装孔的直径，将确定尺寸的超挖垫块1-4-8安装在刀轴安装槽底部，边滚刀刀轴1-4-4安装在超挖垫块上部，在边滚刀刀轴侧面的楔块安装孔内安装超挖楔块1-4-5，超挖楔块设有螺栓孔，超挖楔块一侧的楔面与边滚刀刀轴的楔面相配合，超挖楔块另一侧的楔面与楔块安装孔的楔面相配合，实现对边滚刀刀轴的定位，最后连接螺杆1-4-6从底部穿入到超挖楔块的螺栓孔中通过螺栓限位，连接螺杆的另一端连接有压块1-4-7，压块位于内刀座板底部的压块安装槽内，连接螺栓将超挖楔块、内刀座板和压块栓接在一起，使得边滚刀刀轴固定在边滚刀刀座内部。边滚刀安装在边滚刀刀轴上。

2，护盾结构改造及辅助推进系统；

参见图6，改造后的双模式TBM护盾由六个分块护盾组成，它们分别为下护盾分块3-1、两个侧护盾分块3-2、两个搭接护盾分块3-3和一个上护盾分块3-4；六个护盾分块布置在主驱动周围包裹着主驱动；其中上护盾分块和下护盾分块分别位于主驱动的上部和下部，两个侧护盾分块分别位于主驱动的两侧，两个搭接护盾分块分别位于两个侧护盾分块和上护盾分块之间；

每个护盾分块都与一个导向座3-5通过销轴连接，所有的导向座焊接在主驱动外面板的同一圆周上，六个护盾分块彼此之间通过销轴连接构成圆形护盾3。

若干个辅助推进油缸10分别安装在各导向座上，通过辅助推进油缸产生的推进反力传递到主驱动的支撑框架，进一步传递给刀盘。

护盾顶部140°范围内设置超前钻注一体机作业的预留孔11，用以进行超前地质加固。

3，增设辅助支撑单元；

增设的辅助支撑单元是单护盾TBM模式掘进过程中支撑主梁、换步过程中支撑鞍架的机构。

参见图7，它包括位于鞍架5下部的竖向支撑腿12、支腿液压缸13、弧形底撑靴14、左右辅助撑靴15、支撑框架16。

辅助支撑单元的支撑框架通过螺栓连接固定于鞍架底部，支撑框架内套接竖向支撑腿，即竖向支撑腿外表面与支撑框架内表面滑动接触，两个竖向支撑腿底部连接弧形底撑靴。两个竖向支撑腿下端通过吊耳结构与支腿液压缸一端相连，支撑框架上焊接有支腿液压缸固定座，支腿液压缸另一端与支腿液压缸固定座铰接。左右辅助撑靴15连接在辅助撑靴油缸19上，辅助撑靴油缸连接在支撑框架上。

4，搭载超前钻注一体机17，所述超前钻注一体机通过固定座栓接在旋转驱动机构上与环形梁连接，环形梁通过轮箱安装在主梁两侧固定的滑行轨道上，所述超前钻注一体机可随环形梁在弧顶120°范围内转动。所述环形梁前后行走原理与敞开式TBM钢拱架安装机行走原理一样，机构未更改，可实现钻注一体机沿主梁轴向方向行走，移动行程为900mm。

5，安装多功能拼装机18，多功能拼装机安装于主梁上，靠近主驱动的后方，具备钢管片、钢拱架等多种支护材料的拼装功能，并能进行360°的旋转拼装。

敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法包括如下步骤：

初始掘进的模式为敞开式TBM模式，在掘进一段距离实现第一阶段贯通后，在检修室内开始转场工作，对敞开式TBM进行主机及其安装、推进等系统改造，使敞开式TBM兼具单护盾TBM施工模式，并且实现自由切换。

一、敞开式TBM模式向单护盾TBM模式转换步骤：

1、在合适的转换点，启用单护盾TBM施工模式系统，主梁下方安装前部喂片机20，前部喂片机与下护盾分块通过倒链连接，随TBM掘进进向掘进方向拖行；调试多功能拼装机18，使其具备管片安装功能；调试辅助推进油缸10、弧形底撑靴14及其辅助撑靴15系统；将盾尾刷21与护盾通过螺栓连接或者焊接，在单护盾TBM模式掘进过程中盾尾刷在钢管片与岩壁之间随TBM向前运动。

2、在护盾尾端安装第一环钢管片22；主撑靴撑紧岩壁，通过主推进油缸推进，敞开式TBM模式下掘进90cm，安装第二环钢管片23，第二环钢管片与第一环钢管片通过高强度螺栓连接；

3、安装完第二环钢管片之后停机；在第一环钢管片端部在锚杆钻机行程范围内（15-270°）通过敞开式TBM固有锚杆钻机施做锁固锚杆24（见图11），并进行注浆，安装φ22mm锁固锚杆与第一环钢管片进行焊接固定；

4、在敞开式TBM模式下，主撑靴撑紧洞壁为主推进油缸提供推进反力，推动TBM向前掘进；在单护盾TBM支护模式下通过多功能拼装机18进行钢管片安装支护进行掘进（见图8）；向前循环掘进，待敞开式TBM两侧主撑靴行程至第一环钢管片端部时（见图9），敞开式TBM模式停止掘进；

5、通过钢管片注浆孔25向钢管片与洞壁之间的空隙进行注浆，注浆材料为水泥砂浆；

6、从钢管片注浆孔向洞壁径向施做φ22mm锁固锚杆24；以及施做在第一环钢管片端部锚杆钻机行程范围外未做范围（14-90°）的锁固锚杆（见图12），φ22mm锁固锚杆与钢管片进行焊接固定，φ22mm锁固锚杆的长度为3m；

7、待钢管片与洞壁之间所注浆液凝固以后，释放后配套拖拉力，敞开式TBM模式下两侧主撑靴采用不大于130bar的撑紧力撑紧管片，通过敞开式TBM模式下采用主推进油缸为TBM提供推进反力与单护盾TBM模式下辅助推进油缸撑紧钢管片端部联合推进的方式进行掘进（见图10）；

8、始发掘进成功之后，可采用单护盾模式独立掘进；

掘进过程中，圆弧形底撑靴撑住底部钢管片支撑主梁后部重量，辅助撑靴撑紧钢管片侧壁，辅助推进油缸撑紧钢管片端部为TBM提供推进反力，向前掘进。待掘进90cm距离后，通过多功能拼装机安装钢管片。

掘进过程中，通过竖向支撑腿上下伸缩，实现TBM上下调向。

掘进过程中，通过支腿液压缸一侧伸出，一侧缩回实现TBM纠滚。

待一个循环完成之后，收回辅助撑靴，后支撑伸出，撑住底部钢管片支撑主梁后部重量，竖向支撑腿通过支腿液压缸缩回底部撑靴，通过主推油缸将鞍架、弧形底撑靴、辅助撑靴向主驱动方向移动，待移动到限位，竖向支撑腿通过支腿液压缸伸出底部撑靴撑紧底部钢管片，收回后支撑，辅助撑靴撑紧钢管片侧壁，辅助推进油缸撑紧钢管片端部为TBM提供推进反力，向前循环掘进；敞开式TBM施工模式向单护盾TBM模式转换成功。

二，单护盾TBM模式向敞开式TBM模式转换；

1、最后一循环掘进完成之后，通过钢管片注浆孔向钢管片与洞壁之间的空隙进行注浆27，注浆材料为水泥砂浆；

2、待水泥砂浆固结之后，后支撑伸出，收回辅助撑靴，主撑靴撑紧钢管片，通过支腿液压缸收回竖向支撑腿、缩回弧形底部撑靴；

主撑靴撑紧钢管片，为主推进油缸提供推进反力，推动TBM向前掘进，待盾尾刷从最后一环钢管片漏出来之后，拆除盾尾刷，拆除前部喂片机；多功能拼装机转换成安装钢拱架模式，安装钢拱架26。

3、敞开式TBM模式掘进过程中，竖向支撑腿将弧形底部撑靴通过支腿液压缸缩回锁死一直处于收回状态；通过后支撑伸出、主撑靴缩回，通过主推进油缸向前拖动鞍架、主撑靴实现换步；单护盾TBM模式向敞开式TBM施工模式转换成功。

Claims (1)

1.敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法，首先对敞开式TBM进行改造，敞开式TBM主要包括刀盘系统、护盾系统、主驱动系统、主梁、支撑系统、推进系统等；刀盘（1）位于TBM的最前方与掌子面岩石接触，刀盘与主驱动（2）通过高强度螺栓连接，护盾（3）位于主驱动外侧；主梁（4）前端与主驱动连接；鞍架（5）与主梁滑动连接；主推进油缸（9）的一端固定在与主驱动连接的主梁两侧；主推进油缸的另一端与主撑靴（6）连接；后支撑的框架（7）固定在主梁上，后撑靴（8）连接在液压缸上，液压缸安装在后支撑的框架上；其特征是：

刀盘改造：刀盘的中心刀座、面刀刀座未做改进；对边滚刀刀座和铲斗进行了结构改进；

改造后的刀盘上安装有铲斗（1-1）、中心刀座（1-2）、面刀刀座（1-3）、边滚刀刀座（1-4），中心刀安装在中心刀座上，面刀安装在面刀刀座上；铲斗的进渣正面铲斗（1-1-1）和弧面铲斗（1-1-2）使用常规铲刀，大圆环外周三把使用超挖铲刀（1-1-3），这些铲刀通过铲斗螺栓连接在刀盘本体上；

边滚刀刀座（1-4）的内刀座板（1-4-1）上表面开有向下延伸的刀轴安装槽和楔块安装孔，楔块安装孔远离刀轴安装槽的一面为楔面，刀轴安装槽和楔块安装孔相连通，内刀座板底部设有压块安装槽（1-4-3），压块安装槽和楔块安装孔之间连通有连接螺栓安装孔（1-4-2），压块安装槽的直径大于连接螺栓安装孔的直径，将超挖垫块（1-4-8）安装在刀轴安装槽底部，边滚刀刀轴（1-4-4）安装在超挖垫块上部，在边滚刀刀轴侧面的楔块安装孔内安装超挖楔块（1-4-5），超挖楔块设有螺栓孔，超挖楔块一侧的楔面与边滚刀刀轴的楔面相配合，超挖楔块另一侧的楔面与楔块安装孔的楔面相配合，实现对边滚刀刀轴的定位，最后连接螺杆（1-4-6）从底部穿入到超挖楔块的螺栓孔中通过螺栓限位，连接螺杆的另一端连接有压块（1-4-7），压块位于内刀座板底部的压块安装槽内，连接螺栓将超挖楔块、内刀座板和压块栓接在一起，使得边滚刀刀轴固定在边滚刀刀座内部，边滚刀安装在边滚刀刀轴上；

护盾结构改造及辅助推进系统；

改造后的双模式TBM护盾由六个分块护盾组成，它们分别为下护盾分块（3-1）、两个侧护盾分块（3-2）、两个搭接护盾分块（3-3）和一个上护盾分块（3-4）；六个护盾分块布置在主驱动周围包裹着主驱动；其中上护盾分块和下护盾分块分别位于主驱动的上部和下部，两个侧护盾分块分别位于主驱动的两侧，两个搭接护盾分块分别位于两个侧护盾分块和上护盾分块之间；

每个护盾分块都与一个导向座（3-5）通过销轴连接，所有的导向座焊接在主驱动外面板的同一圆周上，六个护盾分块彼此之间通过销轴连接构成圆形护盾（3）；

若干个辅助推进油缸（10）分别安装在各导向座上；

护盾顶部设置超前钻注一体机作业的预留孔（11）；

增设辅助支撑单元；

增设的辅助支撑单元是单护盾TBM模式掘进过程中支撑主梁、换步过程中支撑鞍架的机构，包括位于鞍架（5）下部的竖向支撑腿（12）、支腿液压缸（13）、弧形底撑靴（14）、左右辅助撑靴（15）、支撑框架（16）；

辅助支撑单元的支撑框架通过螺栓连接固定于鞍架底部，支撑框架内套接竖向支撑腿，即竖向支撑腿外表面与支撑框架内表面滑动接触，两个竖向支撑腿底部连接弧形底撑靴；两个竖向支撑腿下端通过吊耳结构与支腿液压缸一端相连，支撑框架上焊接有支腿液压缸固定座，支腿液压缸另一端与支腿液压缸固定座铰接；左右辅助撑靴（15）连接在辅助撑靴油缸（19）上，辅助撑靴油缸连接在支撑框架上；

搭载超前钻注一体机（17），所述超前钻注一体机通过固定座栓接在旋转驱动机构上与环形梁连接，环形梁通过轮箱安装在主梁两侧固定的滑行轨道上；安装多功能拼装机（18），多功能拼装机安装于主梁上，靠近主驱动的后方；

敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法包括如下步骤：

初始掘进的模式为敞开式TBM模式，在掘进一段距离实现第一阶段贯通后，在检修室内开始转场工作，对敞开式TBM进行主机及其安装、推进等系统改造，使敞开式TBM兼具单护盾TBM施工模式，并且实现自由切换；

一、敞开式TBM模式向单护盾TBM模式转换步骤：

1、在合适的转换点，启用单护盾TBM施工模式系统，主梁下方安装前部喂片机（20），前部喂片机与下护盾分块通过倒链连接，随TBM掘进进向掘进方向拖行；调试多功能拼装机（18），使其具备管片安装功能；调试辅助推进油缸（10）、弧形底撑靴（14）及其辅助撑靴（15）系统；将盾尾刷（21）与护盾通过螺栓连接或者焊接，在单护盾TBM模式掘进过程中盾尾刷在钢管片与岩壁之间随TBM向前运动；

2、在护盾尾端安装第一环钢管片（22）；主撑靴撑紧岩壁，通过主推进油缸推进，敞开式TBM模式下掘进90cm，安装第二环钢管片（23），第二环钢管片与第一环钢管片通过高强度螺栓连接；

3、安装完第二环钢管片之后停机；在第一环钢管片端部在锚杆钻机行程范围内（15-270°）通过敞开式TBM固有锚杆钻机施做锁固锚杆（24），并进行注浆，安装φ22mm锁固锚杆与第一环钢管片进行焊接固定；

4、在敞开式TBM模式下，主撑靴撑紧洞壁为主推进油缸提供推进反力，推动TBM向前掘进；在单护盾TBM支护模式下通过多功能拼装机（18）进行钢管片安装支护进行掘进；向前循环掘进，待敞开式TBM两侧主撑靴行程至第一环钢管片端部时，敞开式TBM模式停止掘进；

5、通过钢管片注浆孔（25）向钢管片与洞壁之间的空隙进行注浆，注浆材料为水泥砂浆；

6、从钢管片注浆孔向洞壁径向施做φ22mm锁固锚杆（24）；以及施做在第一环钢管片端部锚杆钻机行程范围外未做范围（14-90°）的锁固锚杆，φ22mm锁固锚杆与钢管片进行焊接固定；

7、待钢管片与洞壁之间所注浆液凝固以后，释放后配套拖拉力，敞开式TBM模式下两侧主撑靴撑紧钢管片，通过敞开式TBM模式下采用主推进油缸为TBM提供推进反力与单护盾TBM模式下辅助推进油缸撑紧钢管片端部联合推进的方式进行掘进；

8、始发掘进成功之后，可采用单护盾模式独立掘进；

掘进过程中，圆弧形底撑靴撑住底部钢管片支撑主梁后部重量，辅助撑靴撑紧钢管片侧壁，辅助推进油缸撑紧钢管片端部为TBM提供推进反力，向前掘进；待掘进90cm距离后，通过多功能拼装机安装钢管片；

掘进过程中，通过竖向支撑腿上下伸缩，实现TBM上下调向；

掘进过程中，通过支腿液压缸一侧伸出，一侧缩回实现TBM纠滚；

待一个循环完成之后，收回辅助撑靴，后支撑伸出，撑住底部钢管片支撑主梁后部重量，竖向支撑腿通过支腿液压缸缩回底部撑靴，通过主推油缸将鞍架、弧形底撑靴、辅助撑靴向主驱动方向移动，待移动到限位，竖向支撑腿通过支腿液压缸伸出底部撑靴撑紧底部钢管片，收回后支撑，辅助撑靴撑紧钢管片侧壁，辅助推进油缸撑紧钢管片端部为TBM提供推进反力，向前循环掘进；敞开式TBM施工模式向单护盾TBM模式转换成功；

二，单护盾TBM模式向敞开式TBM模式转换；

1、最后一循环掘进完成之后，通过钢管片注浆孔向钢管片与洞壁之间的空隙进行注浆（27），注浆材料为水泥砂浆；

2、待水泥砂浆固结之后，后支撑伸出，收回辅助撑靴，主撑靴撑紧钢管片，通过支腿液压缸收回竖向支撑腿、缩回弧形底部撑靴；

主撑靴撑紧钢管片，为主推进油缸提供推进反力，推动TBM向前掘进，待盾尾刷从最后一环钢管片漏出来之后，拆除盾尾刷，拆除前部喂片机；多功能拼装机转换成安装钢拱架模式，安装钢拱架（26）；

3、敞开式TBM模式掘进过程中，竖向支撑腿将弧形底部撑靴通过支腿液压缸缩回锁死一直处于收回状态；通过后支撑伸出、主撑靴缩回，通过主推进油缸向前拖动鞍架、主撑靴实现换步；单护盾TBM模式向敞开式TBM施工模式转换成功。

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