CN115992711A - 隧道掘进装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种隧道掘进装置，涉及隧道施工技术领域，以解决相关技术中的TBM掘进机在掘进的过程中，不能实现同步推拼，施工效率相对较低的问题。隧道掘进装置包括护盾组件、推进组件、支撑组件和拼装组件，隧道掘进装置启动TBM施工模式，当整环管片完成拼装后，第二推动件推动隧道掘进装置沿掘进方向移动，当隧道掘进装置移动完成一个步进距离时，第二推进件回缩，拼装组件拼装管片；支撑组件的相对两端分别支撑在隧道的内壁面后，第一推进件推动隧道掘进装置沿掘进方向移动。本申请在掘进的过程中，通过配置两套推进装置，能够实现掘进和拼装管片同步进行，不需要停机，从而在最大程度上提高施工效率，并有助于节省因停机所产生的施工成本。

Description

隧道掘进装置

技术领域

本申请涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道掘进装置。

背景技术

盾构机，又叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。利用盾构机进行隧道施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快等特点，在隧道洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

敞开式TBM(Tunnel Boring Machine全断面隧道掘进机)和泥水平衡盾构机是两种比较常见的隧道掘进装置。TBM由皮带机出渣，施工效率较高，可应对长距离硬岩工况，但在富水、含砂泥等地质中，掘进困难。泥水平衡盾构机主机部分与地层隔离，可以很好的阻隔水土压力，并且通过泵送出渣，能更好的适应富水、高水压等地层，但施工效率较低，连续长距离掘进成本较高。相关技术中，通常情况下，仅选用TBM掘进机或泥水平衡盾构机中的其中一种掘进机进行施工。

然而，采用TBM掘进机在掘进的过程中，不能实现同步推拼，施工效率相对较低。

发明内容

本申请的实施例提供一种隧道掘进装置，在TBM施工模式下，通过配置两套推进装置，能够实现掘进和拼装管片同步进行，在掘进的过程中不需要停机，从而在最大程度上提高施工效率，有助于节省因停机所产生的施工成本，避免了相关技术中在TBM施工模式下无法同步实现同步推拼，效率相对较低等问题。

为了实现上述目的，本申请的实施例提供一种隧道掘进装置，应用于隧道中，所述隧道掘进装置包括护盾组件、推进组件、支撑组件和拼装组件，所述护盾组件具有安装腔，所述推进组件、所述支撑组件和所述拼装组件均位于所述安装腔中，所述支撑组件与所述护盾组件相连；所述隧道掘进装置具有掘进端，所述护盾组件与所述掘进端相连，所述拼装组件位于靠近所述推进组件的一侧，并用于对隧道中的管片进行拼装；所述推进组件包括沿所述隧道掘进装置长度方向设置的第一推进件和第二推进件，所述第一推进件位于靠近所述掘进端的一侧，所述第二推进件位于所述第一推进件的远离所述掘进端的一侧；当所述隧道掘进装置处于开挖状态、且探测到隧道地层处于第一类型地层时，所述隧道掘进装置启动TBM施工模式，所述拼装组件对管片进行拼装，当整环管片完成拼装后，启动所述第二推进件，所述第二推进件伸出，并抵推在已完成拼装的整环管片的端面上，所述第二推进件依次提供向前掘进的支反力，并推动所述隧道掘进装置沿掘进方向移动，当所述隧道掘进装置移动完成一个步进距离时，所述第二推进件回缩至起始位置，所述拼装组件继续对待拼装的所述管片进行拼装；启动所述支撑组件，所述支撑组件沿垂直于所述掘进方向的方向伸出，当所述支撑组件的相对两端分别支撑在在已开挖的隧道壁面上后，启动所述第一推进件，所述第一推进件靠近所述支撑组件的端部抵推所述支撑组件，所述第一推进件靠近所述掘进端的端部沿所述掘进方向移动，并推动所述隧道掘进装置继续沿所述掘进方向移动，当所述拼装组件拼装完成所有的所述管片时，所述支撑组件回缩至起始位置。

在一种可能的实现方式中，还包括开挖组件，所述开挖组件设置于所述隧道掘进装置的掘进端，所述开挖组件用于对所述隧道地层进行开挖；当所述隧道掘进装置处于开挖状态、且探测到隧道地层处于第二类型地层时，所述隧道掘进装置启动泥水盾构施工模式，关闭所述第一推进件，仅启动所述第二推进件；所述第一类型地层的硬度大于所述第二类型地层的硬度。

在一种可能的实现方式中，还包括排渣组件，所述排渣组件前部位于靠近所述掘进端的一侧，并与所述开挖组件相连；所述排渣组件包括沿所述隧道掘进装置高度方向间隔设置的中心排渣件和环流排渣件，所述中心排渣件位于靠近所述隧道掘进装置的中心位置，所述环流排渣件位于靠近所述隧道掘进装置的边缘位置；当所述隧道掘进装置处于TBM施工模式时，需关闭所述环流排渣件，启动所述中心排渣件，所述中心排渣件用于将所述开挖组件开挖下的渣石排出至隧道外部；当所述隧道掘进装置处于泥水盾构施工模式时，需关闭所述中心排渣件，启动所述环流排渣件，所述环流排渣件用于将所述开挖组件开挖下的渣土与隧道外部补给的新鲜浆液进行混合，并将混合后的混合浆液排出至隧道外部。

在一种可能的实现方式中，所述护盾组件包括依次相连的前盾、伸缩盾、撑紧盾和盾尾，所述伸缩盾包括伸缩外盾和伸缩内盾，所述伸缩外盾套设在所述伸缩内盾的外部；所述前盾位于所述护盾组件靠近所述掘进端的一侧，所述盾尾位于所述护盾组件远离所述掘进端的一侧，所述伸缩盾和所述撑紧盾位于所述前盾和所述盾尾之间；所述第一推进件设置于所述前盾和所述伸缩盾之间，所述第二推进件和所述支撑组件均设置于所述撑紧盾中，所述支撑组件与所述撑紧盾滑动相连；所述护盾组件还包括伸缩限位件和伸缩密封件，当所述隧道掘进装置启动泥水盾构施工模式时，安装所述伸缩限位件和所述伸缩密封件于所述伸缩外盾和所述伸缩内盾之间；当所述隧道掘进装置启动TBM施工模式时，拆除所述伸缩外盾和所述伸缩内盾之间的所述伸缩限位件和所述伸缩密封件。

在一种可能的实现方式中，所述支撑组件包括支撑油缸件、伸缩件和撑靴件；所述支撑油缸件设置在所述支撑组件的内部，所述撑靴件设置在所述支撑油缸件的外周，并与所述撑紧盾滑动相连，所述伸缩件位于所述支撑油缸件和所述撑靴件之间，所述伸缩件的一端与所述支撑油缸件相连，所述伸缩件的另一端与所述撑靴件相连；启动所述支撑组件，所述支撑油缸件沿垂直于所述掘进方向的方向伸出，当所述撑靴件的相对两端分别支撑在所述隧道的内壁面时，启动所述第一推进件。

在一种可能的实现方式中，所述支撑油缸件包括沿垂直于所述掘进方向设置的第一支撑油缸和第二支撑油缸，所述伸缩件包括沿垂直于所述掘进方向设置的第一伸缩部和第二伸缩部，所述撑靴件包括沿垂直于所述掘进方向设置的第一撑靴部和第二撑靴部；所述第一伸缩部连接所述第一支撑油缸和所述第一撑靴部，所述第二伸缩部连接所述第二支撑油缸和所述第二撑靴部。

在一种可能的实现方式中，所述开挖组件包括刀盘、刮渣板、开挖仓和驱动件；所述开挖仓开设在所述前盾的内部，所述驱动件设置在所述前盾的中部位置处，所述刀盘设置在所述驱动件背离所述前盾的一侧，所述刮渣板设置在所述刀盘靠近所述前盾的一侧；当所述隧道掘进装置启动TBM施工模式时，启动所述驱动件，所述驱动件驱动所述刀盘和所述刮渣板旋转，所述刮渣板用于将所述刀盘开挖下的渣土带动并刮落至所述排渣组件中，所述开挖仓用于储存所述刀盘开挖下的渣土；所述驱动件上设置有可伸缩的中心密封件，所述中心密封件沿所述驱动件的轴线方向往复伸缩。

在一种可能的实现方式中，所述环流排渣件包括进浆环流管和排浆环流管；所述进浆环流管靠近所述掘进端的端部与所述开挖仓的上部连通，所述排浆环流管靠近所述掘进端的端部与所述开挖仓的下部连通，所述进浆环流管远离所述掘进端的端部、以及所述排浆环流管远离所述掘进端的端部均与外部的渣浆处理站连通；所述进浆环流管用于将外部的新鲜浆液输送至所述开挖仓中，所述排浆环流管用于将混合后的混合浆液排出至隧道外部。

在一种可能的实现方式中，还包括防扭组件，所述防扭组件位于所述前盾和所述撑紧盾之间，所述防扭组件靠近所述前盾的端部与所述前盾固定相连，所述防扭组件靠近所述撑紧盾的端部与所述撑紧盾滑动相连。

在一种可能的实现方式中，还包括钻探和连接架；所述钻探连接在所述拼装组件上，所述连接架连接在所述撑紧盾上，所述拼装组件通过所述连接架与所述撑紧盾相连，所述钻探用于对待开挖的隧道地层进行超前钻探和注浆加固。

本申请实施例提供的隧道掘进装置，包括护盾组件、推进组件、支撑组件和拼装组件，推进组件包括第一推进件和第二推进件，所述隧道掘进装置启动TBM施工模式时，第二推进件形成第一套推进装置，支撑组件和第一推进件共同形成第二套推进装置。从而通过配置两套推进装置，能够在掘进的过程中实现掘进和拼装管片同步进行，不需要停机，在最大程度上提高施工效率，并有助于节省因停机所产生的施工成本，避免了相关技术中在TBM施工模式下，仅配置一套推进系统，无法同步实现同步推拼，进而导致施工效率相对较低等问题。

本申请的构造以及它的其他申请目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的隧道掘进装置的结构示意图；

图2为图1中I部分的局部放大示意图；

图3为图1中沿A-A方向的剖面图；

图4为图1中沿B-B方向剖面、且支撑组件处于伸出状态的结构示意图；

图5为图1中沿B-B方向剖面、且支撑组件处于缩回状态的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的隧道掘进装置处于泥水盾构施工模式下、且拼装组件未对管片进行拼装的排渣流程示意图；

图7为本申请实施例提供的隧道掘进装置处于泥水盾构施工模式下、且拼装组件对管片进行拼装的排渣流程示意图；

图8为本申请实施例提供的隧道掘进装置处于TBM施工模式下的排渣流程示意图。

附图标记说明：

100-隧道掘进装置；

110-护盾组件；         111-安装腔；          112-管片；

113-掘进端；           114-前盾；            115-伸缩盾；

1151-伸缩外盾；        1152-伸缩内盾；       116-撑紧盾；

117-盾尾；             118-伸缩限位件；      1181-第一限位部；

1182-第二限位部；      1183-伸缩螺栓部；     1184-铰接部；

1185-加强筋板；        1186-端部密封件；     119-伸缩密封件；

120-推进组件；         121-第一推进件；      122-第二推进件；

130-支撑组件；         131-支撑油缸件；      1311-第一支撑油缸；

1312-第二支撑油缸；    132-伸缩件；          1321-第一伸缩部；

1322-第二伸缩部；      133-撑靴件；          1331-第一撑靴部；

1332-第二撑靴部；      140-拼装组件；

150-开挖组件；         151-刀盘；            152-刮渣板；

153-开挖仓；           154-驱动件；          155-中心密封件；

160-排渣组件；         161-中心排渣件；      162-环流排渣件；

1621-进浆环流管；      1622-排浆环流管；     163-泥浆门；

170-防扭组件；         171-第一防扭件；      172-第二防扭件；

180-钻探；             190-连接架。

具体实施方式

随着国民经济的发展，隧道建设进程的加快，盾构法因其经济高效得到了广泛使用。盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

敞开式TBM(Tunnel Boring Machine全断面隧道掘进机)和泥水平衡盾构机是两种比较常见的隧道掘进装置。敞开式TBM由皮带机出碴，施工效率较高，可应对长距离硬岩工况，但在富水、含砂泥等地质中，掘进困难。泥水平衡盾构机主机部分与地层隔离，可以很好的阻隔水土压力，并且通过泵送出渣，能更好的适应富水、高水压等地层，但施工效率较低，连续长距离掘进时成本较高。

实际工程应用中，以上两种隧道掘进机施工方式只可能为敞开式TBM或泥水平衡盾构机的其中一种。因此，适应地层变化的能力受到了很大限制，工程适应性较为局限，而现阶段我国的铁路隧道、公路隧道、引水隧道及海底隧道等大力发展，隧道掘进距离越来越长，地层地质变化复杂，单一掘进方式的掘进机很难满足工程实际需求。

因此，在长距离、富水、含砂土与全断面硬岩交错的复杂地层中施工时，如何提升掘进机地层适应性，解决高效、安全施工等问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术难题。

针对上述技术现状存在的不足，本领域技术人员进行了相关研究，例如在一些实现方式中，在主驱动中部设置可拆装的皮带输送机和中心密封装置，通过设置伸缩皮带机和密封装置、以及拆装刀盘刮渣板等，进行两种掘进模式离线切换。但在该实现方式中，仅配置一套推进系统，未涉及撑紧盾和支撑装置的设计，无法实现敞开式TBM模式下的同步推拼作业，施工效率相对较低。

又例如在一些实现方式中，虽然具备泥水式TBM和泥水平衡盾构机两种控制模式，但是实际上仅配置TBM刀盘，依靠一套环流系统泵送出渣，效率相对较低，工作模式单一，难以满足复杂工况下敞开式TBM快速掘进需求。

基于上述的技术问题，本申请实施例提供一种隧道掘进装置，包括护盾组件、推进组件、支撑组件和拼装组件，推进组件包括第一推进件和第二推进件，隧道掘进装置启动TBM施工模式时，第二推进件形成第一套推进装置，支撑组件和第一推进件共同形成第二套推进装置，从而通过配置两套推进装置，能够在掘进的过程中实现掘进和拼装管片同步进行，不需要停机，在最大程度上提高施工效率，并有助于节省因停机所产生的施工成本，避免了相关技术中在TBM施工模式下，仅配置一套推进系统，无法同步实现同步推拼，进而导致施工效率相对较低等问题。

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

图1为本申请实施例提供的隧道掘进装置的结构示意图，图2为图1中I部分的局部放大示意图，图3为图1中沿A-A方向的剖面图，图4为图1中沿B-B方向剖面、且支撑组件处于伸出状态的结构示意图，图5为图1中沿B-B方向剖面、且支撑组件处于缩回状态的结构示意图，图6为本申请实施例提供的隧道掘进装置处于TBM施工模式下的排渣流程示意图，图7为本申请实施例提供的隧道掘进装置处于泥水盾构施工模式下、且拼装组件未对管片进行拼装的排渣流程示意图，图8为本申请实施例提供的隧道掘进装置处于泥水盾构施工模式下、且拼装组件对管片进行拼装的排渣流程示意图。

请参照图1至图8所示，本申请实施例提供一种隧道掘进装置100，该隧道掘进装置100主要应用于隧道中，并对隧道地层进行开挖。

隧道掘进装置100包括敞开式TBM掘进机和泥水平衡盾构机两种。本申请实施例中，主要以对敞开式TBM掘进机的掘进方式进行改进为例进行说明。

请参照图1所示，隧道掘进装置100包括护盾组件110、推进组件120、开挖组件150、支撑组件130、排渣组件160和拼装组件140，护盾组件110具有安装腔111，推进组件120、支撑组件130、排渣组件160和拼装组件140均位于安装腔111中。

隧道掘进装置100具有掘进端113，开挖组件150设置在掘进端113，开挖组件150用于对隧道地层进行开挖。护盾组件110与掘进端113相连，排渣组件160前部位于靠近掘进端113的一侧，并与开挖组件150相连，拼装组件140位于靠近推进组件120的一侧，并用于在掘进过程中对隧道中的管片112进行拼装。

可以理解的是，掘进端113也称为隧道掘进装置100的开挖端，它位于隧道掘进装置100的最前端。

另外，需要说明的是，管片112本身是安装在隧道内的，只有在需要对管片112进行拼装的时候，是在隧道掘进装置100中完成拼装。即，拼装组件140在隧道掘进装置100中将管片112拼装为整环。

以下对护盾组件110的结构说明如下：

请参照图1和图2所示，护盾组件110包括：依次相连的前盾114、伸缩盾115、撑紧盾116和盾尾117。

装配时，前盾114位于护盾组件110靠近掘进端113的一侧，盾尾117位于护盾组件110远离掘进端113的一侧，伸缩盾115和撑紧盾116位于前盾114和盾尾117之间。

请继续参照图2所示，伸缩盾115包括伸缩外盾1151和伸缩内盾1152，伸缩外盾1151套设在伸缩内盾1152的外部。装配时，伸缩外盾1151的一端与前盾114相连，伸缩外盾1151的另一端与撑紧盾116相连。

请继续参照图2所示，伸缩外盾1151和伸缩内盾1152之间设置有伸缩限位件118，伸缩限位件118包括第一限位部1181和第二限位部1182。其中，第一限位部1181设置在伸缩外盾1151的中部内侧，第一限位部1181上开设有螺栓孔，第二限位部1182设置在伸缩内盾1152的中部，第二限位部1182上对应开设有螺栓孔，第一限位部1181和第二限位部1182之间通过伸缩螺栓部1183栓接紧固。

为了增强伸缩外盾1151和伸缩内盾1152装配后的强度，本申请实施例中，请继续参照图2所示，伸缩内盾1152中部内侧还可以设置有铰接部1184，铰接部1184和第二限位部1182之间可以设置有加强筋板1185。

请继续参照图2所示，为了提高伸缩外盾1151和伸缩内盾1152之间的密封性能。本申请实施例中，伸缩外盾1151和伸缩内盾1152之间还可以设置伸缩密封件119和端部密封件1186。

具体在装配时，伸缩密封件119主要密封在伸缩外盾1151的内壁面和伸缩内盾1152的外壁面之间，端部密封件1186主要密封在第一限位部1181后端与第二限位部1182后端的端面。

以下对开挖组件150的结构说明如下：

请参照图1所示，开挖组件150包括：刀盘151、刮渣板152、开挖仓153和驱动件154，开挖仓153靠近刮渣板152的一侧设置有泥浆门163。

装配时，开挖仓153开设在前盾114的内部，驱动件154固定在前盾114的中部位置处，其内部中心区域固连有中心密封件155，中心密封件155可以沿驱动件154的轴线方向上前后伸缩，当向后回缩时，能够对驱动件154的中心区域进行有效密封。

刀盘151通过螺栓同轴固连在驱动件154的前端，驱动件154用于驱动刀盘151旋转，刀盘151的背部均匀分布有若干刮渣板152，刮渣板152的落渣口端均指向刀盘151的中心区域，开挖仓153用于储存刀盘151开挖下的渣土。

需要说明的是，对于刮渣板152的数量不做进一步限定。

以下对推进组件120的结构说明如下：

请参照图1所示，推进组件120包括沿隧道掘进装置100长度方向设置的第一推进件121和第二推进件122，第一推进件121位于靠近掘进端113的一侧，并设置于前盾114和伸缩盾115之间，第二推进件122位于第一推进件121的远离掘进端113的一侧，第二推进件122设置于撑紧盾116中。

需要说明的是，本申请实施例中的第一推进件121和第二推进件122均为推进气缸。

可以理解的是，为了避免伸缩外盾1151和伸缩内盾1152在轴向上出现脱离的风险。本申请实施例中，第一推进件121的设定单次伸出行程L1，需要小于伸缩外盾1151与伸缩内盾1152之间的轴向套设长度。第二推进件122的单次伸出行程L2大于第一推进件121的单次伸出行程L1，且第二推进件122的单次伸出行程大于单块管片112的轴向宽度。

第一推进件121的设定单次伸出行程L1、以及第二推进件122的单次伸出行程L2请参照图6和图7所示。

另外，第一推进件121可以包括若干组，沿护盾组件110的周向均匀分布、且避开防扭组件170的安装部位。第二推进件122可以包括若干组，沿撑紧盾116的周向均匀设置，且每组均设置双推进气缸。

其中，为了避免第二推进件122与撑靴件133在装配时出现干涉，第二推进件122可以设计为偏心油缸，从而确保与撑靴件133无干涉的情况下，可有效抵推在管片的前端面上。

以下对排渣组件160的结构说明如下：

请参照图6至图8所示，排渣组件160包括沿隧道掘进装置100高度方向设置的中心排渣件161和环流排渣件162，中心排渣件161位于靠近隧道掘进装置100的中心位置，环流排渣件162位于靠近隧道掘进装置100的边缘位置。

请继续参照图8所示，环流排渣件162包括进浆环流管1621和排浆环流管1622，进浆环流管1621靠近掘进端113的端部与开挖仓153的上部连通，排浆环流管1622靠近掘进端113的端部与开挖仓153的下部连通，进浆环流管1621远离掘进端113的端部、以及排浆环流管1622远离掘进端113的端部与外部的渣浆处理站均与外部的渣浆处理站连通。

进浆环流管1621用于将外部的新鲜浆液输送至开挖仓153中，排浆环流管1622用于将混合后的混合浆液排出至隧道外部。

以下对支撑组件130的结构说明如下：

请参照图1、图4和图5所示，支撑组件130包括支撑油缸件131、伸缩件132和撑靴件133，支撑油缸件131设置在支撑组件130的内部，撑靴件133设置在支撑油缸件131的外周，并与撑紧盾116滑动相连。

伸缩件132位于支撑油缸件131和撑靴件133之间，伸缩件132的一端与支撑油缸件131相连，伸缩件132的另一端采用螺栓组固连在撑靴件133内侧。

需要说明的是，支撑油缸件131设置有机械锁死功能，且本申请实施例中的所有油缸均需要具备同步伸缩功能。

另外，可以理解的是，撑靴件133的外径与撑紧盾116的外径保持一致，即，当支撑油缸件131伸出设定距离后，撑靴件133的外壁支撑在已开挖的隧道壁面上，当支撑油缸件131缩回至设定距离后，撑靴件133的外壁与撑紧盾116的外壁能够在横截面上保持重合。

具体在应用时，支撑组件130包括沿垂直于掘进方向设置的第一支撑油缸1311和第二支撑油缸1312，第一支撑油缸1311和第二支撑油缸1312处于平行状态。

伸缩件132包括沿垂直于掘进方向设置的第一伸缩部1321和第二伸缩部1322，撑靴件133包括沿垂直于掘进方向设置的第一撑靴部1331和第二撑靴部1332，第一撑靴部1331和第二撑靴部1332左右对称设置在支撑组件130上。第一撑靴部1331和第二撑靴部1332分别与撑紧盾116滑动相连，第一伸缩部1321连接第一支撑油缸1311和第一撑靴部1331，第二伸缩部1322第二支撑油缸1312和第二撑靴部1332。

在一种可能的实现方式中，请参照图1和图3所示，还可以包括防扭组件170，防扭组件170包括沿隧道掘进装置100高度方向的第一防扭件171和第二防扭件172，第一防扭件171和第二防扭件172滑动连接在前盾114和撑紧盾116之间。

可以理解的是，当隧道掘进装置100处于不断掘进、刀盘151不断转动的过程中，如果出现刀盘151处于转不动的状况下，为了避免刀盘151带动前盾114转动的风险。本申请实施例中，通过包括防扭组件170，可以避免刀盘151带动前盾114转动的风险，进一步保证在掘进过程中的安全性能。

在一种可能的实现方式中，请参照图1所示，还包括钻探180和连接架190。钻探180连接在拼装组件140上，连接架190连接在撑紧盾116上，拼装组件140通过连接架190与撑紧盾116相连，钻探180用于对待开挖的隧道地层进行超前钻探和注浆加固。

通过包括钻探180，能够对拟开挖面地质进行实时超前探测，反馈开挖地层特性，根据探测的地层特性，从而选择不同的施工模式进行隧道施工。通过包括连接架190，可以将拼装组件140与撑紧盾116相连。

需要说明的是，本申请实施例中的连接架190可以为H架。

以下对隧道掘进装置100处于TBM施工模式下的工作过程说明如下：

步骤一：当隧道掘进装置100处于开挖状态、且探测到隧道地层处于第一类型地层时，隧道掘进装置100启动TBM施工模式。

其中，第一类型地层包括围岩特性较好、或长距离硬岩等地层。

需要说明的是，在该步骤一中，包括需关闭环流排渣件162，关闭泥浆门163，拆除伸缩外盾1151和伸缩内盾1152之间的伸缩限位件118，以使伸缩外盾1151和伸缩内盾1152之间可以相对移动，进而确保第二推进件122可以带动隧道掘进装置100移动。

步骤二：检查其余系统接入正常，启动驱动件154以及拼装组件140，拼装组件140对管片112进行拼装，当整环管片完成拼装后，启动第二推进件122，第二推进件122的油缸杠杆以设定速度伸出，并抵推在已完成拼装的整环管片的端面上。

此时，第二推进件122依次提供向前的支反力，随着第二推进件122的不断伸出，第二推进件122推动隧道掘进装置100沿掘进方向移动。

当隧道掘进装置100移动完成一个步进距离(即单块管片112的周向宽度)后，根据拼装需求，第二推进件122缓慢回缩至起始位置，同时，拼装组件140继续对待拼装的管片112进行拼装。

步骤三：此时，为了提高TBM掘进效率、以及为了保证在拼装管片112的同时，TBM还能够继续掘进，启动第一支撑油缸1311和第二支撑油缸1312，第一支撑油缸1311和第二支撑油缸1312分别沿垂直于掘进方向的方向伸出。

当第一支撑油缸1311和第二支撑油缸1312的端部伸出，且第一撑靴部1331和第二撑靴部1332分别支撑在已开挖的隧道壁面上后，启动第一推进件121，第一推进件121靠近支撑组件130的端部抵推支撑组件130，第一推进件121靠近掘进端113的端部沿掘进方向移动。此时，第一推进件121为刀盘151开挖继续提供支反力，从而推动隧道掘进装置100继续沿掘进方向移动。

其中，在该步骤三中，第一支撑油缸1311和第二支撑油缸1312的伸出示意图如图4，第一支撑油缸1311和第二支撑油缸1312的缩回示意图如图5所示。

步骤四：当拼装组件140拼装完成所有的管片112、且第二推进件122全部抵推在管片112端面上后，第一支撑油缸1311和第二支撑油缸1312缓慢回缩，并确保第一撑靴部1331和第二撑靴部1332回到起始位置，第二推进件122再次以设定速度缓慢伸出。与此同时，第一推进件121以设定速度缓慢回缩，当第二推进件122伸出设定步距时，第一推进件121刚好回缩至初始位置，启动拼装组件140继续管片112拼装。

步骤五：重复上述步骤三至步骤四，直至完成TBM施工段施工。

步骤六：上述步骤二至步骤五的施工时，需关闭环流排渣件162，启动中心排渣件161，中心排渣件161用于将开挖组件150开挖下的渣石排出至隧道外部。

其中，开挖组件150开挖下的渣石排出至隧道外部的流动过程如图6中箭头a方向、以及如图7中箭头b方向所示。

需要说明的是，在该步骤六中，由于中心排渣件161是设置于前盾114的中心位置处，因此需要启动刮渣板152。这样，刀盘151开挖下的渣土，在刮渣板152的旋转作用下，能够顺利被带入并刮落至中心排渣件161中。

因此，与相关技术相比，本申请的隧道掘进装置100在处于TBM施工模式下时，第二推进件122形成第一套推进装置，支撑组件130和第一推进件121共同形成第二套推进装置。从而通过配置两套推进装置，能够在掘进的过程中实现掘进和拼装管片112同步进行，不需要停机，在最大程度上提高施工效率，并且有助于节省因停机所产生的施工成本，避免了相关技术中在TBM施工模式下，仅配置一套推进系统，无法同步实现同步推拼，效率相对较低等问题。

请继续参照图6和图7所示，为了进一步提升隧道掘进装置100的施工效率，解决相关技术中施工模式单一、地层适应性较弱等问题，本申请还提供一种隧道掘进装置100在处于泥水盾构施工模式的工作过程。

以下对隧道掘进装置100处于泥水盾构施工模式下的工作过程说明如下：

步骤一：当隧道掘进装置100处于开挖状态、且探测到隧道地层处于第二类型地层时，隧道掘进装置100启动泥水盾构施工模式。

其中，第二类型地层包括软土或高水压等地层。

需要说明的是，在本步骤一中，在进入泥水盾构施工模式之前，首先需要进行第一次模式切换，此时需将隧道掘进装置100暂停在围岩特性相对较好区间，且确保第二推进件122伸出设定距离并完全抵推在最后一环管片端面上，第一推进件121完全回缩至初始设定位置，栓接好伸缩外盾1151和伸缩内盾1152之间的伸缩限位件118(此时伸缩外盾1151和伸缩内盾1152为固定不动的状态)，启动支撑组件130回缩至设定位置，确保中心密封件155、伸缩密封件119等密封良好。

步骤二：暂停驱动件154，并停止刀盘151旋转，拆除中心排渣件161，并向后拉回设定距离，拆除刀盘151背部的刮渣板152，同时启动中心密封件155，向后回缩至设定位置，随后安装固定好中回转接头，并对驱动件154的中心区域进行有效密封。

步骤三：检查其余系统接入正常，打开泥浆门163，启动环流排渣件162及相应保压等辅助系统，并完成建仓保压，随后启动驱动件154、第二推进件122和拼装组件140等。

步骤四：第二推动件靠近掘进端113的端部继续沿掘进方向移动，为刀盘151开挖提供支反力，随着第二推进件122的油缸杠杆的不断伸出，第二推动件推动隧道掘进装置100沿掘进方向移动。当隧道掘进装置100移动完成一个步进距离(即单块管片112的周向宽度)后。

需要说明的是，在该步骤四中，为确保当第二推进件122伸出设定步距时，第一推进件121能够刚好回缩至初始设定位置，第一推进件121的伸出设定距离与回缩速度的比值、隧道掘进装置100完成一个步进距离与第二推进件122的伸出速度的比值，可以设置这两个比值相同，即，能够保证第一推进件121的回缩和第二推进件122的伸出设定距离为同时完成。

步骤五：根据拼装需求，第二推进件122缓慢回缩至起始位置，同时，拼装组件140继续对待拼装的管片112进行拼装，直至完成整环管片112衬砌，并确保第二推进件122完全作用在已拼装完成的管环上。

步骤六：重复上述步骤四至步骤五，直至完成泥水盾构施工段施工。

步骤七：上述步骤三至步骤六的施工时，需关闭中心排渣件161，启动环流排渣件162，环流排渣件162用于将开挖组件150开挖下的渣土与隧道外部补给的新鲜浆液进行混合，并将混合后的混合浆液排出至隧道外部。

其中，在步骤七中，请参照图8所示，新鲜浆液进入环流排渣件162中的流动过程如图8中c1方向所示，混合后的混合浆液排出至隧道外部的流动过程如图8中c2方向所示。

当再次探测到适宜敞开式TBM施工时，随后进行第二次模式切换，步骤与第一次模式切换相反，再重复TBM施工模式下的步骤一至步骤六，直至完成整个区间施工。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种隧道掘进装置，应用于隧道中，其特征在于，所述隧道掘进装置包括护盾组件、推进组件、支撑组件和拼装组件，所述护盾组件具有安装腔，所述推进组件、所述支撑组件和所述拼装组件均位于所述安装腔中，所述支撑组件与所述护盾组件相连；

所述隧道掘进装置具有掘进端，所述护盾组件与所述掘进端相连，所述拼装组件位于靠近所述推进组件的一侧，并用于对隧道中的管片进行拼装；

所述推进组件包括沿所述隧道掘进装置长度方向设置的第一推进件和第二推进件，所述第一推进件位于靠近所述掘进端的一侧，所述第二推进件位于所述第一推进件的远离所述掘进端的一侧；

当所述隧道掘进装置处于开挖状态、且探测到隧道地层处于第一类型地层时，所述隧道掘进装置启动TBM施工模式，所述拼装组件对管片进行拼装，当整环管片完成拼装后，启动所述第二推进件，所述第二推进件伸出，并抵推在已完成拼装的整环管片的端面上，所述第二推进件依次提供向前掘进的支反力，并推动所述隧道掘进装置沿掘进方向移动，当所述隧道掘进装置移动完成一个步进距离后，所述第二推进件回缩至起始位置，所述拼装组件继续对待拼装的所述管片进行拼装；

启动所述支撑组件，所述支撑组件沿垂直于所述掘进方向的方向伸出，当所述支撑组件的相对两端分别支撑在已开挖的隧道壁面上后，启动所述第一推进件，所述第一推进件靠近所述支撑组件的端部抵推所述支撑组件，所述第一推进件靠近所述掘进端的端部沿所述掘进方向移动，并推动所述隧道掘进装置继续沿所述掘进方向移动，当所述拼装组件拼装完成所有的所述管片时，所述支撑组件回缩至起始位置。

2.根据权利要求1所述的隧道掘进装置，其特征在于，还包括开挖组件，所述开挖组件设置于所述隧道掘进装置的掘进端，所述开挖组件用于对所述隧道地层进行开挖；

当所述隧道掘进装置处于开挖状态、且探测到隧道地层处于第二类型地层时，所述隧道掘进装置启动泥水盾构施工模式，关闭所述第一推进件，仅启动所述第二推进件；

所述第一类型地层的硬度大于所述第二类型地层的硬度。

3.根据权利要求2所述的隧道掘进装置，其特征在于，还包括排渣组件，所述排渣组件前部位于靠近所述掘进端的一侧，并与所述开挖组件相连；

所述排渣组件包括沿所述隧道掘进装置高度方向间隔设置的中心排渣件和环流排渣件，所述中心排渣件位于靠近所述隧道掘进装置的中心位置，所述环流排渣件位于靠近所述隧道掘进装置的边缘位置；

当所述隧道掘进装置处于TBM施工模式时，需关闭所述环流排渣件，启动所述中心排渣件，所述中心排渣件用于将所述开挖组件开挖下的渣石排出至隧道外部；

当所述隧道掘进装置处于泥水盾构施工模式时，需关闭所述中心排渣件，启动所述环流排渣件，所述环流排渣件用于将所述开挖组件开挖下的渣土与隧道外部补给的新鲜浆液进行混合，并将混合后的混合浆液排出至隧道外部。

4.根据权利要求3所述的隧道掘进装置，其特征在于，所述护盾组件包括依次相连的前盾、伸缩盾、撑紧盾和盾尾，所述伸缩盾包括伸缩外盾和伸缩内盾，所述伸缩外盾套设在所述伸缩内盾的外部；

所述前盾位于所述护盾组件靠近所述掘进端的一侧，所述盾尾位于所述护盾组件远离所述掘进端的一侧，所述伸缩盾和所述撑紧盾位于所述前盾和所述盾尾之间；

所述第一推进件设置于所述前盾和所述伸缩盾之间，所述第二推进件和所述支撑组件均设置于所述撑紧盾中，所述支撑组件与所述撑紧盾相连；

所述护盾组件还包括伸缩限位件和伸缩密封件，当所述隧道掘进装置启动泥水盾构施工模式时，安装所述伸缩限位件和所述伸缩密封件于所述伸缩外盾和所述伸缩内盾之间；当所述隧道掘进装置启动TBM施工模式时，拆除所述伸缩外盾和所述伸缩内盾之间的所述伸缩限位件和所述伸缩密封件。

5.根据权利要求4所述的隧道掘进装置，其特征在于，所述支撑组件包括支撑油缸件、伸缩件和撑靴件；

所述支撑油缸件设置在所述支撑组件的内部，所述撑靴件设置在所述支撑油缸件的外周，并与所述撑紧盾相连，所述伸缩件位于所述支撑油缸件和所述撑靴件之间，所述伸缩件的一端与所述支撑油缸件相连，所述伸缩件的另一端与所述撑靴件相连；

启动所述支撑组件，所述支撑油缸件沿垂直于所述掘进方向的方向伸出，当所述撑靴件的相对两端分别支撑在已开挖的隧道壁面上时，启动所述第一推进件。

6.根据权利要求5所述的隧道掘进装置，其特征在于，所述支撑油缸件包括沿垂直于所述掘进方向设置的第一支撑油缸和第二支撑油缸，所述伸缩件包括沿垂直于所述掘进方向设置的第一伸缩部和第二伸缩部，所述撑靴件包括沿垂直于所述掘进方向设置的第一撑靴部和第二撑靴部；

所述第一撑靴部和所述第二撑靴部分别与所述撑紧盾相连，所述第一伸缩部连接所述第一支撑油缸和所述第一撑靴部，所述第二伸缩部连接所述第二支撑油缸和所述第二撑靴部。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的隧道掘进装置，其特征在于，所述开挖组件包括刀盘、刮渣板、开挖仓和驱动件；

所述开挖仓开设在所述前盾的内部，所述驱动件设置在所述前盾的中部位置处，所述刀盘设置在所述驱动件背离所述前盾的一侧，所述刮渣板设置在所述刀盘靠近所述前盾的一侧；

当所述隧道掘进装置启动TBM施工模式时，启动所述驱动件，所述驱动件驱动所述刀盘和所述刮渣板旋转，所述刮渣板用于将所述刀盘开挖下的渣土带动并刮落至所述排渣组件中，所述开挖仓用于储存所述刀盘开挖下的渣土；

所述驱动件上设置有可伸缩的中心密封件，所述中心密封件沿所述驱动件的轴线方向往复伸缩。

8.根据权利要求7所述的隧道掘进装置，其特征在于，所述环流排渣件包括进浆环流管和排浆环流管；

所述进浆环流管靠近所述掘进端的端部与所述开挖仓的上部连通，所述排浆环流管靠近所述掘进端的端部与所述开挖仓的下部连通，所述进浆环流管远离所述掘进端的端部、以及所述排浆环流管远离所述掘进端的端部均与外部的渣浆处理站连通；

所述进浆环流管用于将外部的新鲜浆液输送至所述开挖仓中，所述排浆环流管用于将混合后的混合浆液排出至隧道外部。

9.根据权利要求4-6中任一项所述的隧道掘进装置，其特征在于，还包括防扭组件，所述防扭组件位于所述前盾和所述撑紧盾之间，所述防扭组件靠近所述前盾的端部与所述前盾固定相连，所述防扭组件靠近所述撑紧盾的端部与所述撑紧盾滑动相连。

10.根据权利要求4-6中任一项所述的隧道掘进装置，其特征在于，还包括钻探和连接架；

所述钻探连接在所述拼装组件上，所述连接架连接在所述撑紧盾上，所述拼装组件通过所述连接架与所述撑紧盾相连，所述钻探用于对待开挖的隧道地层进行超前钻探和注浆加固。

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