CN116537803A - 一种岩爆控制型tbm系统及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及隧道施工技术领域，特别一种岩爆控制型TBM系统及施工方法。一种岩爆控制型TBM系统，包括：主梁、以及设置在主梁上的刀盘、梯级护盾系统、推进系统、支撑系统；刀盘可中心旋转地设置在主梁前端，用于破碎掌子面围岩，刀盘、主梁同轴设置；梯级护盾系统包括一级护盾、二级护盾，用以支撑围岩，一级护盾设置在刀盘后侧并固定套设在主梁外周，二级护盾设置可径向伸缩地设置在主梁外周；二级护盾的周向支撑范围与岩爆区域保持一致。通过缩短固定设置的护盾长度，二级护盾周向支撑范围与岩爆区域保持一致，一方面降低了因围岩变形挤压、岩爆造成的卡机风险，另一方面通过二级护盾，还可针对性的对岩爆区域进行及时支护，节约成本。
Description
技术领域
本申请涉及隧道施工技术领域，特别一种岩爆控制型TBM系统及施工方法。
背景技术
从能量的突然释放角度定义岩爆，认为岩爆是能量岩体沿开挖临空面瞬间释放能量的非线性动力学现象，岩爆是地下工程中的一种特殊现象，具有围岩突然、猛烈地向开挖空间弹射、抛掷、喷出的特征。深埋硬岩隧道在开挖过程中和开挖完成后均有岩爆可能，对隧道安全建设和人员设备安全带来极大的威胁，同时极大地影响工程建设进度增加工程建设成本。
传统TBM掘进系统通过设置长度在6.5m左右的护盾，用以保护机器正常运行，但由于护盾长度较长，且固定设置，在掘进过程中很容易因为围岩变形、岩爆将护盾挤压卡住，导致卡机事故，进而造成工期延误，建设成本提高。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种岩爆控制型TBM系统及施工方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种岩爆控制型TBM系统，包括：主梁、以及设置在主梁上的刀盘、梯级护盾系统、推进系统、支撑系统；
所述刀盘可中心旋转地设置在主梁前端，用于破碎掌子面围岩，所述刀盘、主梁同轴设置；
所述梯级护盾系统包括一级护盾、二级护盾，用以支撑围岩，所述一级护盾设置在刀盘后侧并固定套设在主梁外周，所述二级护盾设置在一级护盾后侧并可径向伸缩地设置在主梁外周；
所述推进系统与所述支撑系统配合为TBM系统提供推进动力；
所述二级护盾的周向支撑范围与岩爆区域保持一致。
如上所述的一种岩爆控制型TBM系统，优选地，还包括锚网储存系统；
所述锚网储存系统周向设置在所述一级护盾内侧，所述锚网储存系统的周向铺设范围覆盖二级护盾的周向支撑范围，所述锚网储存系统用于随TBM系统掘进，释放锚网，所述锚网储存系统至少具备一个锚网自由端，所述锚网自由端经由所述一级护盾的后侧伸入所述二级护盾与隧道内壁之间；
所述锚网储存系统与二级护盾顶升配合，实现沿隧道轴向的锚网自动铺设。
如上所述的一种岩爆控制型TBM系统，优选地，还包括锚杆钻机系统；
所述锚杆钻机系统设置在所述锚网储存系统后侧，所述锚杆钻机系统可周向旋转地设置在主梁外周，所述锚杆钻机系统穿过锚网后，对隧道内壁进行锚固。
如上所述的一种岩爆控制型TBM系统，优选地，所述锚杆钻机系统设置在所述二级护盾下方，所述二级护盾周向设置有多个安装孔，所述锚杆钻机系统通过所述多个安装孔对隧道内壁进行锚固。
如上所述的一种岩爆控制型TBM系统，优选地，所述锚杆钻机系统的周向锚固范围、二级护盾的周向延伸范围、锚网储存系统的周向铺设范围保持一致。
如上所述的一种岩爆控制型TBM系统，优选地，沿所述主梁的轴向依次设置多个锚杆钻机系统；
所述多个锚杆钻机系统沿主梁轴向，由前至后依次为第一锚杆钻机系统、第二锚杆钻机系统、第三锚杆钻机系统；
所述第一锚杆钻机系统的周向锚固范围、二级护盾的周向延伸范围、锚网储存系统的周向铺设范围保持一致；
所述第二锚杆钻机系统、第三锚杆钻机系统的周向锚固范围大于第一锚杆钻机系统的周向锚固范围。
如上所述的一种岩爆控制型TBM系统，优选地，所述锚杆钻机系统可沿主梁轴向移动。
如上所述的一种岩爆控制型TBM系统，优选地，所述锚网内侧周向设置有连接带，所述锚杆钻机系统依次穿过连接带、锚网后，对隧道内壁进行锚固。
如上所述的一种岩爆控制型TBM系统，优选地，还包括喷浆系统，所述喷浆系统设置在所述锚杆钻机系统后侧，所述喷浆系统可轴向移动的设置在主梁上，通过喷射浆液对锚固后的隧道内壁进行二次加固。
一种适用于如上任一所述的TBM系统的施工方法，包括：
步骤S01：回收支撑系统，推进系统推进TBM系统向掌子面方向前进；
步骤S02：刀盘破碎掌子面围岩；
步骤S03：二级护盾伸展为与一级护盾相同直径的尺寸，一级护盾与二级护盾共同支撑隧道内壁，当围岩变形过大，造成TBM系统卡机，回收二级护盾，完成变形围岩清理后，再次将二级护盾伸展为一级护盾相同直径的尺寸；
步骤S04：完成一个掘进行程后，支撑系统支撑隧道内壁，推进系统向掌子面方向前进；
步骤S05：重复步骤S01-S04进行下一个行程的掘进，直至隧道贯通。
与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：
1、通过沿主梁外周可径向伸缩地设置二级护盾，一级护盾与二级护盾形成梯级护盾系统，在一级护盾保护、稳定机器的基础上，缩短固定设置的一级护盾长度，降低因围岩变形挤压、岩爆造成的卡机风险，当发生卡机后，可通过径向收缩二级护盾，进行围岩清理，实现脱困；
2、随掘进工作进行，锚网储存系统配合二级护盾顶升自动铺设，锚网储存系统的周向铺设范围与岩爆区域保持一致，可针对性的实现对岩爆区域的快速支护，进而降低岩爆风险；
3、锚杆钻机系统设置在二级护盾下方，并通过沿二级护盾周向设置多个安装孔，配合二级护盾与锚网铺设系统，对隧道内壁的新揭露围岩进行快速支护，进一步降低岩爆风险。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种岩爆控制型TBM系统结构示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的锚网储存系统及第一锚杆钻机系统结构示意图；
图3为根据本申请的一些实施例提供的第二锚杆钻机系统结构示意图；
图4为根据本申请的一些实施例提供的第三锚杆钻机系统结构示意图；
图5为根据本申请的一些实施例提供的NPR锚杆/锚索+W型钢带+锚网耦合支护”的岩爆主动防护体系示意图。
附图标记说明：
1、刀盘；2、一级护盾；3、锚网储存系统；4、第一锚杆钻机系统；5、二级护盾；6、第一伸缩支杆；7、第二锚杆钻机系统；8、第三锚杆钻机系统；9、NPR锚杆/锚索；10、变频电机；11、齿环；12、主梁；13、推进油缸；14、撑靴系统；15、支撑系统；16、喷浆系统；17、围岩；18、混凝土层；19、锚网；20、W型钢带。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在以下描述中，所涉及的术语“第一/第二/第三”仅仅是区别类似的对象，不代表对对象的特定排序，可以理解地，“第一/第二/第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本申请必须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。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，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的具体含义。
为了描述清晰，在本文中，“前端”指的是TBM系统掘进时，靠近掌子面围岩的一端，“后端”指的是TBM系统掘进时，远离掌子面围岩的一端。
下面结合附图的图1至图5对本发明的岩爆控制型TBM系统及施工方法进一步详细说明。
本发明提供了一种岩爆控制型TBM系统，包括：主梁12、以及设置在主梁12上的刀盘1、梯级护盾系统、推进系统、支撑系统15；刀盘1可中心旋转地设置在主梁12前端，用于破碎掌子面围岩17，所述刀盘1、主梁12同轴设置；梯级护盾系统包括一级护盾2、二级护盾5，用以支撑围岩17，一级护盾2设置在刀盘1后侧并固定套设在主梁12外周，二级护盾5设置在一级护盾2后侧并可径向伸缩地设置在主梁12外周；推进系统与支撑系统15配合为TBM系统提供推进动力；二级护盾5的周向支撑范围与岩爆区域保持一致。推进系统包括撑靴系统14与推进油缸13，撑靴系统14与支撑系统15在掘进过程中交替支撑隧道内壁，推进油缸13与撑靴系统14、支撑系统15配合为TBM系统提供推进动力。TBM的配套系统包括指挥控制系统、通讯系统、运输系统、动力系统、通风系统、排水系统和电力系统，用以保证TBM在整个隧道挖掘作业中的各部分配合以及周边设施的跟进。
在本发明的具体实施例中，主梁12位于TBM系统轴线位置，且刀盘1与主梁12同轴设置，刀盘1通过动力系统进行中心旋转，动力系统具体为变频电机10，多个变频电机10沿主梁12外周方向固定布置，为刀盘1破碎掌子面围岩17提供动力，掌子面围岩17经刀盘1破碎后，由设置在刀盘1边缘的刮渣斗收集并集中到位于刀盘1中心的溜渣槽，进而输送至皮带运输机，并最终通过皮带运输机输送至洞外。
梯级护盾系统为与刀盘1尺寸相近的硬质壳体结构，位于刀盘1后侧，沿主梁12周向固定套设，用于防止TBM系统掘进过程中产生的岩渣损伤机器；梯级护盾系统包括一级护盾2与二级护盾5，一级护盾2与二级护盾5沿隧道内壁周向支撑范围不同，且一级护盾2周向支撑范围大于二级护盾5周向支撑范围，一级护盾2周向闭合成环，固定设置在主梁12外周，支撑范围为360°，沿主梁12轴向的长度为3.5m，通过一级护盾2对隧道围岩17的环形支撑，可稳定机器设备，降低掘进过程中产生的振动，进而减少刀具磨损；二级护盾5通过固定连接主梁12上的第一伸缩支杆6，可径向伸缩地设置在主梁12外周，二级护盾5沿隧道内壁的周向支撑范围与岩爆区域保持一致，根据现场已有岩爆发生部位统计分析、微震监测定位岩爆发生部位、地应力分析和数值模拟等方法，预测待掘进隧道的岩爆区域在拱顶150°的范围，故在本实施例中，二级护盾5可径向伸缩地设置在主梁12外周的正上方，支撑范围为150°，沿主梁12轴向的长度为3.0m。通过设置二级护盾5沿隧道内壁周向支撑范围与岩爆区域沿隧道内壁周向分布范围一致，可针对性的对隧道内壁围岩17进行开挖后的及时支护，实现岩爆控制，并减小了固定设置的护盾长度，降低了因围岩17变形挤压、岩爆造成的卡机风险，节约成本。
在实际掘进过程中，二级护盾5正常伸展为与一级护盾2相同尺寸的直径，当遭遇卡机事件，通过第一伸缩支杆6调整二级护盾5直径，使其小于一级护盾2直径，进而形成变形围岩17清理空间，便于机器脱困。
推进系统包括撑靴系统14与推进油缸13，推进油缸13设有多个，多个推进油缸13对称设置在主梁12侧面，多个推进油缸13的一端与主梁12侧面固定连接；撑靴系统14包括第二伸缩支杆、撑靴装置、滑动装置，滑动装置为筒状结构，滑动套设在主梁12外周，撑靴装置为块状结构，设有多个，多个撑靴装置设置在多个推进油缸13后侧的对应位置，多个推进油缸13另一端分别与多个撑靴装置前端面固定连接，具体地，每两个推进油缸13与一个撑靴装置的前端面固定连接，第二伸缩支杆一端与撑靴装置内侧面固定连接，第二伸缩支杆另一端与滑动装置外侧固定连接，撑靴装置通过第二伸缩支杆进行径向伸缩，通过推进油缸13进行前后运动。
支撑系统15包括第三伸缩支杆与支撑装置，位于推进系统后侧，第三伸缩支杆一端与主梁12固定连接，另一端与支撑装置固定连接，支撑装置通过第三伸缩支杆实现径向伸缩，设置在主梁12的正下方，用于临时支撑TBM系统。
在实际掘进过程中，撑靴装置通过第二伸缩支杆径向伸展支撑在隧道内壁，推进油缸13以支撑在隧道内壁的撑靴装置为支撑进行伸展，为TBM系统提供推进动力，即，支撑在隧道内壁的撑靴装置为推进油缸13提供推进反力，刀盘1破碎掌子面围岩17，完成一个掘进行程后，支撑装置通过第三伸缩支杆径向伸展支撑隧道围岩17内壁，撑靴装置通过第二伸缩支杆径向收缩，推进油缸13收缩，进而带动通过第二伸缩支杆与滑动装置固定连接的撑靴装置，向靠近掌子面围岩17的方向前进，完成一次撑靴换步。
在本发明的其他实施例中，二级护盾5还可设置在主梁12外周的其他方向，与岩爆区域保持至即可实现对岩爆的快速控制。
还包括锚网储存系统3；锚网储存系统3沿周向设置在一级护盾2内侧，锚网储存系统3的周向铺设范围覆盖二级护盾5的周向支撑范围，锚网储存系统3用于储存锚网19，锚网储存系统3至少具备一个锚网自由端，锚网自由端经由一级护盾2的后侧伸入二级护盾5与隧道内壁之间，并通过二级护盾5顶升后，固定在隧道内壁，锚网储存系统3与二级护盾5顶升配合，实现沿隧道轴向的锚网19自动铺设。
在本发明的具体实施例中，在主梁12正上方，沿一级护盾2内周方向固定/可拆设置三个锚网储存系统3，具体可根据实际地质条件、锚网储存系统3尺寸确定所需锚网储存系统3数量，三个锚网储存系统3的整体沿隧道内壁的周向铺设范围与二级护盾5沿隧道内壁的周向支撑范围一致，为主梁12正上方，隧道拱顶方向的150°范围；锚网储存系统3为筒状结构，锚网19卷套在锚网储存系统3上形成锚网19卷筒，锚网储存系统3通过固定架周向设置在一级护盾2内壁的正上方，固定架为杆状结构，一端固定/可拆连接在一级护盾2内侧壁，另一端沿垂直于主梁12轴线的方向水平延伸，锚网19卷筒套设在固定架上，锚网19卷筒具备一个锚网自由端，锚网自由端经由一级护盾2的后侧伸入二级护盾5与隧道内壁之间，并通过二级护盾5顶升后，通过粘结或者锚杆固定在隧道内壁。随着TBM系统的不断推进，卷套在锚网储存系统3上的锚网19，在固定在隧道内壁的锚网自由端产生的反向拉力作用下，在固定架上自行滚动展开，实现锚网19的自动释放，为新揭露的，位于岩爆区域的隧道围岩17快速提供支护，进一步提升岩爆控制的效果。
在本发明的其他实施例中，锚网储存系统3还可为一侧设有开口的箱体结构，锚网19储存在箱体结构内部，锚网自由端从箱体结构的开口处伸出。
在本发明的其他实施例中，锚网储存系统3直接沿周向固定、可拆设置在一级护盾2内壁或者主梁12外周。
还包括锚杆钻机系统；锚杆钻机系统设置在锚网储存系统3后侧，锚杆钻机系统可周向旋转地设置在主梁12外周，锚杆钻机系统穿过锚网19后，对隧道内壁进行锚固。
在本发明的具体实施例中，锚网19钻机系统包括三套锚杆钻机装置，具体可根据实际地质条件确定锚杆钻机装置数量。三套锚杆钻机装置通过固定设置在主梁12外周的齿环11，进行旋转运动，随着TBM系统掘进的进行，锚杆钻机系统对一定范围内的隧道内壁进行周向钻孔作业，进行NPR锚杆/锚索9的安装，通过设置多台锚杆钻机同时钻孔，缩短钻孔作业时间，并配合锚网储存系统3，实现快速、有效的支护。
NPR锚杆/锚索9穿过锚网19、伸入钻孔内部锚固后，在NPR锚杆/锚索9末端安装托盘、锁具，进而将锚网19固定在隧道内壁，再对NPR锚杆/锚索9进行反向张拉，进行预应力施加，以此形成“NPR锚杆/锚索9+锚网19耦合支护”的岩爆主动防护体系。
锚杆钻机系统设置在二级护盾5下方，二级护盾5周向设置有多个安装孔，锚杆钻机系统通过多个安装孔对隧道内壁进行锚固。
在本发明的具体实施例中，三套锚杆钻机装置及齿环11设置在二级护盾5下方，二级护盾5周向设置多个安装孔，三套锚杆钻机装置通过安装孔可对新揭露的隧道内壁围岩17进行及时支护，进一步提高了支护效率，加强岩爆防治效果。
在实际隧道掘进过程中，完成NPR锚杆/锚索9安装后，及时进行二级护盾5径向收缩，以为NPR锚杆/锚索9尾部留出活动空间，防止对安装完成后NPR锚杆/锚索9造成破坏。
为进一步提高岩爆防治效果，实现对岩爆区域的针对性的、快速及时地支护，设置锚杆钻机系统的周向锚固范围、二级护盾5的周向延伸范围、锚网储存系统3的周向铺设范围保持一致。
在本发明的具体实施例中，锚杆钻机系统沿隧道内壁的周向锚固范围、二级护盾5沿隧道内壁的周向延伸范围、锚网储存系统3沿隧道内壁的周向铺设范围均为隧道拱顶150°的区域，与确定的岩爆区域保持一致。
沿所述主梁12的轴向依次设置多个锚杆钻机系统；多个锚杆钻机系统沿主梁12轴向，由前至后依次为第一锚杆钻机系统4、第二锚杆钻机系统7、第三锚杆钻机系统8；第一锚杆钻机系统4的周向锚固范围、二级护盾5的周向延伸范围、锚网储存系统3的周向铺设范围保持一致；第二锚杆钻机系统7、第三锚杆钻机系统8的周向锚固范围大于第一锚杆钻机系统4的周向锚固范围。
在本发明的具体实施例中，沿主梁12轴向，由前至后，依次设置三套锚杆钻机系统，分别为第一锚杆钻机系统4、第二锚杆钻机系统7、第三锚杆钻机系统8，三套锚杆钻机系统均分别包括三套锚杆钻机装置，第一锚杆钻机系统4沿隧道内壁的周向锚固范围为隧道拱顶位置的150°，用于针对性的对岩爆区域进行快速支护，第二锚杆钻机系统7及第三锚杆钻机系统8的锚固范围为隧道拱顶位置的280°，用于完善、加强对隧道内壁整体的锚固效果，三套锚杆钻机系统分区平行作业，形成“三区、九套锚杆钻机装置平行作业”的快速锚固体系。
在本发明的其他实施例中，第一锚杆钻机系统4、第二锚杆钻机系统7与第三锚杆钻机系统8沿隧道内壁的周向锚固范围沿主梁轴向，逐渐增加。
为避免锚杆钻机系统作业与隧道掘进作业冲突，二者无法同时作业，进而影响工作效率，设置锚杆钻机系统可沿主梁12轴向移动，具体地，锚杆钻机系统在齿环11上，通过轮槽配合进行沿主梁12的轴向移动，以在隧道掘进作业的同时，通过人工操控锚杆钻机系统轴向移动，保持钻杆钻机装置与待钻孔位位置相对静止，待钻孔作业完成后，再通过人工操控锚杆钻机系统轴向移动至下一待钻孔位。
在本发明的具体实施例中，锚杆钻机装置钻孔速度为3m/min，隧道掘进作业速度为10m/天。
锚网19内侧周向设置有连接带，锚杆钻机系统依次穿过连接带、锚网19后，对隧道内壁进行锚固。
在本发明的具体实施例中，连接带为W型钢带20，由可冷加工变形的冷轧或热轧纵切钢卷板或钢带在连续辊压式或冲压式冷弯组上生产而成，用于将沿隧道内壁周向上分散的NPR锚杆/锚索9连接起来，形成整体承载结构，NPR锚杆/锚索9依次穿过W型钢带20、锚网19后深入钻孔内部进行锚固，然后在NPR锚杆/锚索9末端安装托盘、锁具，继而将W型钢带20、锚网19固定在隧道内壁，再对NPR锚杆/锚索9进行反向张拉，进行预应力施加，以此形成“NPR锚杆/锚索9+W型钢带20+锚网19耦合支护”的岩爆主动防护体系。
还包括喷浆系统16，喷浆系统16设置在锚杆钻机系统后侧，喷浆系统16可轴向移动的设置在主梁12上，通过喷射浆液对锚固后的隧道内壁进行二次加固。
在本发明的具体实施例中，喷浆系统16通过滚轮与滑槽配合或伸缩杆件实现沿主梁12轴向的移动，通过喷浆系统16在主梁12上的轴向移动，对完成锚固后的隧道内壁拱顶180°位置喷射混凝土浆液，形成混凝土层18，完成二次加固处理，强化防护效果，美化隧道内壁。
还包括监测系统，具体地，包括安装于NPR锚杆/锚索9尾端的测力计，安装于一级护盾2上沿的压力盒，安装于一级护盾2下沿的应变计，分别对NPR锚杆/锚索9受力、围岩17受力和护盾受力进行实时监测，实现动态调整TBM系统的隧道掘进参数和支护方法参数。
一种适用于TBM系统的施工方法，包括：
步骤S01：回收支撑系统，推进系统推进TBM系统向掌子面方向前进；
步骤S02：刀盘1破碎掌子面围岩17；
步骤S03：二级护盾5伸展为与一级护盾2相同直径的尺寸，一级护盾2与二级护盾5共同支撑隧道内壁，当围岩17变形过大，造成TBM系统卡机，回收二级护盾5，完成变形围岩17清理后，再次将二级护盾5伸展为一级护盾2相同直径的尺寸；
步骤S04：完成一个掘进行程后，支撑系统支撑隧道内壁，推进系统向掌子面方向前进；
步骤S05：重复步骤S01-S04进行下一个行程的掘进，直至隧道贯通。
步骤S01具体包括：
步骤S011：根据现场已有岩爆发生部位统计分析、微震监测定位岩爆发生部位、地应力分析和数值模拟等方法，预测待掘进隧道的岩爆区域以及岩爆烈度；
步骤S012：根据岩爆区域确定二级护盾5的周向支撑范围、第一锚杆钻机系统4的周向锚固范围以及锚网储存系统3的周向铺设范围，根据岩爆烈度确定待钻孔位、钻孔数量；
步骤S013：撑靴装置通过第二伸缩支杆径向伸展支撑在隧道内壁，推进油缸13以支撑在隧道内壁的撑靴装置为支撑进行伸展，为TBM系统提供推进动力，推进TBM系统向掌子面方向前进；
步骤S03具体包括：
步骤S031：二级护盾5伸展为与一级护盾2相同直径的尺寸，一级护盾2与二级护盾5共同支撑隧道内壁，当围岩17变形过大，造成TBM系统卡机，回收二级护盾5，完成变形围岩17清理后，再次将二级护盾5伸展为一级护盾2相同直径的尺寸；
步骤S032：设置在一级护盾2内侧的锚网储存系统3的锚网自由端，经由一级护盾2后侧伸入二级护盾5与隧道内壁之间，并在二级护盾5的顶升作用下紧贴隧道内壁，三套锚杆钻机系统绕隧道内壁周向旋转进行钻孔，安装NPR锚杆/锚索9，锚网自由端进而被NPR锚杆/锚索9固定在隧道内壁，随着TBM系统的推进，储存在锚网储存系统3中的锚网19，在固定在隧道内壁的锚网自由端产生的反向拉力作用下，自动释放，并继续在二级护盾5的顶升作用及锚杆钻机系统的固定下，沿隧道轴向自动铺设在隧道内壁上。
步骤S04具体为：完成一个掘进行程后，支撑装置通过第三伸缩支杆径向伸展支撑隧道围岩17内壁，撑靴装置通过第二伸缩支杆径向收缩，推进油缸13收缩，进而带动通过第二伸缩支杆与滑动装置固定连接的撑靴装置，向靠近掌子面围岩17的方向前进，完成一次撑靴换步。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，包括：主梁、以及设置在主梁上的刀盘、梯级护盾系统、推进系统、支撑系统；
所述刀盘可中心旋转地设置在主梁前端，用于破碎掌子面围岩，所述刀盘、主梁同轴设置；
所述梯级护盾系统包括一级护盾、二级护盾，用以支撑围岩，所述一级护盾设置在刀盘后侧并固定套设在主梁外周，所述二级护盾设置在一级护盾后侧并可径向伸缩地设置在主梁外周；
所述推进系统与所述支撑系统配合为TBM系统提供推进动力；
所述二级护盾的周向支撑范围与岩爆区域保持一致。
2.如权利要求1所述的一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，还包括锚网储存系统；
所述锚网储存系统周向设置在所述一级护盾内侧，所述锚网储存系统的周向铺设范围覆盖二级护盾的周向支撑范围，所述锚网储存系统用于储存锚网，所述锚网储存系统至少具备一个锚网自由端，所述锚网自由端经由所述一级护盾的后侧伸入所述二级护盾与隧道内壁之间；
所述锚网储存系统与二级护盾顶升配合，沿隧道轴向的锚网自动铺设。
3.如权利要求2所述的一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，还包括锚杆钻机系统；
所述锚杆钻机系统设置在所述锚网储存系统后侧，所述锚杆钻机系统可周向旋转地设置在主梁外周，所述锚杆钻机系统穿过锚网后，对隧道内壁进行锚固。
4.如权利要求3所述的一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，所述锚杆钻机系统设置在所述二级护盾下方，所述二级护盾周向设置有多个安装孔，所述锚杆钻机系统通过所述多个安装孔对隧道内壁进行锚固。
5.如权利要求3所述的一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，所述锚杆钻机系统的周向锚固范围、二级护盾的周向延伸范围、锚网储存系统的周向铺设范围保持一致。
6.如权利要求5所述的一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，沿所述主梁的轴向依次设置多个锚杆钻机系统；
所述多个锚杆钻机系统沿主梁轴向，由前至后依次为第一锚杆钻机系统、第二锚杆钻机系统、第三锚杆钻机系统；
所述第一锚杆钻机系统的周向锚固范围、二级护盾的周向延伸范围、锚网储存系统的周向铺设范围保持一致；
所述第二锚杆钻机系统、第三锚杆钻机系统的周向锚固范围大于第一锚杆钻机系统的周向锚固范围。
7.如权利要求3所述的一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，所述锚杆钻机系统可沿主梁轴向移动。
8.如权利要求3所述的一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，所述锚网内侧周向设置有连接带，所述锚杆钻机系统依次穿过连接带、锚网后，对隧道内壁进行锚固。
9.如权利要求8所述的一种岩爆控制型TBM系统，其特征在于，还包括喷浆系统，所述喷浆系统设置在所述锚杆钻机系统后侧，所述喷浆系统可轴向移动的设置在主梁上，通过喷射浆液对锚固后的隧道内壁进行二次加固。
10.一种适用于如权利要求1-9任一所述的岩爆控制型TBM系统的施工方法，其特征在于，包括：
步骤S01：回收支撑系统，推进系统推进TBM系统向掌子面方向前进；
步骤S02：刀盘破碎掌子面围岩；
步骤S03：二级护盾伸展为与一级护盾相同直径的尺寸，一级护盾与二级护盾共同支撑隧道内壁，当围岩变形过大，造成TBM系统卡机，回收二级护盾，完成变形围岩清理后，再次将二级护盾伸展为一级护盾相同直径的尺寸；
步骤S04：完成一个掘进行程后，支撑系统支撑隧道内壁，推进系统向掌子面方向前进；
步骤S05：重复步骤S01-S04进行下一个行程的掘进，直至隧道贯通。
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