CN120291891A - 一种tbm隧道底部虚渣清理方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TBM隧道底部虚渣清理方法与装置，包括清渣装置，清渣装置包括三坡式铲头、主仓体和顶进系统，其中：主仓体，其为上部敞口的拱形腔体结构；在主仓体的后侧壳体上安装有顶进系统；顶进系统包括多根长程液压油缸，各根长程液压油缸同步伸长，且后端用于顶在已安装好的预制仰拱块的前侧壁作为支撑，在伸长过程中，反作用力顶推清渣装置向前移动；三坡式铲头，其后端与主仓体的前端轴向连接；三坡式铲头在向前移动过程中，用于推动铲起虚渣，在清理装置的后方与已安装好的预制仰拱块形成一待安装预制仰拱块的空间。通过顶推铲渣，并传送至料斗吊出，实现了TBM隧道底部虚渣的快速清理，并节省大量人力。

Description

一种TBM隧道底部虚渣清理方法与装置

技术领域

本发明属于隧道工程施工技术领域，具体涉及一种TBM隧道底部虚渣清理方法与装置。

背景技术

TBM(隧道掘进机)进行隧道掘进具有施工安全性高、掘进速度快、劳动强度低等显著优势。在TBM隧道在硬岩地层掘进过程中，由于高地应力引发的大变形和岩爆问题，导致刀盘后方裸露围岩松动掉块掉渣，在隧底形成虚渣，在安装预制仰拱块之前必须清理干净；同时，由于TBM成套设备机型设计紧凑，净空空间狭小，往往需要7-8人在40分钟以内快速进行人工清理，以确保及时安装预制仰拱块，后续施工及时跟进，与掘进速度相匹配。

发明内容

本发明的目的是提供一种TBM隧道底部虚渣清理方法与装置，通过顶推铲渣，并传送至料斗吊出，实现了TBM隧道底部虚渣的快速清理，并节省大量人力。

本发明采用以下技术方案：一种TBM隧道底部虚渣清理装置，其特征在于，包括清渣装置，清渣装置包括三坡式铲头、主仓体和顶进系统，其中：

主仓体，其为上部敞口的拱形腔体结构，其中，其下底板为向下底部凸起的拱形，且下底板左右向设置；在主仓体的后侧壳体上安装有顶进系统；

顶进系统包括多根长程液压油缸，各根长程液压油缸的前端与主仓体的后侧壳体垂直相连接，多根长程液压油缸沿主仓体的后侧壳体外轮廓间隔排布；

各根长程液压油缸同步伸长，且后端用于顶在已安装好的预制仰拱块的前侧壁作为支撑，在伸长过程中，反作用力顶推清渣装置向前移动；

三坡式铲头，其后端与主仓体的前端轴向连接，其上壁面由前到后为前端低后端高的纵向斜坡状，且上壁面的后端与主仓体的上端相平齐；其下壁面为拱形，与隧道开挖洞室的底部内轮廓面相贴合；三坡式铲头在向前移动过程中，用于推动铲起虚渣，在清理装置的后方与已安装好的预制仰拱块形成一待安装预制仰拱块的空间。

进一步地，该三坡式铲头的上壁面在左右向分为三个区，中间区域开设有后端贯通的长方形的凹槽，在凹槽的左右两侧为空间斜坡；

凹槽内设置有与其走向相一致的传送皮带，传送皮带可在凹槽内前后滑动，用于将铲起的虚渣输送至后端主仓体。

进一步地，左右侧的空间斜坡的靠近凹槽侧低，形成外侧边高，靠近凹槽侧低的斜面，其中靠近凹槽侧未内侧，远离凹槽侧为外侧。

进一步地，在主仓体内设置有虚渣料斗，虚渣料斗的形状与主仓体内腔的形状相一致；其上端边沿低于主仓体的上端边沿。

本发明还公开了上述的一种TBM隧道底部虚渣清理装置的虚渣清理方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1、清理装置就位：

在已安装第一预制仰拱块的隧道开挖洞室内，将第一预制仰拱块前的隧道开挖洞室的底部清理干净，将清渣装置放置于清理后的底部；

步骤S2、铲前预备：

集成控制板控制传送皮带向后上方滑动，使传送皮带后端头伸入到虚渣料斗内；

步骤S3、顶推铲渣：

各根长程液压油缸在集成控制板的控制下，向后伸长，后端部顶在已安装的第一预制仰拱块的前侧壁上，各根长程液压油缸持续向后伸长，产生向前的反作用力，顶推清渣装置整体前进，三坡式铲头向前移动，推动并铲起前方虚渣，直至清渣装置向前移动的空间满足安装第二仰拱预制块为止，铲起的虚渣汇聚在传送皮带上；

步骤S4、虚渣入斗：

传送皮带向后上方移动，将三坡式铲头铲起的虚渣运送至虚渣料斗内；运送完毕后，传送皮带停止；

步骤S5、安装第二仰拱预制块：

集成控制板控制各根长程液压油缸向前收缩，通过吊装，将第二仰拱预制块安装于清渣装置后的空间内，且紧贴于第一仰拱预制块；

步骤S6、重复步骤S3-S5，安装下一个仰拱预制块，直至完成仰拱预制块的安装。

本发明的有益效果是：1.在隧道开挖洞室的底部设置三坡式铲头，三坡式铲头在向前移动的过程中，铲起前方的虚渣，不再需要人工铲起，节约了人力，提高了隧底虚渣的清理速度。2.三坡式铲头铲起的虚渣通过传送皮带输送至虚渣料斗内，无需人工参与，节约了人力。3.通过顶进系统与已安装的预制仰拱块相配合，为清理装置提供向前移动的动力，不需要额外设置行进轨道及动力系统，适合于复杂的施工现场。4.连续快速地在清理装置的后方与已安装好的预制仰拱块形成一待安装预制仰拱块的空间，能够快速安装保证了预制仰拱块，实现了快速连贯施工。

附图说明

图1为TBM隧道底部虚渣清理装置的整体示意图；

图2为TBM隧道底部虚渣清理装置的分解示意图；

图3为TBM隧道底部虚渣清理装置的组装透视图；

图4为TBM隧道底部虚渣清理装置的实施示意图一；

图5为TBM隧道底部虚渣清理装置的实施示意图二；

图6为TBM隧道底部虚渣清理装置的实施示意图三；

图7为TBM隧道底部虚渣清理装置的实施示意图四；

图8为TBM隧道底部虚渣清理装置的实施示意图五。

其中：1.清渣装置；1-1.三坡式铲头；1-2.传送皮带；1-3.主仓体；1-4.虚渣料斗；1-5.顶进系统；1-6.集成控制板；2.虚渣；3.预制仰拱块；3-1.第一预制仰拱块；3-2.第二预制仰拱块；4.隧道开挖洞室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

在隧道开挖过程种，TBM刀盘后方裸露围岩松动掉落的渣块，在隧道底部堆积形成虚渣2，影响预制仰拱块3的安装，需快速及时清理。预制仰拱块3为向下凸起的拱形块，拱形块的上壁面为水平状平面，拱形块的下壁面为弧形面，弧形面与隧道开挖洞室4轮廓匹配，用于快速形成隧道底部的填充，形成平整地面。第一预制仰拱块3-1和第二预制仰拱块3-2代表先后安装的仰拱块。隧道开挖洞室4为TBM设备掘进形成的地下洞室，横截面为正圆形。虚渣2并未压实，所以才能铲起。

本发明公开了一种TBM隧道底部虚渣清理装置，如图1-3所示，包括：清渣装置1，所述清渣装置1包括：三坡式铲头1-1、传送皮带1-2、主仓体1-3、虚渣料斗1-4、顶进系统1-5和集成控制板1-6，其中：

所述主仓体1-3，其为上部敞口的拱形腔体结构，其中，其下底板为向下底部凸起的拱形，且下底板左右向设置；在所述主仓体1-3的后侧壳体上安装有顶进系统1-5。

虚渣料斗1-4，设置于所述主仓体1-3内，且其形状与所述主仓体1-3相一致，其上端边沿低于所述主仓体1-3的上端边沿；所述虚渣料斗1-4的位于凹槽处的上边沿设有矩形缺口，与传送皮带1-2的横截面尺寸向匹配，在传送皮带1-2滑动时，后端卡在矩形缺口上，伸入虚渣料斗1-4内；虚渣料斗1-4顶部四角设置吊把，用于连接吊绳起吊。

三坡式铲头1-1，位于主仓体1-3的前端，其后端与主仓体1-3的前端轴向连接，其上壁面由前到后为前端低后端高的纵向斜坡状，且上壁面的后端与主仓体1-3的上端相平齐；其下壁面为拱形，与隧道开挖洞室4的底部内轮廓面相贴合；三坡式铲头1-1的前端为向前凸起的圆弧状。三坡式铲头1-1在向前移动过程中，用于推动铲起虚渣2，在清理装置的后方与已安装好的预制仰拱块3形成一待安装预制仰拱块的空间。三坡式铲头1-1倾斜的角度为35°左右，以方便铲起虚渣2。在铲起虚渣2的过程中，并不是要完全铲起，不能铲起的虚渣2，在被推动向前移动，其目的均是为了在主仓体1-3的后方形成底部地面干净的区域，以能快速安装预制仰拱块3。

三坡式铲头1-1的上壁面在左右向分为三个区，中间区域开设有后端贯通的长方形的凹槽，在凹槽的左右两侧为空间斜坡。凹槽内设置有与其走向相一致的传送皮带1-2；传送皮带1-2可在凹槽内前后滑动。左右两侧的所述空间斜坡的外侧高，靠近凹槽侧低，即均向凹槽侧倾斜，使铲起的虚渣向凹槽侧聚拢。其中靠近凹槽侧未内侧，远离凹槽侧为外侧。空间斜坡的倾斜角度设置为10°左右，空间斜坡铲起的虚渣会朝向传送皮带1-2聚拢。

传送皮带1-2为常规的框架、滚轴和皮带的组成设计，具体地，采用伸缩式的输送带，其前端为固定段，后端滑动段与前端固定段滑动连接，当向后输送铲起的虚渣2时，滑动段向后滑动，后端搭在矩形缺口上，并伸入虚渣料斗1-4内，将铲起的虚渣2输送至虚渣料斗1-4。传送皮带1-2可在集成控制板1-6的控制下，在凹槽中滑移，用于将靠近底部的虚渣2传送运至高处，进入虚渣料斗1-4，从而节省人力，提升效率。

主仓体1-3为钢板焊接成型，与三坡式铲斗1-1连接为一个整体，其横断面尺寸形状与预制仰拱块3相同。

在主仓体1-3的后侧壳体上开设有多个孔洞，作为一个具体的实施例，可开设四个孔洞，四个孔洞在后侧壳体上，且沿外轮廓间隔排布，用于安装顶进系统1-5，所述顶进系统1-5包括四根长程液压油缸，各孔洞内安装一根长程液压油缸，各根长程液压油缸的后端设置扩大垫脚。各根长程液压油缸均与集成控制板1-6相连接。在集成控制板1-6的控制下，四根长程液压油缸同步伸长，顶在已安装好的预制仰拱块3上，产生反作用力，顶推清渣装置1整体前进。

集成控制板1-6采用脚踩按钮式控制板，可控制传送皮带1-2滑入或滑出，以及启动或停止，还用于控制顶进系统1-5的伸长或收缩。

本发明还公开了上述一种TBM隧道底部虚渣清理装置的清渣方法，如图4-8所示，该方法包括如下步骤：

步骤S1、清理装置就位：

在已安装第一预制仰拱块3-1的隧道开挖洞室4内，将所述第一预制仰拱块3-1前的隧道开挖洞室4的底部清理干净，且清理的空间足够放置清渣装置1，将清渣装置1放置于清理后的底部；

步骤S2、铲前预备：

集成控制板1-6控制传送皮带1-2向后上方滑动，使传送皮带1-2后端头伸入到虚渣料斗1-4内；

步骤S3、顶推铲渣：

各根长程液压油缸在集成控制板1-6的控制下，向后伸长，后端部顶在已安装的第一预制仰拱块3-1的前侧壁上，各根长程液压油缸持续向后伸长，产生向前的反作用力，顶推清渣装置1整体前进，三坡式铲头1-1推动并铲起前方虚渣，直至所述清渣装置1向前移动的空间满足安装第二仰拱预制块3-2为止，铲起的虚渣汇聚在传送皮带1-2上。

步骤S4、虚渣入斗：

集成控制板1-6控制传送皮带1-2向后上方移动，将三坡式铲头1-1铲起的虚渣2运送至虚渣料斗1-4内；运送完毕后，集成控制板1-6控制传送皮带1-2停止；

步骤S5、安装第二仰拱预制块3-2：

集成控制板1-6控制各根长程液压油缸向前收缩，通过吊装，将第二仰拱预制块3-2安装于清渣装置1后的空间内；

步骤S6、重复步骤S3-S5，安装下一个仰拱预制块，直至完成仰拱预制块的安装；

步骤S7、虚渣2外运：

安装多个仰拱预制块3后，虚渣料斗1-4内已存满虚渣2。

此时，集成控制板1-6控制传送皮带1-2“滑入”三坡式铲头1-1的坡面凹槽内，传送皮带1-2端头从虚渣料斗1-4撤回；用吊绳连接虚渣料斗1-4顶部四角的吊把，将虚渣料斗1-4吊起，外运虚渣2，清理完毕后将虚渣料斗1-4重新放置回主仓体1-3的中部凹坑内。

步骤S8、持续作业：

随着TBM隧道不断掘进，重复步骤S2-S7，不断进行虚渣2的清理和预制仰拱块3的安装工作。

本发明中采用一种TBM隧道底部虚渣清理装置的清渣方法，通过顶进系统1-5推进三坡式铲头1-1铲渣，然后通过传送皮带1-2将虚渣2运进虚渣料斗1-4最后吊出，提高了隧底虚渣2的清理速度。同时快速在清理装置的后方与已安装好的预制仰拱块3形成一待安装预制仰拱块的空间，能够快速安装保证了预制仰拱块，实现了快速连贯施工。

Claims (5)

1.一种TBM隧道底部虚渣清理装置，其特征在于，包括清渣装置(1)，所述清渣装置(1)包括三坡式铲头(1-1)、主仓体(1-3)和顶进系统(1-5)，其中：

所述主仓体(1-3)，其为上部敞口的拱形腔体结构，其中，其下底板为向下底部凸起的拱形，且下底板左右向设置；在所述主仓体(1-3)的后侧壳体上安装有顶进系统(1-5)；

所述顶进系统(1-5)包括多根长程液压油缸，各根所述长程液压油缸的前端与所述主仓体(1-3)的后侧壳体垂直相连接，多根所述长程液压油缸沿主仓体(1-3)的后侧壳体外轮廓间隔排布；

各根所述长程液压油缸同步伸长，且后端用于顶在已安装好的预制仰拱块(3)的前侧壁作为支撑，在伸长过程中，反作用力顶推清渣装置(1)向前移动；

所述三坡式铲头(1-1)，其后端与所述主仓体(1-3)的前端轴向连接，其上壁面由前到后为前端低后端高的纵向斜坡状，且上壁面的后端与所述主仓体(1-3)的上端相平齐；其下壁面为拱形，与隧道开挖洞室(4)的底部内轮廓面相贴合；所述三坡式铲头(1-1)在向前移动过程中，用于推动铲起虚渣(2)，在清理装置的后方与已安装好的预制仰拱块(3)形成一待安装预制仰拱块的空间。

2.如权利要求1所述的一种TBM隧道底部虚渣清理装置，其特征在于，所述三坡式铲头(1-1)的上壁面在左右向分为三个区，中间区域开设有后端贯通的长方形的凹槽，在所述凹槽的左右两侧为空间斜坡；

所述凹槽内设置有与其走向相一致的传送皮带(1-2)，所述传送皮带(1-2)可在凹槽内前后滑动，用于将铲起的虚渣(2)输送至后端主仓体(1-3)。

3.如权利要求2所述的一种TBM隧道底部虚渣清理装置，其特征在于，左右侧的所述空间斜坡的靠近凹槽侧低，形成外侧边高，靠近凹槽侧低的斜面。

4.如权利要求3所述的一种TBM隧道底部虚渣清理装置，其特征在于，再所述主仓体(1-3)内设置有虚渣料斗(1-4)，所述虚渣料斗(1-4)的形状与所述主仓体(1-3)内腔的形状相一致；其上端边沿低于所述主仓体(1-3)的上端边沿。

5.如权利要求1-4中任一项所述的一种TBM隧道底部虚渣清理装置的虚渣清理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤S1、清理装置就位：

在已安装第一预制仰拱块(3-1)的隧道开挖洞室(4)内，将所述第一预制仰拱块(3-1)前的隧道开挖洞室(4)的底部清理干净，将清渣装置(1)放置于清理后的底部；

步骤S2、铲前预备：

集成控制板(1-6)控制传送皮带(1-2)向后上方滑动，使传送皮带(1-2)后端头伸入到虚渣料斗(1-4)内；

步骤S3、顶推铲渣：

各根长程液压油缸在集成控制板(1-6)的控制下，向后伸长，后端部顶在已安装的第一预制仰拱块(3-1)的前侧壁上，各根长程液压油缸持续向后伸长，产生向前的反作用力，顶推清渣装置(1)整体前进，三坡式铲头(1-1)向前移动，推动并铲起前方虚渣，直至所述清渣装置(1)向前移动的空间满足安装第二仰拱预制块(3-2)为止，铲起的虚渣(2)汇聚在传送皮带(1-2)上；

步骤S4、虚渣(2)入斗：

所述传送皮带(1-2)向后上方移动，将所述三坡式铲头(1-1)铲起的虚渣(2)运送至虚渣料斗(1-4)内；运送完毕后，传送皮带(1-2)停止；

步骤S5、安装第二仰拱预制块(3-2)：

集成控制板(1-6)控制各根长程液压油缸向前收缩，通过吊装，将第二仰拱预制块(3-2)安装于清渣装置(1)后的空间内，且紧贴于第一仰拱预制块(3-1)；

步骤S6、重复步骤S3-S5，安装下一个仰拱预制块，直至完成仰拱预制块的安装。