实现卡机脱困的组合式TBM及卡机脱困掘进方法技术

一种实现卡机脱困的组合式TBM及卡机脱困掘进方法，涉及隧道及地下工程施工领域。实现卡机脱困的组合式TBM包括拖车，掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，扩挖TBM包围在超前TBM外侧，拖车可将掘进的超前TBM拽回，该实现卡机脱困的组合式TBM实现超前TBM与扩挖TBM组合开挖形式，提高了TBM深部地下洞室开挖的灵活性及安全性，且有利于极端条件下的TBM脱困，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。卡机脱困掘进方法的超前TBM开挖超前导洞，能有效降低扩挖TBM正洞开挖遭遇卡机风险，超前TBM卡机人工脱困和自主脱困方法，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。

【技术实现步骤摘要】
实现卡机脱困的组合式TBM及卡机脱困掘进方法
本专利技术涉及隧道及地下工程施工领域，具体而言，涉及一种实现卡机脱困的组合式TBM(TunnelBoringMachine，全断面隧道掘进机)及卡机脱困掘进方法。
技术介绍
近年来，我国隧道建设如火如荼，其中采用全断面隧道掘进机TBM施工的比例越来越高。TBM是一种利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩掘进，形成整个隧道断面的新型、先进的隧道施工机械。与传统的钻爆法施工相比，TBM具有掘进效率高，成洞质量高，围岩扰动小等优点。且搭载于TBM上的超前探测系统，能及时收集前方数据，通过分析数据进行地质预报及计算围岩变形等，可在一定程度上保证隧道的施工与机械安全，为隧道信息化施工提供一定的地质依据。岩石在承受外界荷载的过程中，当达到一个临界的变形水平之后，在将要形成破裂面的局部区，发生强烈的变形集中，使原来均匀的或近似均匀的变形场变成极不均匀，表现为变形在不连续发展，称之为变形局部化现象。TBM对地质条件的适应性较差，在复杂地质条件下，围岩发生局部变形，常遇到断层、破碎带、溶洞、强岩爆、软弱大变形、超长、超大埋深不良地质因素，也往往会造成TBM机械被卡、被埋甚至机械报废的严重事故，不得不停止掘进而进行卡机脱困。目前深部地下洞室开挖主要采用分部开挖法，工程上常采用钻爆法与TBM相结合的施工方案，而对于TBM，机械系统过于庞大，由于自身结构的限制，施工支护的灵活性较差，常造成卡机，耽误工期，甚至造成机器损毁，而且目前的支护手段是否能有效防止围岩大变形、岩爆等灾害仍尚未可知。有鉴于此，需要设计出一种能有效解决TBM在软弱、岩爆等地层施工时遭遇的卡机问题，快速脱困，提高破岩效率的TBM卡机脱困方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实现卡机脱困的组合式TBM，其实现超前TBM与扩挖TBM组合开挖形式，提高了TBM深部地下洞室开挖的灵活性及安全性，且有利于极端条件下的TBM自主脱困，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。本专利技术的另一目的在于提供一种卡机脱困掘进方法，超前TBM开挖超前导洞，能有效降低扩挖TBM正洞开挖遭遇卡机风险，超前TBM卡机人工脱困和超前TBM卡机自主脱困方法，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。本专利技术的实施例是这样实现的：一种实现卡机脱困的组合式TBM，其包括拖车，掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，超前TBM沿组合式TBM的中轴线设置，扩挖TBM包围在超前TBM外侧，超前TBM和扩挖TBM之间预留间隙，拖车可将掘进的超前TBM拽回。在本专利技术较佳的实施例中，上述扩挖TBM的掘进面包围在超前TBM的掘进面的外侧，超前TBM的刀盘Ⅰ呈圆盘形，扩挖TBM的刀盘Ⅱ呈圆环形，扩挖TBM的刀盘Ⅱ包围在超前TBM的刀盘Ⅰ的外侧。在本专利技术较佳的实施例中，上述超前TBM或扩挖TBM的外侧套设有封闭的可伸缩式护盾，可伸缩式护盾与对应的超前TBM或扩挖TBM之间设置有油压缸。在本专利技术较佳的实施例中，上述超前TBM包括沿掘进方向连接设置的刀盘Ⅰ和旋转驱动Ⅰ，以及推进油缸Ⅰ，刀盘Ⅰ上安装有刀具，旋转驱动Ⅰ用于驱动刀盘Ⅰ旋转破岩，推进油缸Ⅰ用于推进刀盘Ⅰ；扩挖TBM包括沿掘进方向连接设置的刀盘Ⅱ和旋转驱动Ⅱ，以及推进油缸Ⅱ，刀盘Ⅱ上安装有刀具，旋转驱动Ⅱ用于驱动刀盘Ⅱ旋转破岩，推进油缸Ⅱ用于推进刀盘Ⅱ。在本专利技术较佳的实施例中，上述超前TBM还包括设置于旋转驱动Ⅰ外侧的外机架Ⅰ和设置于外机架Ⅰ后方的外机架上撑靴Ⅰ，推进油缸Ⅰ的两端分别连接外机架Ⅰ和外机架上撑靴Ⅰ；扩挖TBM还包括设置于旋转驱动Ⅱ外侧的外机架Ⅱ和设置于外机架Ⅱ后方的外机架上撑靴Ⅱ，推进油缸Ⅱ的两端分别连接外机架Ⅱ和外机架上撑靴Ⅱ。在本专利技术较佳的实施例中，上述刀盘Ⅰ后设置有铲斗Ⅰ用于铲起经刀盘Ⅰ破碎的岩渣，铲斗Ⅰ下方设置有皮带运输机Ⅰ用于将岩渣输送出去；刀盘Ⅱ后设置有铲斗Ⅱ用于铲起经刀盘Ⅱ破碎的岩渣，铲斗Ⅱ下方设置有皮带运输机Ⅱ用于将岩渣输送出去。在本专利技术较佳的实施例中，上述超前TBM上搭载有用于对掌子面前方钻掘超前钻孔的地质钻机，用于向掌子面前方喷水的喷水装备。在本专利技术较佳的实施例中，上述地质钻机包括钻杆和电机，电机驱动钻杆转动，对掌子面前方钻掘超前钻孔。在本专利技术较佳的实施例中，上述喷水装备包括水泵、水管、喷头、喷嘴和止水阀，水管的两端分别连接水泵和喷头，喷头上设置有喷嘴，喷头可以伸入超前钻孔内。一种基于上述的实现卡机脱困的组合式TBM的卡机脱困掘进方法，其包括以下步骤：S1、将超前TBM和扩挖TBM的掘进面齐平并对准待开挖洞室位置；S2、固定扩挖TBM的位置，启动超前TBM，使超前TBM向前掘进一个行程，停止超前TBM；在超前TBM掘进的过程中，若超前TBM遭遇卡机，立刻停止超前TBM，判断卡机原因，若为岩爆坍塌造成的卡机，将超前TBM与后方的拖车连接，由拖车将超前TBM拽回实现人工脱困，再对超前洞室进行出渣、支护处理；若为围岩大变形造成的卡机，对围岩进行超前支护后，启动扩挖TBM，使扩挖TBM向前掘进至与超前TBM齐平的位置实现自主脱困，再重复步骤S2；S3、启动扩挖TBM，使扩挖TBM向前掘进一个行程；S4、重复步骤S1-S3，直至完成洞室开挖。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例的实现卡机脱困的组合式TBM包括拖车，掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，超前TBM沿组合式TBM的中轴线设置，扩挖TBM包围在超前TBM外侧，超前TBM和扩挖TBM之间预留间隙，拖车可将掘进的超前TBM拽回，该实现卡机脱困的组合式TBM实现超前TBM与扩挖TBM组合开挖形式，提高了TBM深部地下洞室开挖的灵活性及安全性，且有利于极端条件下的TBM脱困，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。本专利技术实施例的卡机脱困掘进方法的超前TBM开挖超前导洞能避免扩挖TBM正洞开挖遭遇卡机、超前TBM卡机人工脱困和超前TBM卡机自主脱困，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种实现卡机脱困的组合式TBM在超前TBM工作时的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种实现卡机脱困的组合式TBM在扩挖TBM工作时的结构示意图；图3为图1所示的实现卡机脱困的组合式TBM在使用地质钻机进行钻掘超前钻孔时的结构示意图；图4为图1所示的实现卡机脱困的组合式TBM在使用喷水装备进行水力压裂处理时的结构示意图。图标：100-组合式TBM；110-超前TBM；111-刀盘Ⅰ；112-旋转驱动Ⅰ；113-推进油缸Ⅰ；114-外机架Ⅰ；115-外机架上撑靴Ⅰ；116-铲斗Ⅰ；117-皮带运输机Ⅰ；120-扩挖TBM；121-刀盘Ⅱ；122-旋转驱动Ⅱ；123-推进油缸Ⅱ；124-外机架Ⅱ；125-外机架上撑靴Ⅱ；126-铲斗Ⅱ；127-皮带运输机Ⅱ；130-可伸缩式护盾；137-油压缸；138本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现卡机脱困的组合式TBM，其特征在于，其包括拖车，掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，所述超前TBM沿组合式TBM的中轴线设置，所述扩挖TBM包围在所述超前TBM外侧，所述超前TBM和所述扩挖TBM之间预留间隙，所述拖车可将掘进的所述超前TBM拽回。

【技术特征摘要】
1.一种实现卡机脱困的组合式TBM，其特征在于，其包括拖车，掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，所述超前TBM沿组合式TBM的中轴线设置，所述扩挖TBM包围在所述超前TBM外侧，所述超前TBM和所述扩挖TBM之间预留间隙，所述拖车可将掘进的所述超前TBM拽回。2.根据权利要求1所述的实现卡机脱困的组合式TBM，其特征在于，所述扩挖TBM的掘进面包围在所述超前TBM的掘进面的外侧，所述超前TBM的刀盘Ⅰ呈圆盘形，所述扩挖TBM的刀盘Ⅱ呈圆环形，所述扩挖TBM的刀盘Ⅱ包围在所述超前TBM的刀盘Ⅰ的外侧。3.根据权利要求1所述的实现卡机脱困的组合式TBM，其特征在于，所述超前TBM或所述扩挖TBM的外侧套设有封闭的可伸缩式护盾，所述可伸缩式护盾与对应的超前TBM或所述扩挖TBM之间设置有油压缸。4.根据权利要求1所述的实现卡机脱困的组合式TBM，其特征在于，所述超前TBM包括沿掘进方向连接设置的刀盘Ⅰ和旋转驱动Ⅰ，以及推进油缸Ⅰ，所述刀盘Ⅰ上安装有刀具，所述旋转驱动Ⅰ用于驱动所述刀盘Ⅰ旋转破岩，所述推进油缸Ⅰ用于推进所述刀盘Ⅰ；所述扩挖TBM包括沿掘进方向连接设置的刀盘Ⅱ和旋转驱动Ⅱ，以及推进油缸Ⅱ，所述刀盘Ⅱ上安装有刀具，所述旋转驱动Ⅱ用于驱动所述刀盘Ⅱ旋转破岩，所述推进油缸Ⅱ用于推进所述刀盘Ⅱ。5.根据权利要求4所述的实现卡机脱困的组合式TBM，其特征在于，所述超前TBM还包括设置于所述旋转驱动Ⅰ外侧的外机架Ⅰ和设置于外机架Ⅰ后方的外机架上撑靴Ⅰ，所述推进油缸Ⅰ的两端分别连接所述外机架Ⅰ和所述外机架上撑靴Ⅰ；所述扩挖TBM还包括设置于所述旋转驱动Ⅱ外侧的外机架Ⅱ和设置于外机架Ⅱ后方的外机架上撑靴Ⅱ，所述推进油缸Ⅱ的两端分别连接所述外机架Ⅱ和所述外机架上撑靴Ⅱ。6.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢景景，龚春艳，周辉，张传庆，高阳，杨凡杰，朱勇，杨艳霜，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42