一种双结构TBM及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种双结构TBM及其施工方法，包括周向设置有盾体推进油缸的护盾，护盾内通过盾体油缸连接有主驱动，主驱动的前部连接有刀盘，主驱动的后部连接有主梁，所述主梁上设置有喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元，喷锚支护掘进单元包括钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手，锚杆钻机的后方设置有主梁推进油缸，主梁推进油缸的前端铰接在主梁上、后端铰接有撑靴单元，撑靴单元沿主梁的轴线滑动设置，撑靴单元后方的主梁上滑动设置有后支撑单元，管片支护掘进单元包括管片拼装机，管片拼装机、钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手均设置在护盾的后方。本发明专利技术可以实现喷锚支护掘进模式与管片支护掘进模式的转换。

A TBM with Double Structure and Its Construction Method

The invention discloses a double structure TBM and its construction method, including a shield with a shield propulsion cylinder in circumference, a main drive connected through the shield cylinder in shield, a cutter head connected at the front part of the main drive, a main beam connected at the rear part of the main drive, a shotcrete bolt support tunneling unit and a segment support tunneling unit arranged on the main beam, and a shotcrete anchor support tunneling unit including a steel arch frame assembly. Installation machine, bolt drill machine and shotcrete manipulator, the rear of bolt drill machine is equipped with main girder propulsion cylinder, the front end of main girder propulsion cylinder is articulated on the main girder, and the rear end is articulated with shoe support unit, which slides along the axis of the main girder, and the back support unit is sliding on the main girder behind the shoe support unit. The segment support driving unit includes segment assembly machine, segment assembly machine and steel. Arch erector, anchor drill and shotcrete manipulator are all located behind the shield. The invention can realize the conversion of shotcrete-bolt support driving mode and segment support driving mode.

【技术实现步骤摘要】
一种双结构TBM及其施工方法
本专利技术涉及盾构机
，特别是指一种双结构TBM。
技术介绍
随着中国盾构事业的蓬勃发展，硬岩掘进机（简称TBM）的应用也越来越多，TBM可分为敞开式TBM和护盾式TBM。敞开式TBM由推进油缸为主机提供前进动力，通过撑靴撑紧洞壁，为推进油缸提供反力。敞开式采用喷锚支护方式，主要是安装钢拱架、钢筋排、锚杆、喷砼等。敞开式TBM盾体较短且可缩回，卡机风险较低。但在破碎围岩时，拱部落渣严重；易造成支护、清渣工作量大，撑靴无法直接撑紧破碎围岩，掘进效率大大降低。在岩爆地层掘进时，人员与设备裸露缺乏保护，安全风险较高。护盾式TBM由推进油缸为主机提供前进动力，管片为推进油缸提供反力。护盾式TBM采用管片支护方式。护盾式TBM由于盾体较长，卡机风险较高，尤其在大变形收敛地层掘进，卡机处理时间较长，影响掘进效率。由于地层结构复杂多样，单一结构形式的TBM无法满足施工需求，单一结构形式的TBM断层破碎密集带、软岩大变形地层、高应力岩爆地层等不良地质施工难度大，而且现有TBM无法灵活的在喷锚支护与管片支护之间进行切换。因此，任一种单一结构形式的TBM在面对情况复杂的围岩地质时，均有一定的局限性。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种双结构TBM，解决了现有TMB无法在岩爆、大变形、断层破碎带、蚀变岩等不良地质中完好适用的技术问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种双结构TBM，包括护盾，护盾的周向设置有盾体推进油缸，护盾内通过盾体油缸连接有主驱动，主驱动的前部连接有刀盘，主驱动的后部连接有主梁，所述主梁上设置有喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元，喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元可以便捷地相互转换，依此来适应复杂多变的地质掘进。喷锚支护掘进单元包括钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手，钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手可分别进行钢拱架拼装、锚杆支护和喷砼支护。锚杆钻机的后方设置有主梁推进油缸，主梁推进油缸的前端铰接在主梁上、后端铰接有撑靴单元，撑靴单元沿主梁的轴线滑动设置，撑靴单元可配合钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手进行喷锚支护掘进。撑靴单元后方的主梁上滑动设置有后支撑单元，管片支护掘进单元包括管片拼装机，后支撑单元可配合管片拼装机和盾体推进油缸进行管片拼装掘进。管片拼装机、钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手均设置在护盾的后方，巧妙地避免了护盾对管片拼装机、钢拱架拼装机、锚杆钻机和喷砼机械手等支护装置的干涉。进一步地，所述护盾包括上护盾和下护盾、左右对称的左护盾和右护盾，上护盾与左护盾和右护盾之间、下护盾与左护盾和右护盾之间均设置有连接护盾，连接护盾的一端与上护盾或下护盾铰接、另一端与左护盾或右护盾插接配合。进一步地，所述盾体油缸设置在主驱动与上护盾、左护盾和右护盾之间，盾体油缸能够根据掘进情况进行伸缩，进而调节盾体的形状，避免了卡盾的风险，提高了通行性能。所述盾体推进油缸分别设置在上护盾、下护盾、左护盾和右护盾上。进一步地，所述管片拼装机和钢拱架拼装机为一体机，使整个装置更加紧凑，节省了安装和操作空间。管片拼装机设置在锚杆钻机的前方，有效保证了管片支护的便捷性。进一步地，所述撑靴单元包括滑动套设在主梁上的鞍架，鞍架的底端设置有鞍架油缸，鞍架油缸的底端设置有鞍架靴板。鞍架油缸可带动鞍架靴板伸缩，进而能够满足鞍架对主梁的支撑，同时也便于换步及掘进模式切换的进行。鞍架的左右两侧分别连接有左撑靴油缸和右撑靴油缸，左撑靴油缸和右撑靴油缸的外端部均铰接有撑靴。进一步地，所述鞍架包括的左鞍板和右鞍板，左鞍板和右鞍板的底端均设置有鞍架油缸，左鞍板和右鞍板通过上横梁和下横梁连接，所述主梁穿插在左鞍板、右鞍板、上横梁和下横梁之间。进一步地，所述上横梁包括连接在左鞍板和右鞍板前侧的前上横梁和后上横梁，下横梁包括连接在左鞍板和右鞍板后侧的前下横梁和后下横梁，所述左撑靴油缸和右撑靴油缸设置在前上横梁和后上横梁之间。进一步地，所述左前腿和右前腿通过前铰接轴铰接连接，左后腿和右后腿通过后铰接轴铰接连接，铰接连接的方式使得各个鞍架腿可以在铰接处相互转动，便于在外力作用下带动主梁上下摆动、左右摆动和周向转动。进一步地，所述左撑靴油缸和右撑靴油缸均包括上下对应的上撑靴油缸和下撑靴油缸，两个上撑靴油缸通过连接轴固定连接，连接轴上开设有安装槽及穿过安装槽的竖孔，安装槽内活动设置有横轴，安装槽的尺寸大于横轴的尺寸，横轴的前端与前上横梁相连、后端与后上横梁相连，竖孔内设置有鞍架竖轴，鞍架竖轴穿过横轴且与横轴铰接相连。进一步地，所述鞍架与撑靴油缸之间设置有左右对称的前部竖直调向油缸，两个前部竖直调向油缸的一端铰接在左鞍板或右鞍板上、另一端铰接在撑靴油缸上。在前部竖直调向油缸的驱动下，鞍架可相对撑靴提升、下降和转动。进一步地，所述后支撑单元包括滑动套设在主梁上的后支撑滑动架，后支撑滑动架的两侧均设置有后部竖直调向油缸，后部竖直调向油缸的上端部与后支撑滑动架铰接、下端部铰接有后支撑。在后部竖直调向油缸的驱动下，可带动后支撑滑动架相对撑靴油缸提升、下降和转动。进一步地，所述后支撑为倒U形的箱体，后支撑的左右两个侧腔内设置有后支撑油缸，后支撑油缸的上端与后支撑铰接、下端铰接有后支撑靴板。进一步地，所述后支撑上连接左右两个侧腔的水平腔体内设置有双作用油缸，水平腔体开设有安装口，双作用油缸的壳体通过安装口铰接在后支撑滑动架上，双作用油缸的两端分别铰接在后支撑上。双作用油缸可带动后支撑滑动架左右移动，还可配合后部竖直调向油缸，带动后支撑滑动架转动，进而带动主梁转动。进一步地，所述后支撑滑动架与主梁之间设置有后支撑滑动油缸，后支撑滑动油缸沿主梁的轴线设置，后支撑滑动油缸的一端铰接在主梁上、另一端铰接在后支撑滑动架上。一种双结构TBM的施工方法，包括喷锚支护掘进模式和管片支护掘进模式，喷锚支护掘进模式包括以下步骤：步骤一：掘进，控制撑靴油缸伸出，撑靴撑紧隧道洞壁为TBM提供向前掘进的反力，控制后支撑油缸缩回，后支撑靴板离开隧道洞壁，控制主梁推进油缸伸出，主梁带动刀盘向前掘进；步骤二：支护，在步骤一掘进过程中，控制钢拱架拼装机进行钢拱架的拼装，控制锚杆钻机进行锚杆支护，控制喷砼机械手进行喷砼支护；步骤三：换步，当步骤一中的主梁推进油缸达到伸出行程终点后，控制步骤一中的后支撑油缸伸出，后支撑靴板撑紧隧道洞壁，控制步骤一中的撑靴油缸缩回，撑靴离开隧道洞壁，控制到达伸出行程终点的主梁推进油缸缩回至缩回行程终点，主梁推进油缸带动鞍架沿主梁向前滑动至下一个撑紧位置；步骤四：依次重复操作步骤一、步骤二和步骤三；所述管片支护掘进模式包括以下步骤：步骤五：掘进，控制后支撑油缸伸出，后支撑油缸带动后支撑靴板撑紧隧道洞壁，控制鞍架油缸收回，鞍架油缸带动鞍架靴板离开隧道洞壁，控制撑靴油缸收回，撑靴油缸带动撑靴离开隧道洞壁，同步控制盾体推进油缸和后支撑滑动油缸伸出，盾体推进油缸顶压在后方的管片上为TBM提供向前掘进的反力，同时主梁相对后支撑滑动架向前移动，刀盘同步向前掘进；步骤六，支护，当步骤四中的盾体推进油缸达到伸出行程终点后，控制步骤五中的盾体推进油缸收回，控制管片拼装机在盾体推进油缸的收回前的位置进行管片拼装；步骤七，换步，控制步骤四中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双结构TBM，包括护盾（1），护盾（1）的周向方向设置有盾体推进油缸（3‑2），护盾（1）内通过盾体油缸（1‑4）连接有主驱动（1‑2），主驱动（1‑2）的前部连接有刀盘（1‑3），主驱动（1‑2）的后部连接有主梁（1‑1），其特征在于：所述主梁（1‑1）上设置有喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元，喷锚支护掘进单元包括钢拱架拼装机（2‑1）、锚杆钻机（2‑2）和喷砼机械手（2‑3），锚杆钻机（2‑2）的后方设置有主梁推进油缸（2‑4），主梁推进油缸（2‑4）的前端铰接在主梁（1‑1）上、后端铰接有撑靴单元（4），撑靴单元（4）沿主梁（1‑1）的轴线滑动设置，撑靴单元（4）后方的主梁（1‑1）上滑动设置有后支撑单元（5），管片支护掘进单元包括管片拼装机（3‑1），管片拼装机（3‑1）、钢拱架拼装机（2‑1）、锚杆钻机（2‑2）和喷砼机械手（2‑3）均设置在护盾（1）的后方。

【技术特征摘要】
1.一种双结构TBM，包括护盾（1），护盾（1）的周向方向设置有盾体推进油缸（3-2），护盾（1）内通过盾体油缸（1-4）连接有主驱动（1-2），主驱动（1-2）的前部连接有刀盘（1-3），主驱动（1-2）的后部连接有主梁（1-1），其特征在于：所述主梁（1-1）上设置有喷锚支护掘进单元和管片支护掘进单元，喷锚支护掘进单元包括钢拱架拼装机（2-1）、锚杆钻机（2-2）和喷砼机械手（2-3），锚杆钻机（2-2）的后方设置有主梁推进油缸（2-4），主梁推进油缸（2-4）的前端铰接在主梁（1-1）上、后端铰接有撑靴单元（4），撑靴单元（4）沿主梁（1-1）的轴线滑动设置，撑靴单元（4）后方的主梁（1-1）上滑动设置有后支撑单元（5），管片支护掘进单元包括管片拼装机（3-1），管片拼装机（3-1）、钢拱架拼装机（2-1）、锚杆钻机（2-2）和喷砼机械手（2-3）均设置在护盾（1）的后方。2.根据权利要求1所述的双结构TBM，其特征在于：所述护盾（1）包括上护盾（1-6）和下护盾（1-7）、左右对称的左护盾（1-8）和右护盾（1-9），上护盾（1-6）与左护盾（1-8）和右护盾（1-9）之间、下护盾（1-7）与左护盾（1-8）和右护盾（1-9）之间均设置有连接护盾（1-10），连接护盾（1-10）的一端与上护盾（1-6）或下护盾（1-7）铰接、另一端与左护盾（1-8）或右护盾（1-9）插接配合。3.根据权利要求1所述的双结构TBM，其特征在于：所述盾体油缸（1-4）设置在主驱动（1-2）与上护盾（1-9）、左护盾（1-8）和右护盾（1-9）之间，所述盾体推进油缸（3-2）分别设置在上护盾（1-6）、下护盾（1-7）、左护盾（1-8）和右护盾（1-9）上。4.根据权利要求1-3任一项所述的双结构TBM，其特征在于：所述管片拼装机（3-1）和钢拱架拼装机（2-1）一体设计，管片拼装机（3-1）设置在锚杆钻机（2-2）的前方。5.根据权利要求4所述的双结构TBM，其特征在于：所述撑靴单元（4）包括滑动套设在主梁上的鞍架（4-1），鞍架（4-1）的底端设置有鞍架油缸（4-2），鞍架油缸（4-2）的底端设置有鞍架靴板（4-3），鞍架（4-1）的左右两侧分别连接有左撑靴油缸（4-4）和右撑靴油缸（4-5），左撑靴油缸（4-4）和右撑靴油缸（4-5）的外端部均铰接有撑靴（4-6）。6.根据权利要求5所述的双结构TBM，其特征在于：所述鞍架（4-1）包括的左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12），左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12）的底端均设置有鞍架油缸（4-2），左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12）通过上横梁（4-13）和下横梁（4-14）连接，所述主梁（1-1）穿插在左鞍板（4-11）、右鞍板（4-12）、上横梁（4-13）和下横梁（4-14）之间。7.根据权利要求6所述的双结构TBM，其特征在于：所述上横梁（4-13）包括连接在左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12）前侧的前上横梁（4-131）和后上横梁4-132，下横梁（14）包括连接在左鞍板（4-11）和右鞍板（4-12）后侧的前下横梁（4-141）和后下横梁，所述左撑靴油缸（4-5）和右撑靴油缸（4-5）设置在前上横梁（4-131）和后上横梁（4-142）之间。8.根据权利要求7所述的双结构TBM，其特征在于：所述左撑靴油缸（4-4）和右撑靴油缸（4-5）均包括上下对应的上撑靴油缸（4-51）和下撑靴油缸（4-52），两个上撑靴油缸（4-51）通过连接轴（4-53）固定连接，连接轴（4-53）上开设有安装槽（4-7）及穿过安装槽（4-7）的竖孔（4-71），安装槽（4-7）内活动设置有横轴（4-72），安装槽（4-7）的尺寸大于横轴（4-72）的尺寸，横轴（4-72）的前端与前上横梁（4-131）相连、后端与后上横梁（4-132）相连，竖孔（4-71）内设置有鞍架竖轴（4-73），鞍架竖轴（4-73）穿过横轴（4-72）且与横轴（4-72）铰接相连。9.根据权利要求6、7、8任一项所述的双结构TBM，其特征在于：所述鞍架（4-1）与撑靴油缸之间设置有左右对称的前部竖直调向油缸（4-8），两个前部竖直调向油缸（4-8）的一端铰接在左鞍板（4-11）或右鞍板（4-12）上、另一端铰接在撑靴油缸上。10.根据权利要求1、2、3、5、6、7或8任一项所述的双结构TBM，其特征在于：所述后支撑单元（5）包括滑动套设在主梁（1-1）上的后支撑滑动架（5-1），后支撑滑动架（5-1）的两侧均设置有后部竖直调向油缸（5-2），后部竖直调向油缸（5-2）的上端部与后支撑滑动架（5-1）铰接、下端部铰接有后支撑（5-8）。11.根据权利要求10所述的双结构TBM，其特征在于：所述后支撑（5-8）为倒U形的箱体，后支撑（5-8）的左右两个侧腔内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建斌，张啸，贺飞，宁向可，张瑞栋，郑博，尹威华，张文艳，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41