一种新型TBM及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种新型TBM及其施工方法，解决了现有技术中TBM对硬岩开挖时掘进效率低、刀盘磨损严重的问题。本发明专利技术包括掘进主机和后配套系统，所述掘进主机包括刀盘，刀盘与设置在掘进主机内的主驱动相连接，所述刀盘上设有开挖刀具和用于锚钻、劈裂辅助破岩的锚钻劈裂装置。本发明专利技术融合锚杆钻机和液压劈裂棒的功能，通过锚钻装置在掌子面上打孔，劈裂装置对钻孔胀裂，先于刀盘对掌子面进行锚钻和劈裂，进行硬岩钻破，然后刀盘对钻破后的掌子面进行开挖，降低开挖刀具的磨损，提高开挖效率。

【技术实现步骤摘要】
一种新型TBM及其施工方法
本专利技术涉及隧道施工
，特别是指一种新型TBM及其施工方法。
技术介绍
岩石隧道掘进机（TBM）是一种集机械、电子、液压、激光等技术于一体的大型隧道开挖装备，在山岭隧道及城市地铁工程建设中发挥着重要作用。但是，当遇到高强度岩石，如花岗岩、大理石等，TBM掘进效率明显下降，而且刀具损耗巨大，施工成本增加。而现有的挖掘设备如申请号为CN201410760991.3的一种掘锚钻一体式硬岩掘进机及申请号为CN201711130728.6的一种复合劈进机可用于硬岩的挖掘，但是与现有TBM融合性差，如何利用锚钻和劈裂设备来有效提高TBM破岩效率，是TBM研究的关键技术之一。
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新型TBM及其施工方法，解决了现有技术中TBM对硬岩开挖时掘进效率低、刀盘磨损严重的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种新型TBM，包括掘进主机，所述掘进主机包括刀盘，刀盘与设置在掘进主机内的主驱动相连接，所述刀盘上设有开挖刀具和用于锚钻、劈裂辅助破岩的锚钻劈裂装置。所述刀盘上设有轴向安装孔，锚钻劈裂装置设置在轴向安装孔内且能沿轴向安装孔前后运动。所述轴向安装孔位于不同直径的同心圆环上。所述轴向安装孔内还设有开合密封装置，锚钻劈裂装置能伸出开合密封装置且能沿轴向安装孔前后运动。所述开合密封装置包括挡板和盖板，所述挡板固定在刀盘上，挡板上设有通孔，通孔与轴向安装孔相对应；所述盖板通过滑动机构与挡板相连接且盖板与通孔相配合。所述滑动机构包括固定在挡板上的直线电机，直线电机的滑块Ⅰ上设有连接杆，连接杆与盖板相连接，盖板与挡板滑动连接；所述挡板的背部设有滑动凹槽，通孔位于滑动凹槽内部，盖板位于滑动凹槽内且与滑动凹槽滑动配合，所述盖板与滑动凹槽之间设有密封条。所述锚钻劈裂装置包括锚钻装置和劈裂装置，所述刀盘内设有轴向轨道和滑移驱动装置，锚钻装置和劈裂装置通过滑移驱动装置与轴向轨道相配合。所述锚钻装置包括钻机，钻机通过固定座设置在轴向轨道上，钻机的输出端设有钻杆，钻杆上设有劈裂装置，且钻杆的外端部设有钻头。所述劈裂装置包括油缸筒，油缸筒固定密封设置在钻杆上，油缸筒上沿油缸筒径向设置有伸缩油缸，伸缩油缸的端部设有顶块，钻杆上设有回转接头，回转接头与油缸筒相连接。所述油缸筒与钻杆同轴线设置，钻头的外径大于油缸筒的外径。所述滑移驱动装置包括驱动机构和滑移机构，驱动机构设置在刀盘内，锚钻装置和劈裂装置设置在滑移机构上且滑移机构与驱动机构相连接。所述滑移机构包括固定在轴向轨道上的滑轨，滑轨上设有安装板，安装板的底部设有与滑轨相配合的滑块Ⅱ；所述驱动机构包括驱动电机，驱动电机设置在刀盘内，驱动电机的输出端设有用于卷绕钢丝绳的缠绕轮，钢丝绳的自由端绕过设置在驱动电机一侧的张紧轮且与安装板相连接。一种新型TBM的施工方法，步骤如下：S1：在刀盘掘进过程中，开合密封装置关闭，锚钻劈裂装置收回至刀盘内；S2：TBM进行停机支护和管片拼装时，开合密封装置打开，锚钻劈裂装置在滑移驱动装置的驱动下，从刀盘的轴向安装孔向前伸出；S3：锚钻劈裂装置的锚钻装置在掌子面上钻孔，钻孔完成后，锚钻劈裂装置的劈裂装置开始工作，对完成钻孔的孔道进行顶紧劈裂；S4：劈裂装置对岩石进行劈裂以后，滑移驱动装置将锚钻劈裂装置拉回刀盘的轴向安装孔内；S5：完成步骤S4的掌子面上的岩石存在裂缝，刀盘再次开挖时，对存在裂缝的掌子面进行开挖，提高掘进效率。本专利技术融合锚杆钻机和液压劈裂棒的功能，通过锚钻装置在掌子面上钻孔，劈裂装置对钻孔胀裂，先于刀盘对掌子面进行锚钻和劈裂，进行硬岩钻破，然后刀盘对钻破后的掌子面进行开挖，降低开挖刀具的磨损，提高开挖效率。本专利技术有效将锚钻、劈裂与刀盘完美融合，保证打孔和劈裂能够高效进行，提高辅助破岩效率，且不影响刀盘本来的掘进功能，降低TBM滚刀磨损，实现高效隧道或煤矿的开挖，是隧道/煤矿开挖施工的一大创新。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术整体结构示意图。图2为本专利技术锚钻劈裂装置在刀盘位置关系示意图。图3为本专利技术锚钻劈裂装置结构示意图。图4为本专利技术锚钻装置结构示意图。图5为本专利技术劈裂装置结构示意图。图6为实施例3中滑移驱动装置结构示意图。图7为锚钻劈裂装置收回至刀盘内状态示意图。图8为锚钻劈裂装置伸出刀盘外状态示意图。图9为锚钻装置在掌子面上的钻孔示意图。图10为劈裂装置工作状态示意图。图11为本专利技术刀盘主视示意图。图12为本专利技术开合密封装置与刀盘安装状态示意图。图13为本专利技术开合密封装置第一三维结构示意图。图14为本专利技术开合密封装置第二三维结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，实施例1，一种新型TBM，包括掘进主机4和后配套系统3，掘进主机4与后配套系统3的连接及布置与现有TBM相同或类似。所述掘进主机4包括刀盘2，刀盘2与设置在掘进主机4内的主驱动相连接，主驱动为刀盘的转动提供动力，所述刀盘2上设有开挖刀具201和用于锚钻、劈裂辅助破岩的锚钻劈裂装置1。开挖刀具201可采用现有技术中的滚刀，为本TBM的主要开挖刀具，锚钻劈裂装置先于刀盘对掌子面进行锚钻和劈裂，进行硬岩钻破，然后刀盘对钻破后的掌子面进行开挖，降低开挖刀具的磨损，提高开挖效率。进一步，如图2、11所示，所述刀盘2上设有轴向安装孔202，锚钻劈裂装置1设置在轴向安装孔202内且能沿轴向安装孔202前后运动，便于锚钻劈裂装置的伸出与收回，收回状态不影响刀盘整体的开挖工作。优选地，所述轴向安装孔202位于不同直径的同心圆环上，便于锚钻劈裂装置能全面与掌子面接触，对掌子面进行较大范围的钻破。进一步，轴向安装孔202内设有用于锚钻、劈裂辅助破岩的锚钻劈裂装置1和用于封挡轴向安装孔202的开合密封装置3，开合密封装置3防止碴石进入安装孔内，对锚钻劈裂装置进行防护，进一步提高施工安全性，锚钻劈裂装置1能伸出开合密封装置3且能沿轴向安装孔202前后运动，便于锚钻劈裂装置的伸出与收回，收回状态不影响刀盘整体的开挖工作。进一步，如图12所示，所述开合密封装置3包括挡板301和盖板302，所述挡板301的外沿均布有螺栓孔，挡板301通过穿过螺栓孔的螺栓固定在刀盘2上。挡板301上设有通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型TBM，包括掘进主机（4），其特征在于：所述掘进主机（4）包括刀盘（2），刀盘（2）与设置在掘进主机（4）内的主驱动相连接，所述刀盘（2）上设有开挖刀具（201）和用于锚钻、劈裂辅助破岩的锚钻劈裂装置（1）。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型TBM，包括掘进主机（4），其特征在于：所述掘进主机（4）包括刀盘（2），刀盘（2）与设置在掘进主机（4）内的主驱动相连接，所述刀盘（2）上设有开挖刀具（201）和用于锚钻、劈裂辅助破岩的锚钻劈裂装置（1）。


2.根据权利要求1所述的新型TBM，其特征在于：所述刀盘（2）上设有轴向安装孔（202），锚钻劈裂装置（1）设置在轴向安装孔（202）内且能沿轴向安装孔（202）前后运动；所述轴向安装孔（202）位于不同直径的同心圆环上。


3.根据权利要求1或2所述的新型TBM，其特征在于：所述轴向安装孔（202）内还设有开合密封装置（3），锚钻劈裂装置（1）能伸出开合密封装置（3）且能沿轴向安装孔（202）前后运动。


4.根据权利要求3所述的新型TBM，其特征在于：所述开合密封装置（3）包括挡板（301）和盖板（302），所述挡板（301）固定在刀盘（2）上，挡板（301）上设有通孔（304），通孔（304）与轴向安装孔（202）相对应；所述盖板（302）通过滑动机构与挡板（301）相连接且盖板（302）与通孔（304）相配合。


5.根据权利要求4所述的新型TBM，其特征在于：所述滑动机构包括固定在挡板（301）上的直线电机（303），直线电机（303）的滑块Ⅰ（3031）上设有连接杆（305），连接杆（305）与盖板（302）相连接，盖板（302）与挡板（301）滑动连接；所述挡板（301）的背部设有滑动凹槽（306），通孔（304）位于滑动凹槽（306）内部，盖板（302）位于滑动凹槽（306）内且与滑动凹槽（306）滑动配合，所述盖板（302）与滑动凹槽（306）之间设有密封条（307）。


6.根据权利要求1、2、4、5任一项所述的新型TBM，其特征在于：所述锚钻劈裂装置（1）包括锚钻装置（101）和劈裂装置（102），所述刀盘（2）内设有轴向轨道（104）和滑移驱动装置（103），锚钻装置（101）和劈裂装置（102）通过滑移驱动装置与轴向轨道（104）相配合。


7.根据权利要求6所述的新型TBM，其特征在于：所述锚钻装置（101）包括钻机（1011），钻机（1011）通过固定座（1015）设置在轴向轨道（104）上，钻机（1011）的输出端设有钻杆（1013），钻杆（1013）上设有劈裂装置（102），且钻杆（1013）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼杰，钱豪，原晓伟，王一新，
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