隧道岩爆控制型TBM系统及方法技术方案

本发明专利技术公开隧道岩爆控制型TBM系统及方法，其中隧道岩爆控制型TBM系统包括同轴设置且由左至右依次通过传动件连接固定的刀盘、可伸缩护盾、钢筋网举升器、钢支架举升器、混凝土喷射器、活动支撑部、管片安装器和锚固件安装器，所述刀盘、所述混凝土喷射器、所述锚固件安装器和所述管片安装器均绕中心轴可旋转式设置，所述可伸缩护盾和所述钢筋网举升器均沿此中心轴旋转且沿径向伸缩。本发明专利技术的一种隧道岩爆控制型TBM系统结构简单、利用隧道岩爆控制型TBM系统挖掘隧道并施工“钢筋网‑锚固件‑高强拱架‑管片”联合支护体系，降低或避免隧道TBM施工过程中岩爆的发生风险，保障施工人员和机械设备安全。

【技术实现步骤摘要】
隧道岩爆控制型TBM系统及方法
本专利技术涉及一种隧道与地下硐室施工
，特别是涉及一种隧道岩爆控制型TBM系统。本专利技术还涉及一种利用上述隧道岩爆控制型TBM系统的隧道挖掘与支护方法。
技术介绍
岩爆是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射的现象。隧道在开挖过程中及开挖完成后，均可能发生岩爆，对隧道人员和设备安全产生了巨大威胁，同时增加工程成本，影响工序循环时间和施工进度。尤其对于埋深大、应力高、构造多的隧道，极易出现强烈岩爆，以国家重大工程川藏铁路隧道为例，由于地处欧亚板块与印度板块碰撞隆升形成的青藏高原中东部，穿越构造活跃的复杂艰险山区，隧道施工过程中面临大埋深、高应力等因素，已建隧道段发生了多次岩爆事故，新建雅林段1018km，其中隧道占比83%，最大埋深超过2000m，其中162公里隧道存在岩爆问题。对于采用TBM施工的隧道，若隧道开挖过程中发生岩爆，采用的传统的管片等支护难以控制围岩瞬时大变形，将导致支护体系破坏，TBM设备被掩埋，影响施工进度，经济损失巨大，甚至造成人员伤亡。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术中的不足而完成的。本专利技术的目的是提供一种结构简单、利用隧道岩爆控制型TBM系统挖掘隧道并施工“钢筋网-锚固件-高强拱架-管片”联合支护体系，降低或避免隧道TBM施工过程中岩爆的发生风险，保障施工人员和机械设备安全的隧道岩爆控制型TBM系统及方法。本专利技术的一种隧道岩爆控制型TBM系统，包括同轴设置且由左至右依次通过传动件连接固定的刀盘、可伸缩护盾、钢筋网举升器、钢支架举升器、混凝土喷射器、活动支撑部、管片安装器、锚固件安装器和后配套装置，所述刀盘、所述混凝土喷射器、所述锚固件安装器和所述管片安装器均绕中心轴可旋转式设置，所述可伸缩护盾沿其径向缓慢伸缩以抵抗岩爆抛射石渣，所述钢筋网举升器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述管片安装器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述混凝土喷射器的喷头朝向隧道的内侧壁对应位置处，所述刀盘通过所述活动支撑部交替支撑隧道的内侧壁获得前进和挖掘推动力，所述后配套装置包括控制子系统、通讯子系统、运输子系统、通风子系统和排水子系统。本专利技术的一种隧道岩爆控制型TBM系统，包括同轴设置且由左至右依次通过传动件连接固定的刀盘、可伸缩护盾、钢筋网举升器、钢支架举升器、混凝土喷射器、活动支撑部、管片安装器、锚固件安装器和后配套装置，所述刀盘、所述混凝土喷射器、所述锚固件安装器和所述管片安装器均绕中心轴可旋转式设置，所述可伸缩护盾沿其径向缓慢伸缩以抵抗岩爆抛射石渣，所述钢筋网举升器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述管片安装器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述混凝土喷射器的喷头朝向隧道的内侧壁对应位置处，所述刀盘通过所述活动支撑部交替支撑隧道的内侧壁获得前进和挖掘推动力，所述后配套装置包括控制子系统、通讯子系统、运输子系统、通风子系统和排水子系统。这样，将所述后配套装置、所述锚固件安装器、所述管片安装器、所述活动支撑部、所述混凝土喷射器、所述钢支架举升器、所述钢筋网举升器、所述可伸缩护盾和所述刀盘分别吊装下井，然后将各部分按照先后顺序进行同轴拼装，使得所述刀盘可以在所述可伸缩护盾上旋转用以对隧道进行挖掘，并将挖掘出来的石渣通过传送带传送至后方，所述刀盘挖掘一定距离后，所述可伸缩护盾沿其径向缓慢缩小以抵抗岩爆抛射石渣，所述钢筋网举升器、所述钢支架举升器和所述管片安装器均可以是由一套可伸缩式机械手组成，同时具有安装和连接的功能，所述钢筋网举升器在隧道的围岩上进行钢筋网的安装，所述钢支架举升器在隧道的钢筋网内侧进行间隔设置的高强拱架的安装，所述管片安装器在高强拱架的内侧进行管片的安装，所述锚固件安装器则可以是由两套可伸缩式机械手组成，一套机械手装置负责钻孔，另一套机械手设备负责安装锚固件并施加高预应力，具有钻孔-安装同步操作、快速施加高预应力等特点。所述管片安装器与所述锚固件安装器的同时设置，降低或避免隧道TBM施工过程中岩爆的发生风险，进而保障施工人员和机械设备安全。所述后配置装置包括控制子系统、通讯子系统、运输子系统、通风子系统和排水子系统，可以保证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。本专利技术的一种隧道岩爆控制型TBM系统，相对于现有技术的优点是：结构简单、利用隧道岩爆控制型TBM系统挖掘隧道并施工“钢筋网-锚固件-高强拱架-管片”联合支护体系，降低或避免隧道TBM施工过程中岩爆的发生风险，保障施工人员和机械设备安全。本专利技术的另一目的是提供一种结构简单、利用隧道岩爆控制型TBM系统挖掘隧道并施工“钢筋网-锚固件-高强拱架-管片”联合支护体系，降低或避免隧道TBM施工过程中岩爆的发生风险，保障施工人员和机械设备安全的隧道挖掘与支护方法。本专利技术的一种利用隧道岩爆控制型TBM系统的隧道挖掘与支护方法，其中所述隧道岩爆控制型TBM系统包括同轴设置且由左至右依次通过传动件连接固定的刀盘、可伸缩护盾、钢筋网举升器、钢支架举升器、混凝土喷射器、活动支撑部、管片安装器、锚固件安装器和后配套装置，所述刀盘、所述混凝土喷射器、所述锚固件安装器和所述管片安装器均绕中心轴可旋转式设置，所述可伸缩护盾沿其径向缓慢伸缩以抵抗岩爆抛射石渣，所述钢筋网举升器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述管片安装器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述混凝土喷射器的喷头朝向隧道的内侧壁对应位置处，所述刀盘通过所述活动支撑部交替支撑隧道的内侧壁获得前进和挖掘推动力，所述后配套装置包括控制子系统、通讯子系统、运输子系统、通风子系统和排水子系统，包括以下步骤：A：所述活动支撑部下落与隧道内壁相抵，所述刀盘抵接在需要挖掘的掌子面进行掘进，开挖隧道后，所述钢筋网举升器将片状的钢筋网本体组装成环状的钢筋网架并固定铺设于隧道的围岩上；B：所述钢支架举升器架设高强拱架；C：所述混凝土喷射器向所述钢筋网本体上均匀喷射混凝土；D：所述管片安装器沿其周向旋转且沿其径向伸缩进行所述管片本体的拼装固定；E：所述锚固件安装器安装锚固件本体，使得所述锚固件本体穿过所述管片本体对应位置处且延伸至稳定岩层，使得所述锚固件本体与所述高强拱架错位设置；F：对所述管片本体在所述锚固件本体穿过的对应位置处进行防水处理；G：所述活动支撑部前移后下落与隧道内壁相抵，重复步骤A-E以进行下一周期掘进，直至隧道贯通后结束。本专利技术的一种利用隧道岩爆控制型TBM系统的隧道挖掘与支护方法，还可以是：所述管片本体沿其周向间隔设置有锚固件安装孔，所述锚固件本体通过所述锚固件安装器由所述锚固件安装孔对应位置处推入延伸至稳定岩层。所述锚固件本体包括锚杆或锚索中的一种，所述锚杆或所述锚索等间隔环设于隧道壁，所述锚杆或所述锚索均沿隧道的径向延伸至稳定岩层，所述锚杆的内端或所述锚索的内端与隧道内壁通过锁定件可拆卸式固定。所述锚固件本体包括锚杆和锚索，所述锚杆和所述锚索交替等间隔环设于隧道壁且沿隧道的径向延伸至稳定岩层，所述锚杆的内端和所述锚索的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道岩爆控制型TBM系统，其特征在于：包括同轴设置且由左至右依次通过传动件连接固定的刀盘、可伸缩护盾、钢筋网举升器、钢支架举升器、混凝土喷射器、活动支撑部、管片安装器、锚固件安装器和后配套装置，所述刀盘、所述混凝土喷射器、所述锚固件安装器和所述管片安装器均绕中心轴可旋转式设置，所述可伸缩护盾沿其径向缓慢伸缩以抵抗岩爆抛射石渣，所述钢筋网举升器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述管片安装器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述混凝土喷射器的喷头朝向隧道的内侧壁对应位置处，所述刀盘通过所述活动支撑部交替支撑隧道的内侧壁获得前进和挖掘推动力，所述后配套装置包括控制子系统、通讯子系统、运输子系统、通风子系统和排水子系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道岩爆控制型TBM系统，其特征在于：包括同轴设置且由左至右依次通过传动件连接固定的刀盘、可伸缩护盾、钢筋网举升器、钢支架举升器、混凝土喷射器、活动支撑部、管片安装器、锚固件安装器和后配套装置，所述刀盘、所述混凝土喷射器、所述锚固件安装器和所述管片安装器均绕中心轴可旋转式设置，所述可伸缩护盾沿其径向缓慢伸缩以抵抗岩爆抛射石渣，所述钢筋网举升器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述管片安装器沿其中心轴旋转且沿其径向伸缩，所述混凝土喷射器的喷头朝向隧道的内侧壁对应位置处，所述刀盘通过所述活动支撑部交替支撑隧道的内侧壁获得前进和挖掘推动力，所述后配套装置包括控制子系统、通讯子系统、运输子系统、通风子系统和排水子系统。


2.一种利用权利要求1所述的隧道岩爆控制型TBM系统的隧道挖掘与支护方法，其特征在于：利用“钢筋网-锚固件-高强拱架-管片”联合支护体系控制隧道岩爆，其施工包括以下步骤：
A：所述活动支撑部下落与隧道内壁相抵，所述刀盘抵接在需要挖掘的掌子面进行掘进，开挖隧道后，所述钢筋网举升器将片状的钢筋网本体组装成环状的钢筋网架并固定铺设于隧道的围岩上；
B：所述钢支架举升器架设高强拱架；
C：所述混凝土喷射器向所述钢筋网本体上均匀喷射混凝土；
D：所述管片安装器沿其周向旋转且沿其径向伸缩进行所述管片本体的拼装固定；
E：所述锚固件安装器安装锚固件本体，使得所述锚固件本体穿过所述管片本体对应位置处且延伸至稳定岩层，使得所述锚固件本体与所述高强拱架错位设置；
F：对所述管片本体在所述锚固件本体穿过的对应位置处进行防水处理；
G：所述活动支撑部前移后下落与隧道内壁相抵，重复步骤A-E以进行下一周期掘进，直至隧道贯通后结束。


3.根据权利要求2所述的一种利用隧道岩爆控制型TBM系统的隧道挖掘与支护方法，其特征在于：所述管片本体沿其周向间隔设置有锚固件安...

【专利技术属性】
技术研发人员：何满潮，王琦，高红科，江贝，刘冬桥，杨晓杰，吴文瑞，许硕，
申请(专利权)人：北京中矿创新联盟能源环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11