本实用新型专利技术公开一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，包括盾体，所述盾体内设有挖掘机构和出土机构；盾体的后端连接有连接梁；连接梁之间设有导向支撑组件和顶压组件，导向支撑组件上设置有注浆锚杆；顶压组件分别将若干所述注浆锚杆倾斜的顶入所述盾体外周范围内的软弱地层中，在顶入的所述注浆锚杆内浇筑砂浆形成超前支护和/或预支护；本掘进装置在开挖和挖掘的过程中就能够进行预支护工作，在挖开盾体所在范围的空间后，注浆锚杆也打入了顶层和四周的软弱地层中并完成灌浆工作，加固了盾体外周范围内的土壤，使得挖出的空间具备良好的支撑能力和安全性，形成了开挖、出土和预支护同时开展的一体化掘进方式，并具备跟进支护功能。并具备跟进支护功能。并具备跟进支护功能。
【技术实现步骤摘要】
一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置
[0001]本技术涉及到软弱地层掘进施工
，具体涉及到一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置。
技术介绍
[0002]随着隧道与地下工程学科的发展，我国的地下结构日益呈现多样化、复杂化。其中，解决软弱地层隧道安全、快速施工的问题，是发展隧道与地下工程的一个关键。通常的施工方法为：以超前预支护、预加固等措施预先处理软弱地层，并采用足够刚度、强度的复合衬砌为基本支护结构的用于软土地层近地表隧道的施工方法。
[0003]中国专利技术专利(公告号：CN103016027B)在2015年公开了一种软弱、破碎复杂地质条件下隧道或巷道掘进方法，包括如下施工步骤：前期准备工作、自钻钢钎、钢管或钎杆作业、钢拱架安装、隧道或巷道掘进施工、二次支护。该专利技术虽然能够用于隧道挖掘施工，但是需要在开挖前进行支护施工操作，而且在后期的掘进过程中很难再进行预支护，还需要进行二次支护。
[0004]另外，在西北部地区黄土地层隧道施工中，隧道的自稳性受到多种因素的影响，如黄土的自身工程特性、不同饱和度下黄土地层的结构特性、与含水量变化有关的水敏性等。因此，V类软岩黄土隧道开挖仍以分部开挖法为主。分部开挖法因其工序繁杂、施工空间小，使得隧道施工开挖、初支、出碴等关键工序机械化程度较低，施工进度慢，工程成本高，而黄土公路隧道往往是整个项目或全线的控制性工程，要求确保较快的施工速度。研发黄土隧道关键工序一体化机械设备，实现快速施工成为当前亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]本技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置及其掘进方法。
[0006]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0007]一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，包括盾体，所述盾体内设有挖掘机构和出土机构；所述盾体在掘进方向的后端连接有第二支架组件，所述第二支架组件的截面尺寸不大于所述盾体的截面尺寸；所述第二支架组件为框架结构并在外周上等间距的设有轴向的连接梁，相邻的所述连接梁之间分别设有导向支撑组件，所述导向支撑组件上设置有注浆锚杆；所述导向支撑组件后方的所述连接梁上还设有顶压组件，所述顶压组件分别将若干所述注浆锚杆倾斜的顶入所述盾体外周范围内的软弱地层中，在顶入的所述注浆锚杆内浇筑砂浆形成超前支护和/或预支护。
[0008]本掘进装置通过在所述盾体后方连接所述第二支架组件，并在所述第二支架组件上设置能够将所述注浆锚杆打入软弱地层中的导向支撑组件和顶压组件，使得本掘进装置在开挖和挖掘的过程中就能够进行预支护工作，既能够合理利用挖土时间，也能够提升挖掘的安全性，在挖开盾体所在范围的空间后，注浆锚杆也打入了顶层和四周的软弱地层中
并完成灌浆工作，加固了盾体外周范围内的土壤，使得挖出的空间具备良好的支撑能力和安全性，使得开挖、出土和预支护同时开展，形成了一体化的掘进方式；降低了分步开挖，分布支护、二次支护等繁杂的施工步骤，在确保安全的前提下还能够加快施工进度，降低施工成本,同时所述第二支架组件由于能够跟随所述盾体一同前进，也能够形成跟进支护操作；本掘进装置非常适合软弱地层的掘进，如黄土公路隧道的施工。
[0009]所述第二支架组件与所述盾体连接使其能够跟随所述盾体向前移动，移动的路径在所述盾体挖开的范围内；所述导向支撑组件上能够卡合注浆锚杆并确保注浆锚杆的方向性，所述注浆锚杆会倾斜的打入所述盾体外周的软弱地层中，避免戳到盾体，倾斜的角度在2
°
左右，也可以根据盾体的轴向长度、注浆锚杆的长度以及支护的位置适当调整倾斜打入的角度，以确保打入软弱地层中的注浆锚杆在注浆后能够形成较稳固的预支护结构；若所述注浆锚杆的长度大于所述盾体的轴向长度，打入的所述注浆锚杆的端部还会超出开挖的轴向空间，注浆后将会形成超前支护的结构。
[0010]另外，在完成预支护、超前支护或者跟进支护的同时，在所述注浆锚杆插入的软弱地层中进行超前地质预报的操作，超前地质预报可以采用地震波法，其原理是建立在弹性波理论的基础上，传播过程遵循惠更斯
‑
菲涅尔原理和费马原理，利用了软弱地层中地质体间明显的声学特性差异实现的；测试时，在支护形成的支护面上或边墙一点发射低频声波信号，在另一点接收反射波信号。采用时域、频域分析探测反射波信号，进一步根据隧道支护面的地质调查、地面地质调查及利用一隧道超前施工段地质情况推测另一平行隧道施工支护面前方地质条件的预报方法，便可了解前方岩体的变化情况，探测支护面前方可能存在的岩性分界、断层、岩体破碎带、软弱夹层、以及岩溶等不良地质体的规模、性质及延伸情况等。
[0011]进一步的，所述导向支撑组件包括设置在所述连接梁之间的若干个支撑板，所述支撑板的两端分别铰接有伸缩连接杆，所述伸缩连接杆分别与相邻的所述连接梁连接；所述支撑板上设有支撑座，所述支撑座上设有圆弧形的卡合槽，所述卡合槽内设置所述注浆锚杆；设置在靠近所述盾体一端设置的所述伸缩连接杆的伸出长度小于远离所述盾体一端设置的所述伸缩连接杆的伸出长度。
[0012]采用本结构的所述导向支撑组件通过所述卡合槽能够较好的支撑和固定住所述注浆锚杆，同时所述注浆锚杆在外力的作用下也能够沿所述导向支撑组件移动和滑动，将所述导向支撑组件设置为多个，便于支撑较长的注浆锚杆，每个所述伸缩连接杆均能够独立调节伸长量，从而能够合理的调整每个所述导向支撑组件的高低位置，从靠近盾体到远离盾体的方向上，形成有层次的支撑，这样所述注浆锚杆在被支撑的同时也能够调整和保持倾斜角度。
[0013]进一步的，所述支撑座设置在所述支撑板的上方或者下方；所述支撑座包括刚性主体，所述刚性主体的中部设有半圆形凹槽，所述刚性主体上方设有弹性卡合件，所述弹性卡合件设置在所述半圆形凹槽的两侧并包裹所述注浆锚杆的外壁；所述半圆形凹槽内还嵌设有若干滚珠，所述滚珠抵接所述注浆锚杆的外壁。
[0014]所述半圆形凹槽及其两侧的所述弹性卡合件形成的空间即为所述卡合槽，刚性主体能够保证连接强度和稳定性，弹性卡合件能够夹住所述注浆锚杆，避免其掉落；所述滚珠的设置便于所述注浆锚杆的移动，起到导向和减少摩擦阻力的作用，有利于所述顶压组件
将所述注浆锚杆打入地层中。
[0015]进一步的，所述顶压组件包括设置在相邻所述连接梁之间的旋转轴，所述旋转轴的中部设有安装座，所述安装座内设有液压缸体，所述液压缸体的端部通过法兰盘与所述安装座连接，所述液压缸体的输出端连接有顶杆，所述顶杆朝向所述导向支撑组件设置；所述液压缸体的另一端通过连接件与所述第二支架组件连接。
[0016]所述液压缸体和所述顶杆的设置，便于控制所述顶杆顶压所述注浆锚杆；将所述液压缸体固定在所述安装座上，所述安装座在所述旋转轴的连接下能够进行适当角度的转动，以适配所述注浆锚杆倾斜的角度；所述液压缸体的另一端通过铰接座或者伸缩吊杆支撑固定即可。
[0017]进一步的，所述旋转轴的两端分别套设在所述连接梁内并与所述连接梁之间本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，包括盾体，其特征在于，所述盾体内设有挖掘机构和出土机构；所述盾体在掘进方向的后端连接有第二支架组件，所述第二支架组件的截面尺寸不大于所述盾体的截面尺寸；所述第二支架组件为框架结构并在外周上等间距的设有轴向的连接梁，相邻的所述连接梁之间分别设有导向支撑组件，所述导向支撑组件上设置有注浆锚杆；所述导向支撑组件后方的所述连接梁上还设有顶压组件，所述顶压组件分别将若干所述注浆锚杆倾斜的顶入所述盾体外周范围内的软弱地层中，在顶入的所述注浆锚杆内浇筑砂浆。2.根据权利要求1所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述导向支撑组件包括设置在所述连接梁之间的若干个支撑板，所述支撑板的两端分别铰接有伸缩连接杆，所述伸缩连接杆分别与相邻的所述连接梁连接；所述支撑板上设有支撑座，所述支撑座上设有圆弧形的卡合槽，所述卡合槽内设置所述注浆锚杆；设置在靠近所述盾体一端设置的所述伸缩连接杆的伸出长度小于远离所述盾体一端设置的所述伸缩连接杆的伸出长度。3.根据权利要求2所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述支撑座设置在所述支撑板的上方或者下方；所述支撑座包括刚性主体，所述刚性主体的中部设有半圆形凹槽，所述刚性主体上方设有弹性卡合件，所述弹性卡合件设置在所述半圆形凹槽的两侧并包裹所述注浆锚杆的外壁；所述半圆形凹槽内还嵌设有若干滚珠，所述滚珠抵接所述注浆锚杆的外壁。4.根据权利要求1所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述顶压组件包括设置在相邻所述连接梁之间的旋转轴，所述旋转轴的中部设有安装座，所述安装座内设有液压缸体，所述液压缸体的端部通过法兰盘与所述安装座连接，所述液压缸体的输出端连接有顶杆，所述顶杆朝向所述导向支撑组件设置；所述液压缸体的另一端通过连接件与所述第二支架组件连接。5.根据权利要求4所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述旋转轴的两端分别套设在所述连接梁内并与所述连接梁之间设有轴承，至少一侧的所述连接梁上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端伸入所述连接梁内并通过相互配合的伞齿...
【专利技术属性】
技术研发人员：许鑫，熊曙，谢宁，黄曼君，
申请(专利权)人：中国葛洲坝集团装备工业有限公司，
类型：新型
国别省市：
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