一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机及施工方法技术

本发明专利技术提供一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机及施工方法，TBM掘进机用于在隧洞内进行掘进施工，包括十字形撑靴，掘进组件和PLC控制组件，十字行撑靴由四个油缸组成，且四个油缸沿隧洞的断面方向相互垂直设置，且油缸的驱动端朝向隧洞的断面；包括球面刀盘和用于驱动球面刀盘转动的第一驱动组件，球面刀盘设置在第一驱动组件的驱动端，且位于贴近隧洞的断面一侧，用于对隧洞的断面进行破碎；至少一对第二驱动组件，其驱动端连接在第一驱组件上、非驱动端连接在十字行撑靴上，至少一对第二驱动组件用于驱动掘进组件向隧洞的断面发生位移；PLC控制组件与油缸连接，并控制油缸进行伸缩。可同时满足公路、铁路、水利等隧道工程的断面开挖需求。开挖需求。开挖需求。

【技术实现步骤摘要】
一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机及施工方法


[0001]本专利技术属于农业
，特别涉及一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机及施工方法。

技术介绍

[0002]全断面岩石隧道掘进机(TBM)广泛应用于公路、铁路、水利等隧道工程。常规TBM通过刀盘旋转滚压岩石实现隧道开挖，其开挖断面主要为圆形断面。但是公路隧洞一般为城门洞型，采用常规圆形TBM断面开挖需要进行底部回填，操作过程繁琐，施工难度大，容易造成工程浪费；铁路隧洞为鹅蛋或马蹄形断面，采用常规圆形TBM断面开挖对底板和侧面进行回填，不断增加施工难度同时，增加工程投资。
[0003]也即，对于通过常规全断面岩石隧道掘进机进行施工时，无法同时满足不同工程断面需求的要求，比如，无法同时满足公路、铁路、水利等隧道工程的断面开挖需求；
[0004]可见，对于如何同时满足多种工程类型的断面开挖需求，例如，同时满足公路、铁路、水利等隧道工程的断面开挖需求，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供的一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机，以至少解决上述技术问题；
[0006]为了解决上述问题，本专利技术的第一方面提供一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机，所述TBM掘进机用于在隧洞内进行掘进施工，所述TBM掘进机包括：十字形撑靴，所述十字行撑靴由上下、左右四个油缸组成，且四个所述油缸沿所述隧洞的断面方向相互垂直设置，且油缸的驱动端朝向所述隧洞的断面方向；掘进组件，包括球面刀盘和用于驱动所述球面刀盘转动的第一驱动组件，所述球面刀盘设置在所述第一驱动组件的驱动端，且位于贴近所述隧洞的断面一侧，用于对所述隧洞的断面进行破碎；至少一对第二驱动组件，至少一对所述第二驱动组件的驱动端连接在所述第一驱组件上、至少一对第二驱动组件的非驱动端连接在所述十字行撑靴上，至少一对所述第二驱动组件用于驱动所述掘进组件向所述隧洞的断面方向发生位移；PLC控制组件，所述PLC控制组件与所述油缸连接，并控制所述油缸进行伸缩。
[0007]在第一方面中，每一所述油缸的驱动端均设置有撑靴，所述撑靴用于与所述隧洞的内侧壁接触。
[0008]在第一方面中，所述TBM掘进机还包括TBM后备套；所述TBM后备套设置在所述第一驱动组件远离所述球面刀盘的一端。
[0009]在第一方面中，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件均为水平推动油缸；所述第一驱动组件与所述第二驱动组件之间通过一活动连接件连接，使所述第一驱动组件可相对于与所述第二驱动组件发生活动位移。
[0010]在第一方面中，所述球面刀盘为半球状；所述半球状的球面设置有切割部件，所述球面刀盘的正面可对所述隧洞的正面进行切割开挖，所述球面刀盘的侧面可对所述隧洞的
内侧壁进行切割开挖。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机的施工方法，所述掘进机包括：十字形撑靴、掘进组件和PLC控制组件，所述PLC控制组件与所述掘进组件连接并控制所述掘进组件掘进；所述施工方法包括：使所述十字形撑靴的支撑于所述隧道的断面上；所述PLC控制组件控制所述掘进组件进行掘进，以将隧洞的断面掘进成预设形状。
[0012]在第二方面中，所述PLC控制组件控制所述掘进组件进行掘进，以将隧洞的断面掘进成预设形状包括：所述PLC控制组件控制所述掘进组件按照直线轨迹方程进行掘进，以将所述隧洞的断面施工为圆形；所述直线轨迹方程为：(y＝kx+c)，所述y为隧洞轴线行程；所述k为隧洞纵向坡度；所述x为隧洞径向行程；所述c为常数。
[0013]在第二方面中，所述PLC控制组件控制所述掘进组件进行掘进，以将隧洞的断面掘进成预设形状包括：所述PLC控制组件控制所述掘进组件按照半椭圆曲线方程进行掘进，以将所述隧洞的断面施工为城门洞型；所述半椭圆曲线方程为：其中，所述Y为隧洞轴线行程，所述x为隧洞径向行程，所述a、b为常数。
[0014]在第二方面中，所述PLC控制组件控制所述掘进组件进行掘进，以将隧洞的断面掘进成预设形状包括：所述PLC控制组件控制所述掘进组件按照蛋圆曲线方程进行掘进，以将所述隧洞的断面施工为鹅蛋型；所述蛋圆曲线方程为：所述Y为隧洞轴线行程，所述x为隧洞径向行程，所述a、b为常数，所述k为隧洞纵向坡度。
[0015]在第二方面中，所述PLC控制组件控制所述掘进组件进行掘进，以将隧洞的断面掘进成预设形状包括：所述PLC控制组件控制所述掘进组件按照螺旋线方程进行掘进，以将所述隧洞的断面施工为马蹄型；所述螺旋线方程为：(x＝acosθ,y＝as i nθ,z＝bθ)，其中，所述Y为隧洞轴线行程，所述x为隧洞径向行程，所述a、b、θ为常数。
[0016]有益效果：本专利技术提出了一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机，通过十字形撑靴的四个油缸满足隧道断面开挖时的位移要求，在开挖时，通过第一驱动装置驱动掘进组件向断面方向驱动，以对断面进行破碎开挖，当隧洞断面的上下左右方向需要开挖时，即通过PLC控制组件控制对应的油缸发生伸缩动作，以对应将掘进组件向对应的方向贴近然后开挖；进而满足不同工程类型的断面形状开挖需求，例如，通过控制油缸沿断面的位移，可同时满足公路、铁路、水利等隧道工程的断面开挖需求，进而为工程推进提供一体高效的施工器械，达到了提高施工效率的技术目的。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
[0018]图1为本专利技术实施例一中多轨迹多断面一体化TBM掘进机的侧面结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例一中多轨迹多断面一体化TBM掘进机的侧视图；
[0020]图3为本专利技术实施例二中隧道被开挖形成的半椭圆轨迹断面示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例二中隧道被开挖形成的蛋圆曲线轨迹断面示意图。
[0022]附图标记说明：
[0023]1、球面刀盘；
[0024]2、第一驱动组件；
[0025]3、十字形撑靴；301、撑靴；302、油缸；
[0026]4、第二驱动组件；
[0027]5、隧洞；
[0028]6、TBM后备套。
具体实施方式
[0029]下面将结合附图，对本专利技术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所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机，所述TBM掘进机用于在隧洞内进行掘进施工，其特征在于，所述TBM掘进机包括：十字形撑靴，所述十字行撑靴由上下、左右四个油缸组成，且四个所述油缸沿所述隧洞的断面方向相互垂直设置，且油缸的驱动端朝向所述隧洞的断面方向；掘进组件，包括球面刀盘和用于驱动所述球面刀盘转动的第一驱动组件，所述球面刀盘设置在所述第一驱动组件的驱动端，且位于贴近所述隧洞的断面一侧，用于对所述隧洞的断面进行破碎；至少一对第二驱动组件，至少一对所述第二驱动组件的驱动端连接在所述第一驱组件上，至少一对所述第二驱动组件的非驱动端连接在所述十字行撑靴上，至少一对所述第二驱动组件用于驱动所述掘进组件向所述隧洞的断面方向发生位移；PLC控制组件，所述PLC控制组件与所述油缸连接，并控制所述油缸进行伸缩。2.根据权利要求1所述的一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机，其特征在于：每一所述油缸的驱动端均设置有撑靴，所述撑靴用于与所述隧洞的内侧壁接触。3.根据权利要求1所述的一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机，其特征在于，所述TBM掘进机还包括TBM后备套；所述TBM后备套设置在所述第一驱动组件远离所述球面刀盘的一端。4.根据权利要求1所述的一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机，其特征在于，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件均为水平推动油缸；所述第一驱动组件与所述第二驱动组件之间通过一活动连接件连接，使所述第一驱动组件可相对于与所述第二驱动组件发生活动位移。5.根据权利要求1所述的一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机，其特征在于，所述球面刀盘为半球状；所述半球状的球面设置有切割部件，所述球面刀盘的正面可对所述隧洞的正面进行切割开挖，所述球面刀盘的侧面可对所述隧洞的内侧壁进行切割开挖。6.一种多轨迹多断面一体化TBM掘进机的施工方法，所述掘进机包括：十字形撑靴、掘进组件和PLC控制组件，所述PLC控制组件与所述掘进组件连接并控制所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦鹏翔，李邵军，李超毅，肖亚勋，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：