一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置及方法制造方法及图纸

一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置及方法，它包括前护盾、中护盾、尾护盾，中护盾为与隧洞断面匹配的环形闭合结构，前护盾的两侧设有从前护盾前端向中护盾倾斜的斜面，尾护盾为与隧洞周边围岩耦合的光滑面板支撑结构，中护盾位于尾护盾一侧安装有多个用于顶推整个护盾装置移动的顶进千斤顶，前护盾和中护盾在位于斜面的上侧安装有多个用于打设隧洞土体的掘进装置。通过前护盾、中护盾、尾护盾形成支护体系，斜面抵进掌子面，在开挖掌子面时，前护盾对土体形成支撑，保护施工安全,在开挖隧洞时，土体从掌子面排出，排土方便快捷。同时护盾紧跟顶进并在尾护盾中进行拱架或管片安装，实现隧洞施工作业始终在棚架、护盾和管片保护下进行。进行。进行。

【技术实现步骤摘要】
一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置及方法


[0001]本专利技术涉及隧洞施工
，尤其涉及一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置及方法。

技术介绍

[0002]在中短长度软岩隧洞施工中为保证围岩稳定现都是采用大管棚超前支护，小导管超前支护，注浆加固，配合采用短台阶分步开挖或采取CD法，CRD法，双侧壁导坑法等小断面破挖+临时支撑后扩挖的工艺，单循环开挖断面小，难以采用机械化作业，且临时加固工作量大，效率不高，安全风险仍然偏高。为此对一些长度较大的隧洞现开始推广效率和安全性很高全机械化的岩石掘进机（TBM），这种技术比较适合岩石强度中等以下的圆形断面隧洞。但交通隧洞经济断面为马蹄形，特别是许多隧洞穿越的岩石软硬相间，强度变化大，现在的TBM设备遇到特别坚硬的岩石掘进效率特别低，不能满足施工要求，且中途难以切换。由于TBM设备安装拆卸工作量较大，对于中短长度隧洞施工也不经济。对于中短长度隧洞、围岩软硬相间等复杂地质情况隧洞、非圆形断面岩石隧洞还是采用钻爆法施工较为普遍。研究一种软弱岩隧洞安全高效快速的钻爆法施工设备和工艺一直是行业的追求。
[0003]中国专利文献CN114876488A，公开/公告日2022年08月09公开了一种隧道的施工方法及壳式隧道掘进机，该方法以待开挖隧道的断面轮廓线为基准，采用掘进方式先开挖隧道的断面轮廓线部分，然后再采用人工、机械或爆破施工方法进行全断面开挖隧道的中间剩余部分，本专利技术通过先让一种壳式隧道掘进机开挖进岩土体一段距离，工人再在壳体内开挖，为工人提供一个更安全的工作环境。壳式隧道掘进机壳内外都有超挖，允许围岩一定变形，充分了发挥围岩自稳能力。其特点在于，在壳体的支撑下可以阻止围岩发生大变形，并且壳内未开挖的土体相当于预留核心土，减少隧道开挖对围岩的影响，降低隧道拱顶沉降和周边收敛，减少隧道开挖对地面既有建筑的影响。其不足在于，其一、掘进壳的前端布满刀盘，只要有一处刀盘因岩石受阻，整个掘进机将无法工作；其二，该掘进机的排土是通过底部两侧的运土管进行排土的，所有刀盘切屑的土体均需要经过收纳土盒进入到运土管内，由于地质情况的复杂性，当有石块进入到收纳土盒内，将造成收纳土盒内卡阻，使整个掘进机也无法工作。

技术实现思路

[0004]一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，它包括前护盾、中护盾、尾护盾，所述前护盾连接在中护盾前部，尾护盾连接在中护盾的后部，所述中护盾为与隧洞开挖轮廓匹配的环形闭合结构，用于支撑周边围岩稳定，所述前护盾的两侧设有从前护盾前端向中护盾倾斜的斜面，所述尾护盾为与隧洞周边围岩耦合的光滑面板支撑结构，用于在其内侧安装隧洞初期支护的拱架或管片，中护盾位于尾护盾一侧安装有多个用于顶推整个护盾装置移动的顶进千斤顶，前护盾在位于斜面的上侧安装有多个用于打设临时棚架和切削土体的掘进装置，掘进装置的前端伸出前护盾。
[0005]所述中护盾包括弧形顶部和底座，底座位于弧形顶部的下侧，弧形顶部两侧沿隧洞开挖轮廓延伸与底座的两端连接固定。
[0006]所述前护盾包括帽檐部和支撑部，支撑部连接在帽檐部的两端，帽檐部以及两侧的支撑部与中护盾的弧形顶部对接，所述斜面设置在支撑部远离中护盾一侧，且从帽檐部前端向中护盾倾斜；所述尾护盾为与隧洞开挖轮廓耦合的弧形结构，弧形结构的下端两侧与底座之间留有缺口。
[0007]所述掘进装置包括钻机、钻杆和钻机顶推油缸，所述钻机安装在中护盾内，钻杆一端与钻机连接，另一端沿中护盾和前护盾延伸并伸出前护盾，钻机顶推油缸安装在钻机位于钻杆的另一端，钻机顶推油缸一端支撑在中护盾尾部，另一端与钻机连接，钻机顶推油缸的活塞杆伸出推动钻机及钻杆，钻机旋转带动钻杆向隧洞掌子面土体钻进，形成栅式棚架。
[0008]所述前护盾位于帽檐部的前端安装有多个用于切削土体的切削刀盘，切削刀盘通过钻杆驱动而工作。
[0009]所述前护盾的帽檐部前端安装有多个前部机座，切削刀盘安装在前部机座上，切削刀盘中心设有通孔，钻杆穿过通孔后向前伸出，钻杆上套装有套筒，钻杆转动同时带动套筒转动，套筒与切削刀盘通过通孔内壁与套筒外壁配合的键齿结构传动 ；所述键齿结构包括至少两个设置在通孔内壁的第一凸键，以及至少两个设置在套筒外壁的第二凸键，第一凸键和第二凸键配合，形成啮合连接传动。
[0010]所述掘进装置包括锯齿切削钢板，所述锯齿切削钢板的下侧固设有滑动限位柱，靠近锯齿切削钢板的锯齿根部固设有滑动限位块，锯齿切削钢板安装在前护盾的帽檐部前端上侧，锯齿切削钢板与帽檐部的上侧面贴合，滑动限位柱与帽檐部上侧的限位滑槽配合，滑动限位块抵靠在帽檐部的前端，锯齿切削钢板的底部靠近两端位置分别与钢索的一端连接，钢索通过定滑轮组安装在帽檐部内，帽檐部内设有偏心圆盘，钢索的另一端与偏心圆盘连接，偏心圆盘转动时，拉动两侧钢索伸缩，从而带动帽檐部前端的锯齿切削钢板在贴合在帽檐部上往复摆动。
[0011]所述前护盾、弧形顶部，以及尾护盾分别由三块曲面板通过第一铰接结构连接，且弧形顶部的下端两侧分别通过第二铰接结构连接在底座的两侧，所述底座设有可伸缩调节的伸缩结构，使底座能够调节宽度，底座两侧位于弧形顶部的下方分别设有用于支撑护盾装置结构的顶升式桅杆。
[0012]采用一项所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置进行软岩隧洞全断面开挖的方法，包括以下步骤：Step1：先将隧洞掘进一段距离作为始发洞或在洞口浇筑支撑反力墙，并将掌子面处理稳定；Step2：按照中护盾、尾护盾、前护盾、切削刀盘、钻杆的顺序进行护盾组装，组装完成后将顶进千斤顶支撑在反力墙或隧洞内侧墙预埋的支撑体上，顶推护盾装置将其前端抵压在隧洞开挖的掌子面上；Step3：启动钻机，将钻杆往未开挖的土体内打设4.5
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5米形成栅式棚架；Step4：钻杆回缩30
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40cm，使得钻杆上键槽与套筒上的键槽重合，安装连接键后固定；Step5：将钻杆和套筒再一起回缩，使套筒与切削刀盘配合传动；
Step6：悬臂掘进开挖设备通过护盾装置内腔对隧洞前面的掌子面进行掘进开挖，同时钻机驱动钻杆带动切削刀盘对隧洞轮廓线内未开挖到的土体进行切削，并通过掌子面进行排土，后面顶进千斤顶顶推护盾跟进继续切土；Step7：待护盾装置前行30
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40cm以后停止护盾装置顶推，启动钻机后面的钻机顶推油缸推动钻杆前行继续管棚的打设40
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50cm深；Step8：重复步骤Step5～7，待护盾装置在隧洞内前行达到一个拱架或管片安装步距后，可停止顶推作业，顶进千斤顶缩回，安装拱架或管片对隧洞进行加固，成环后进行喷混凝土或回填灌浆施工，顶进千斤顶伸出，抵紧拱架或管片一侧；Step9：重复步骤Step5～8，实现隧洞掘进施工。
[0013]采用一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置进行软岩隧洞全断面开挖的方法，当采用锯齿切削钢板时，顶进千斤顶支撑在反力墙或隧洞内侧墙预埋的支撑体上，顶推护盾装置将其前端抵压在隧洞开挖的掌子面上，悬臂掘进开挖设备通过护盾内腔对隧洞前面掌子面进行掘进开挖，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，它包括前护盾（1）、中护盾（2）、尾护盾（3），所述前护盾（1）连接在中护盾（2）前部，尾护盾（3）连接在中护盾（2）的后部，所述中护盾（2）为与隧洞开挖轮廓匹配的环形闭合结构，用于支撑周边围岩稳定，所述前护盾（1）的两侧设有从前护盾（1）前端向中护盾（2）倾斜的斜面（103），所述尾护盾（3）为与隧洞周边围岩耦合的光滑面板支撑结构，用于在其内侧安装隧洞初期支护的拱架或管片（6），中护盾（2）位于尾护盾（3）一侧安装有多个用于顶推整个护盾装置移动的顶进千斤顶（4），前护盾（1）在位于斜面（103）的上侧安装有多个用于打设临时棚架和切削土体的掘进装置，掘进装置的前端伸出前护盾（1）。2.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述中护盾（2）包括弧形顶部（201）和底座（202），底座（202）位于弧形顶部（201）的下侧，弧形顶部（201）两侧沿隧洞开挖轮廓延伸与底座（202）的两端连接固定。3.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述前护盾（1）包括帽檐部（101）和支撑部（102），支撑部（102）连接在帽檐部（101）的两端，帽檐部（101）以及两侧的支撑部（102）与中护盾（2）的弧形顶部（201）对接，所述斜面（103）设置在支撑部（102）远离中护盾（2）一侧，且从帽檐部（101）前端向中护盾（2）倾斜；所述尾护盾（3）为与隧洞开挖轮廓耦合的弧形结构，弧形结构的下端两侧与底座（202）之间留有缺口（31）。4.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述掘进装置包括钻机（5）、钻杆（9）和钻机顶推油缸（16），所述钻机（5）安装在中护盾（2）内，钻杆（9）一端与钻机（5）连接，另一端沿中护盾（2）和前护盾（1）延伸并伸出前护盾（1），钻机顶推油缸（16）安装在钻机（5）位于钻杆（9）的另一端，钻机顶推油缸（16）一端支撑在中护盾（2）尾部，另一端与钻机（5）连接，钻机顶推油缸（16）的活塞杆伸出推动钻机（5）及钻杆（9），钻机（5）旋转带动钻杆（9）向隧洞掌子面（12）土体钻进，形成栅式棚架（10）。5.根据权利要求4所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述前护盾（1）位于帽檐部（101）的前端安装有多个用于切削土体的切削刀盘（11），切削刀盘（11）通过钻杆（9）驱动而工作。6.根据权利要求5所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述前护盾（1）的帽檐部（101）前端安装有多个前部机座（14），切削刀盘（11）安装在前部机座（14）上，切削刀盘（11）中心设有通孔（111），钻杆（9）穿过通孔（111）后向前伸出，钻杆（9）上套装有套筒（15），钻杆（9）转动同时带动套筒（15）转动，套筒（15）与切削刀盘（11）通过通孔（111）内壁与套筒（15）外壁配合的键齿结构传动 ；所述键齿结构包括至少两个设置在通孔（111）内壁的第一凸键（112），以及至少两个设置在套筒（15）外壁的第二凸键（151），第一凸键（112）和第二凸键（151）配合，形成啮合连接传动。7.根据权利要求1、4
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6任意一项所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述掘进装置包括锯齿切削钢板（7），所述锯齿切削钢板（7）的下侧固设有滑动限位柱（71），靠近锯齿切削钢板（7）的锯齿根部固设有滑动限位块（72），锯齿切削钢板（7）安装在前护盾（1）的帽檐部（101）前端上侧，锯齿切削钢板（7）与帽檐部（101）的上侧面贴合，滑动限位柱（71）与帽檐部（101）上侧的限位滑槽（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕芝林，余晓川，郭光文，冯均，吴海军，夏云，邹吉龙，董奇德，柳扬，胡星炜，骆军，王金，魏玉红，
申请(专利权)人：中国葛洲坝集团路桥工程有限公司，
类型：发明
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