專利名稱：一種具有多重掘進(jìn)模式及隧道支護(hù)方式的混合式tbm的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于盾構(gòu)及TBM工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種混合式TBM隧道施工工程裝備，具體為一種既適用于軟土、軟巖、硬巖等單一地層，同時(shí)適用于軟硬交替地層、復(fù)合過(guò)渡地層，并具有雙重掘進(jìn)模式、多重出渣方式、靈活支護(hù)方式的隧道工程施工裝備。
背景技術(shù)：
在具有世界地質(zhì)博物館之稱的中國(guó)，地層工程、水文地質(zhì)復(fù)雜，對(duì)于許多地下市政工程，施工區(qū)間以一種地質(zhì)為主，同時(shí)存在其它過(guò)渡地層及復(fù)雜地 層的地質(zhì)。盾構(gòu)法施工因具有對(duì)周圍環(huán)境影響小、施工速度快、工程質(zhì)量?jī)?yōu)良、施工安全環(huán)保、地質(zhì)適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，成為城市地下工程建設(shè)中首選施工方式。盾構(gòu)機(jī)的地質(zhì)適應(yīng)性、整機(jī)性能是盾構(gòu)隧道施工成敗的關(guān)鍵。地下市政工程盾構(gòu)及TBM應(yīng)用技術(shù)大致可以分為三種地層，以上海、鄭州等為主要代表的軟弱地層；以北京、廣州、成都等為代表的沙層、砂卵石及風(fēng)化巖等軟硬不均地層；以重慶、大連、青島等為代表的砂巖、板巖、花崗巖等硬巖地層。EPB盾構(gòu)在軟巖地質(zhì)中施工優(yōu)勢(shì)明顯，造價(jià)低廉，但設(shè)備對(duì)于超強(qiáng)硬巖地質(zhì)需要特殊設(shè)計(jì)。TBM在地質(zhì)單一的硬巖地層中掘進(jìn)效率占居優(yōu)勢(shì)，但設(shè)備總長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，工籌難度大，造價(jià)昂貴、應(yīng)用于市政地下工程優(yōu)勢(shì)難以充分發(fā)揮。TBM通用缺點(diǎn)為遇到不良地質(zhì)或軟、硬巖交替地層，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)急劇增大。具有多重開(kāi)挖模式、出渣方式及靈活支護(hù)模式功能的復(fù)合式TBM是今后地下市政工程施工裝備發(fā)展方向。針對(duì)國(guó)內(nèi)市政地下工程地質(zhì)中可能存在軟巖、硬巖、過(guò)渡復(fù)合地層工程地質(zhì)工況，并能夠根據(jù)具體特定地層選用合適的支護(hù)方式的隧道施工裝備，具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的只具有相對(duì)單一地層適應(yīng)性及單一洞壁支護(hù)方式的EPB盾構(gòu)及TBM已不能滿足復(fù)雜地層現(xiàn)代施工要求。提供一種既能在軟弱地層或圍巖較差地層中掘進(jìn)又兼具有硬巖掘進(jìn)機(jī)功能，特別是適用于市政地下工程項(xiàng)目的隧道施工裝備，在地層地質(zhì)變化時(shí)轉(zhuǎn)換掘進(jìn)模式及支護(hù)模式，使一臺(tái)設(shè)備具有更廣泛的地質(zhì)適應(yīng)性，并具有靈活的支護(hù)模式，同時(shí)配套施工干擾小，能有效降低工程風(fēng)險(xiǎn)，是隧道掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)及施工中的一大難題，也是制約隧道掘進(jìn)機(jī)使用范圍的重要原因。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型公開(kāi)一種既能適用于軟土、軟巖、硬巖等相對(duì)單一地層，同時(shí)兼具有適用于軟硬交替地層、復(fù)合過(guò)渡地層，具體為淤泥、粘土、砂土、沙礫、風(fēng)化巖、硬巖以及復(fù)合過(guò)渡地層的混合式TBM隧道施工裝備。本實(shí)用新型可以根據(jù)不同地層地質(zhì)情況及施工隧道支護(hù)要求可以采用土壓平衡模式、盾構(gòu)敞開(kāi)模式、TBM模式三種模式施工；同時(shí)可根據(jù)地層及施工要求采用兩種出渣方式螺旋輸送機(jī)出渣和主機(jī)皮帶機(jī)出渣方式；并可根據(jù)實(shí)際情況采取兩種洞壁支護(hù)方式管片襯砌支護(hù)方式及靈活的后期支護(hù)方式。設(shè)備具有很強(qiáng)的地質(zhì)適應(yīng)性，尤其適用于市政地下工程軟、硬、復(fù)合地層施工，同時(shí)整機(jī)造價(jià)低廉，對(duì)配套施工干擾小、控制方便，設(shè)備造價(jià)低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，滿足靈活支護(hù)施工功能需求。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的具有多重掘進(jìn)模式的混合式TBM，包括刀盤1，以及與刀盤I連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4，支撐驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4與刀盤I的前盾2、前盾2連接保壓人倉(cāng)系統(tǒng)5及中盾6、安裝在中盾6內(nèi)部的推進(jìn)系統(tǒng)7、與中盾6相連的主梁44、安裝在前盾2上的的穩(wěn)定器3、安裝在前盾2上的前盾擺動(dòng)缸31與安裝在中盾6上的與中盾擺動(dòng)缸15、與主梁44連的后 配套皮帶機(jī)13 ;土壓平衡模式與盾構(gòu)敞開(kāi)式還包括與刀盤I相連的中心回轉(zhuǎn)接頭18，安裝在主梁44上的管片拼裝機(jī)10 ;TBM模式還包括與布置在刀盤上的刮渣斗16及刀盤I背部的溜渣板17、連接在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4上的溜槽21、撐靴系統(tǒng)47，支撐環(huán)48、主機(jī)皮帶機(jī)一段22、主機(jī)皮帶機(jī)二段28。所述的前盾2的前盾殼體30左上部與右上部布置有穩(wěn)定器3，右下部與左下部設(shè)置有兩組前盾擺動(dòng)缸31 ;與前盾2的前盾殼體30連接的隔板上設(shè)置有超前注漿口、螺旋機(jī)前閘門32、膨潤(rùn)土口 34、平行與隧道中軸線方向的超前鉆機(jī)預(yù)留口 35、噴水口 36、泡沫口37、工業(yè)空氣口 38、土壓傳感器39、可拆解的前盾攪拌棒33，前盾攪拌棒33上加焊條網(wǎng)狀耐磨焊條；所述的中盾6的中盾殼體40內(nèi)布置有推進(jìn)油缸41，在推進(jìn)油缸41的連接處間設(shè)置有超前注漿管42，以及位于左下方與右下方的兩組共計(jì)四個(gè)的中盾擺動(dòng)缸15，尾盾8為可拆解筒體結(jié)構(gòu)，殼體外設(shè)置膨潤(rùn)土注入系統(tǒng)；所述的TBM模式下前盾2、中盾6、及尾盾8的盾構(gòu)體內(nèi)的主梁44為鉸接浮動(dòng)，主梁44設(shè)計(jì)形式及強(qiáng)度滿足管片拼裝機(jī)10行程及拼裝管片I及TBM撐靴系統(tǒng)47行程要求；主梁44上部布置有主梁連接桿46，下部布置有主梁油缸45 ;管片拼裝機(jī)10及撐靴系統(tǒng)47與主梁44間為滑道51支撐；撐靴系統(tǒng)47與主梁44間布置有微調(diào)彈簧52 ;撐靴系統(tǒng)47中的撐靴外設(shè)置有撐靴伸縮套53并連接有靴板50及撐靴油缸49，靴板50與撐靴油缸49間為球鉸連接；撐靴系統(tǒng)47與主梁44間為滑動(dòng)柔性連接，靴板50與洞壁間為柔性過(guò)渡支撐。積極有益效果本實(shí)用新型所述的混合式TBM，是以傳統(tǒng)的土壓平衡盾構(gòu)為基礎(chǔ)，吸取了硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)的原理及優(yōu)點(diǎn)的一種隧道掘進(jìn)機(jī)，適應(yīng)于軟土、硬巖、及軟硬交替地層，具體為淤、粘、粉、砂、卵礫、硬巖地層的隧道施工工程機(jī)械。在軟弱地層掘進(jìn)時(shí)對(duì)控制掌子面穩(wěn)定，地表沉降和保證施工安全時(shí)十分有利；在硬巖地層中對(duì)施工靈活性特別有利。混合式TBM可根據(jù)地層地質(zhì)情況、埋深情況、隧道支護(hù)要求采用土壓平衡式、盾構(gòu)敞開(kāi)式、TBM模式施工，并在需要的情況下進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換施工，尤其適用于市政地下工程，能同時(shí)適用于軟土、軟巖、硬巖、過(guò)渡地層及交替地的地下工程施工設(shè)備。本實(shí)用新型解決了設(shè)備同時(shí)在軟土、軟巖、過(guò)渡復(fù)合地層、硬巖地層中地質(zhì)適應(yīng)性及隧道洞壁支護(hù)靈活性施工需求。設(shè)備既具有硬巖快速掘進(jìn)功能，又具有開(kāi)挖面平衡功能；不但具有管片拼裝襯砌支護(hù)功能，而且又可以實(shí)現(xiàn)洞壁靈活支護(hù)的功能、出渣方式可以采用螺旋輸送機(jī)出渣方式，也可以采用主機(jī)皮帶機(jī)出渣方式。使土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)與TBM相互滲透、相互融合，拓展了設(shè)備的地質(zhì)適應(yīng)范圍，使單臺(tái)隧道掘進(jìn)設(shè)備具有更廣泛的地質(zhì)適應(yīng)性，適用于國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)市政地下工程施工。
圖I是本實(shí)用新型土壓平衡模式及盾構(gòu)敞開(kāi)模式主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的TBM掘進(jìn)模式主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型TBM模式或盾構(gòu)敞開(kāi)模式下出渣模式結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本實(shí)用新型TBM模式刀盤結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型前盾結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型中盾結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖I中A-A向剖面示意圖；圖8為圖2中B-B向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本實(shí)用新型掘進(jìn)模式向TBM轉(zhuǎn)換前洞壁支護(hù)方式結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本實(shí)用新型掘進(jìn)模式向TBM轉(zhuǎn)換后洞壁支護(hù)方式結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本實(shí)用新型TBM掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換為土壓平衡模式或盾構(gòu)敞開(kāi)式支護(hù)方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中為刀盤I、如盾2、穩(wěn)定器3、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4、保壓人倉(cāng)系統(tǒng)5、中盾6、推進(jìn)系統(tǒng)7、尾盾8、超前鉆機(jī)9、管片拼裝機(jī)10、管片11、螺旋輸送機(jī)12、后配套皮帶機(jī)13、鉸接油缸
14、中盾擺動(dòng)缸15、刮渣斗16、溜渣板17、中心回轉(zhuǎn)接頭18、切口耐磨層19、刀盤鋼結(jié)構(gòu)20、溜槽21、主機(jī)皮帶機(jī)一段22、橡膠板防塵23、鏈條防塵24、噴水降塵25、防塵護(hù)罩26、主機(jī)皮帶機(jī)伸縮油缸27、主機(jī)皮帶機(jī)二段28、皮帶張緊油缸29、前盾殼體30、前盾擺動(dòng)缸31、螺機(jī)前閘門32、前盾攪拌棒33、膨潤(rùn)土口 34、超前鉆機(jī)預(yù)留口 35、噴水口 36、泡沫口 37、工業(yè)空氣口 38、土壓傳感器39、中盾殼體40、推進(jìn)油缸41、超前注漿管42、米字梁43、主梁44、主梁油缸45、主梁拉桿46、撐靴系統(tǒng)47、支撐環(huán)48、撐靴油缸49、靴板50、滑道51、自適應(yīng)彈簧52、撐靴伸縮套53、第一管片環(huán)54、第二管片環(huán)55 ;第三管片環(huán)56、第四管片環(huán)57、混硬土 58、錨桿59、巖體60。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明所述的具有多重掘進(jìn)模式的混合式TBM，包括刀盤1，以及與刀盤連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4，支撐驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4與刀盤I的前盾2、前盾2連接保壓人倉(cāng)系統(tǒng)5及中盾6、安裝在中盾6內(nèi)部的推進(jìn)系統(tǒng)7、與中盾6相連的主梁44、安裝在前盾2上的的穩(wěn)定器3、安裝在前盾2上的前盾擺動(dòng)缸31與安裝在中盾6上的與中盾擺動(dòng)缸15、與主梁44連的后配套皮帶機(jī)13 ；土壓平衡模式與盾構(gòu)敞開(kāi)式還包括與刀盤I相連的中心回轉(zhuǎn)接頭18，安裝在主梁44上的管片拼裝機(jī)10 ;TBM模式還包括與布置在刀盤上的刮渣斗16及刀盤I背部的溜渣板17、連接在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4上的溜槽21、撐靴系統(tǒng)47，支撐環(huán)48、主機(jī)皮帶機(jī)一段22、主機(jī)皮帶機(jī)二段28。如圖4，所述的刀盤I為復(fù)合式刀盤，復(fù)合式刀盤I具有適應(yīng)不同地層的能力，刀具可以更換、換裝或者混裝。刀盤I為一整體焊接焊接鋼結(jié)構(gòu)20，，刀盤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能滿足硬巖掘進(jìn)強(qiáng)度要求，刀盤I設(shè)計(jì)可以滿足雙向旋轉(zhuǎn)開(kāi)挖需求，通過(guò)調(diào)整刀盤I轉(zhuǎn)向可以有效調(diào)節(jié)硬巖掘進(jìn)過(guò)程中盾體滾動(dòng)。刀盤I可同時(shí)適應(yīng)于硬巖或者軟巖，刀盤I破巖方式既可采用滾壓破巖，又可采用切削破巖，或者二者的復(fù)合。在硬巖地層中掘進(jìn)應(yīng)以滾刀破巖為主，軟巖地層中以切刀和齒刀為主，施工中可以確保刀盤對(duì)本地層的適應(yīng)性和施工的可靠性。刀盤背部設(shè)置有可拆卸的前盾攪拌棒33，刀盤I前部和后部布置有渣土改良端端口，可改善刀盤I適應(yīng)掌子面的能力，保證刀盤能適應(yīng)不同地質(zhì)地層掘進(jìn)要求。本實(shí)用新型所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2，可以滿足硬巖掘進(jìn)低貫入度，高轉(zhuǎn)速，大功率掘進(jìn)要求及刀盤脫困所需扭矩；如圖I、圖2、圖4，前盾2為整體焊接前盾殼體30，具有在硬巖地質(zhì)條件 下均進(jìn)具有吸收主機(jī)振動(dòng)作用，并在換刀時(shí)具有獲取換刀空間及穩(wěn)定盾體功能；布置在前盾2左上、右上的油缸伸靴式穩(wěn)定器3，掘進(jìn)時(shí)伸出支撐在徑向開(kāi)挖面上隨主機(jī)向前移動(dòng)；穩(wěn)定器3與盾體底部與開(kāi)挖面的接觸點(diǎn)一起形成三角形支撐結(jié)構(gòu)，伸靴的油缸可以吸收主機(jī)傳來(lái)的振動(dòng)，對(duì)刀盤I振動(dòng)形成半剛性約束，可有效減少刀盤的振動(dòng)及噪音；同時(shí)由于增加了約束點(diǎn)，增大了盾體與開(kāi)挖面的摩擦力以獲得較大的反扭矩，減少盾體由于刀盤I扭矩引起的滾轉(zhuǎn)速率。如遇盾體發(fā)生滾轉(zhuǎn)時(shí)，刀盤I可向相反方向旋轉(zhuǎn)開(kāi)挖掘進(jìn)，使盾體逐步回到正常位置。前盾殼體30連接的隔板上設(shè)置有超前注漿口、螺旋機(jī)前閘門32、膨潤(rùn)土口 34、平行與隧道中軸線方向的超前鉆機(jī)預(yù)留口 35、噴水口 36、泡沫口 37、工業(yè)空氣口 38、土壓傳感器39。如圖I、圖2、圖5所示，中盾6的中盾殼體40內(nèi)布置有推進(jìn)油缸41，在推進(jìn)油缸41的連接處間設(shè)置有超前注漿管42，以及位于左下方與右下方的兩組共計(jì)四個(gè)的中盾擺動(dòng)缸15，跟前盾擺動(dòng)缸31 —起其功能是通過(guò)盾體帶動(dòng)刀盤I擺動(dòng)獲得邊刀的更換空間，同時(shí)也可以在硬巖地質(zhì)中掘進(jìn)時(shí)輔助主機(jī)轉(zhuǎn)向和糾偏功能。中盾6周圍預(yù)留有超前注漿口，在硬巖地層中遇到破碎圍巖時(shí)，可在管片拼裝機(jī)10部位設(shè)置超前鉆機(jī)9，進(jìn)行超前地質(zhì)注漿加固作業(yè)，中盾內(nèi)的支架梁米字梁43。尾盾8為可拆解筒體結(jié)構(gòu)，殼體外設(shè)置膨潤(rùn)土注入系統(tǒng)，在掘進(jìn)過(guò)程中起到潤(rùn)滑尾盾與巖土作用，可減少大約600-1000T的推阻力，降低尾盾被卡風(fēng)險(xiǎn)，提高掘進(jìn)效率。所述的螺旋輸送機(jī)12為軸式或帶式輸送機(jī)，焊接在軸上的葉片在筒體內(nèi)形成半封閉結(jié)構(gòu)利于輸送松散碴土，葉片軸前部鑲焊復(fù)合耐磨合金塊，并在復(fù)合耐磨合金塊上再堆焊耐磨焊條；螺旋輸送機(jī)12設(shè)置有底部滑塊導(dǎo)向裝置，補(bǔ)焊修復(fù)時(shí)拆除螺旋機(jī)前部筒體與前盾2的聯(lián)結(jié)法蘭螺栓，借助人工導(dǎo)鏈吊拽螺旋機(jī)沿滑塊裝置抽出，在主機(jī)內(nèi)對(duì)葉片軸及前部筒體進(jìn)行補(bǔ)焊耐磨層。如圖I、圖2、圖7、圖8，位于前盾2、中盾6、及尾盾8的盾構(gòu)體內(nèi)的主梁44為鉸接浮動(dòng)，主梁44設(shè)計(jì)形式及強(qiáng)度滿足管片拼裝機(jī)10行程及拼裝管片I及TBM撐靴系統(tǒng)47行程要求；主梁44上部布置有主梁連接桿46，下部布置有主梁油缸45 ;管片拼裝機(jī)10及撐靴系統(tǒng)47與主梁44間為滑道51支撐；撐靴系統(tǒng)47與主梁44間布置有微調(diào)彈簧52 ;撐靴系統(tǒng)47中的撐靴外設(shè)置有撐靴伸縮套53并連接有靴板50及撐靴油缸49，靴板50與撐靴油缸49間為球鉸連接；撐靴系統(tǒng)47與主梁44間為滑動(dòng)柔性連接，靴板50與洞壁間為柔性過(guò)渡支撐。盾構(gòu)敞開(kāi)式或者TBM掘進(jìn)模式中如遇到破碎圍巖，需要超前地質(zhì)加固時(shí)，可臨時(shí)在適當(dāng)部位布置超前鉆機(jī)9，具有在穿越不穩(wěn)定圍巖地層時(shí)進(jìn)行超前地質(zhì)鉆孔，超前注漿地質(zhì)加固作用，有效降低工程施工風(fēng)險(xiǎn)。在需要進(jìn)行超前地質(zhì)勘測(cè)時(shí)利用布置在前盾2隔板上的超前鉆機(jī)預(yù)留口 35進(jìn)行平行于隧道中軸線方向地質(zhì)勘測(cè)。[0034]本實(shí)用新型根據(jù)不同地層地質(zhì)情況及施工隧道支護(hù)方式要求可以采用土壓平衡模式、盾構(gòu)敞開(kāi)掘進(jìn)模式、TBM掘進(jìn)模式三種模式施工，并在需要的情況下土壓平衡模式、盾構(gòu)敞開(kāi)式、TBM掘進(jìn)模式相互轉(zhuǎn)換，分別滿足不同地層施工及隧洞支護(hù)方式需求。以下分別對(duì)不同模式施工及模式轉(zhuǎn)換做進(jìn)一步闡述I、土壓平衡掘進(jìn)模式與盾構(gòu)敞開(kāi)掘進(jìn)模式共有特征如圖1，圖6所示，掘進(jìn)過(guò)程中，以前盾2、中盾6作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4及刀盤I的支撐，由推進(jìn)系統(tǒng)7為整機(jī)掘進(jìn)提供推力，并由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4帶動(dòng)復(fù)合式刀盤I回轉(zhuǎn)開(kāi)挖掘進(jìn)。能適應(yīng)不同地層的復(fù)合式刀盤I中部布置有中心回轉(zhuǎn)接頭18，中心回轉(zhuǎn)接頭18上設(shè)置有各自獨(dú)立的膨潤(rùn)土及泡沫通道，可同時(shí)向刀盤I前面注入膨潤(rùn)土和泡沫，在第一時(shí) 間內(nèi)對(duì)切削的碴土進(jìn)行攪拌獲得較好的混合效果。經(jīng)過(guò)改良的渣土通過(guò)復(fù)合式刀盤I進(jìn)入前盾2中的土壓倉(cāng)，在通過(guò)螺旋輸送機(jī)12輸送至后配套皮帶機(jī)13，然后經(jīng)后配套皮帶機(jī)13輸送至后配套拖車，然后由編組列車或者連續(xù)皮帶機(jī)運(yùn)出洞外。主機(jī)由推經(jīng)系統(tǒng)7協(xié)調(diào)控制提供推進(jìn)力向前推進(jìn)，并通過(guò)多組鉸接油缸14拖拉尾盾8向前掘進(jìn)。同時(shí)，管片拼裝機(jī)10拼裝管片11循環(huán)向前掘進(jìn)，由預(yù)先鋪設(shè)的管片11為掘進(jìn)提供反力，伴隨管片背襯的同步注漿加固，推進(jìn)系統(tǒng)7循環(huán)換步向前推進(jìn)，最終形成由環(huán)形管片襯砌的隧道。2、土壓平衡掘進(jìn)模式特征如圖I、圖6所示，盾構(gòu)在推進(jìn)系統(tǒng)7向前推進(jìn)掘進(jìn)的過(guò)程中，復(fù)合式刀盤I開(kāi)挖下來(lái)的渣土充滿前盾2內(nèi)的土壓倉(cāng)，同時(shí)控制螺旋輸送機(jī)12的出渣速率，必要時(shí)通過(guò)前盾2隔板上的工業(yè)空氣口 38使土壓倉(cāng)內(nèi)保持一定氣壓，最終達(dá)到土壓倉(cāng)內(nèi)的渣土產(chǎn)生的土壓力及空氣壓力平衡刀盤掌子面水土壓力，防止掌子面坍塌，涌水，最大限度的控制地表沉降，達(dá)到安全施工的目的。在此種掘進(jìn)模式下，穩(wěn)定器3、前盾擺動(dòng)缸31、中盾擺動(dòng)缸15收回不予工作，超前鉆機(jī)9暫不安裝。前盾2切口耐磨層19可增強(qiáng)切口耐磨性。土壓平衡模式掘進(jìn)必要建立部分氣壓時(shí)利用設(shè)置在前盾2隔板上的工業(yè)空氣口 38建立部分氣壓，與土壓一起平衡掌子面水土壓力。在進(jìn)行保壓檢修需要進(jìn)入土倉(cāng)時(shí)，通過(guò)保壓人倉(cāng)系統(tǒng)5作為進(jìn)入土倉(cāng)過(guò)渡空間，為作業(yè)人員安全提供保障。3、盾構(gòu)敞開(kāi)式掘進(jìn)模式特征如圖1，盾構(gòu)敞開(kāi)式掘進(jìn)模式中由推進(jìn)系統(tǒng)7提供推力，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4帶動(dòng)復(fù)合式刀盤I切削掌子面巖土，掉落下來(lái)的巖土進(jìn)入前盾中的2 土壓倉(cāng)。掘進(jìn)過(guò)程中不需要建立土壓倉(cāng)壓力，土壓倉(cāng)內(nèi)的渣塊經(jīng)螺旋輸送機(jī)12及后配套皮帶機(jī)13排出。4、TBM模式特征如圖2，圖3，TBM掘進(jìn)模式下，需組裝撐靴系統(tǒng)47中的撐靴、支撐環(huán)48。如圖2所示。撐靴系統(tǒng)47中的撐靴與主梁44間為滑道支撐，并可與主梁44間通過(guò)自適應(yīng)彈簧52適應(yīng)撐靴與主梁44間動(dòng)態(tài)微調(diào)。撐靴系統(tǒng)47中的撐靴由撐靴油缸49協(xié)調(diào)控制靴板50撐緊巖壁獲得摩擦反力，亦即為主機(jī)提供推進(jìn)反力。靴板50與撐靴油缸49間為球鉸連接，可實(shí)現(xiàn)與洞壁間柔性接觸，便于獲得穩(wěn)定的摩擦推進(jìn)反力。支撐環(huán)48為可拆解環(huán)形鋼結(jié)構(gòu)連接位于撐靴系統(tǒng)47中的撐靴外圍。曲線段掘進(jìn)調(diào)向有推進(jìn)油缸協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)。5、TBM掘進(jìn)循環(huán)特征如圖2、圖7，TBM掘進(jìn)循環(huán)過(guò)程為撐靴油缸49伸出帶動(dòng)撐靴系統(tǒng)47中的撐靴向外伸出撐緊巖壁，獲得摩擦反推進(jìn)力，待撐靴系統(tǒng)47中的撐靴的靴板50撐緊巖壁后，開(kāi)始一個(gè)掘進(jìn)行程，由推進(jìn)油缸7頂緊連接在撐靴系統(tǒng)47中的撐靴上的支撐環(huán)48獲得推進(jìn)反力。一個(gè)掘進(jìn)行程結(jié)束后，撐靴油缸49收回帶動(dòng)靴板50收回，同時(shí)通過(guò)撐靴系統(tǒng)47中的撐靴與主梁44間的行程油缸實(shí)現(xiàn)撐靴系統(tǒng)47中的撐靴向前移動(dòng)一個(gè)行程，至此一個(gè)掘進(jìn)換步結(jié)束。如此掘進(jìn)循環(huán)反復(fù)，掘進(jìn)不斷向前換步前進(jìn)。TBM模式出渣過(guò)程為硬巖渣塊通過(guò)刀盤I破巖后并經(jīng)過(guò)刮渣斗16，隨著刀盤I旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)渣塊順著溜渣板17溜進(jìn)溜槽21，渣塊掉進(jìn)主機(jī)皮帶機(jī)一段22，并依次進(jìn)過(guò)橡膠板防塵23、鏈條防塵24、噴水降塵25，防塵護(hù)罩26進(jìn)入主機(jī)皮帶機(jī)二段28，并最終由后配套皮帶機(jī)13將硬巖渣塊輸送到后部。主機(jī)皮帶機(jī)在需要換刀時(shí)可以將主機(jī)皮帶機(jī)一段22通過(guò)主機(jī)皮帶機(jī)伸縮油缸后退一定行程得到換刀空間。主機(jī)皮帶機(jī)二段28出渣斗處設(shè)置有皮帶張緊油缸29可以需要時(shí)張緊皮帶 。6、土壓平衡模式或盾構(gòu)敞開(kāi)式——TBM模式轉(zhuǎn)換推進(jìn)系統(tǒng)中7的推進(jìn)油缸41在管片拼裝模式推進(jìn)主機(jī)至一個(gè)管片寬度行程后，收回推進(jìn)系統(tǒng)中7的推進(jìn)油缸41。此時(shí)去除管片拼裝機(jī)10、尾盾6，停機(jī)拆除第一管片環(huán)54、第二管片環(huán)55兩環(huán)管片，剩余第三管片環(huán)56、第四管片環(huán)57，為后續(xù)工作留出空間，臨時(shí)組裝撐靴系統(tǒng)47中的撐靴、支撐環(huán)48，此時(shí)狀態(tài)如圖9。調(diào)整主梁油缸45使主梁44能滿足主梁44動(dòng)態(tài)微調(diào)要求，主梁拉桿46只起到保險(xiǎn)作用，全面進(jìn)行推進(jìn)系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試完畢后，至此土壓平衡模式或盾構(gòu)敞開(kāi)式至TBM模式轉(zhuǎn)換結(jié)束，如圖10所示。之后掘進(jìn)按照TBM模式進(jìn)行，隧道洞壁支護(hù)加固可與后期以靈活方式展開(kāi)，兩種模式轉(zhuǎn)換交接部位洞內(nèi)過(guò)渡修復(fù)伴隨支護(hù)進(jìn)行。7、TBM模式——土壓平衡模式或盾構(gòu)敞開(kāi)模式轉(zhuǎn)換當(dāng)掘進(jìn)模式需要向土壓平衡模式或盾構(gòu)敞開(kāi)式轉(zhuǎn)換時(shí)，停機(jī)將撐靴系統(tǒng)47中的撐靴從主梁44滑出，同時(shí)拆除支撐環(huán)48 ;并安裝尾盾6、管片拼裝機(jī)10，并拼裝一環(huán)至兩環(huán)管片11。同時(shí)在管片11附近巖體60圓周打錨桿59，并澆筑混凝土 58。當(dāng)混凝土 58澆筑完成后，此時(shí)狀態(tài)如圖10，并以此澆筑的混凝土 58為主機(jī)推進(jìn)油缸7提供推進(jìn)反力，至此模式轉(zhuǎn)換為管片拼裝模式完成。此后，掘進(jìn)按照土壓平衡模式和盾構(gòu)敞開(kāi)式掘進(jìn)開(kāi)挖，兩種掘進(jìn)模式交接區(qū)域支護(hù)做后期過(guò)渡處理。以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進(jìn)等，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有多重掘進(jìn)模式及隧道支護(hù)方式的混合式TBM，其特征在于包括刀盤(1)，以及與刀盤(I)連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)，支撐驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)與刀盤(I)的前盾(2)、前盾(2)連接保壓人倉(cāng)系統(tǒng)(5)及中盾(6)、安裝在中盾(6)內(nèi)部的推進(jìn)系統(tǒng)(7)、與中盾(6)相連的主梁(44)、安裝在前盾(2)上的穩(wěn)定器(3)、安裝在前盾(2)上的前盾擺動(dòng)缸(31)與安裝在中盾(6)上的與中盾擺動(dòng)缸(15)、與主梁(44)連的后配套皮帶機(jī)(13) ;土壓平衡模式與盾構(gòu)敞開(kāi)式還包括與刀盤(I)相連的中心回轉(zhuǎn)接頭(18)，連接于前盾(2)的螺旋輸送機(jī)(12)、與中盾(6)通過(guò)鉸接油缸(14)與尾盾(8)鉸接；安裝在主梁(44)上的管片拼裝機(jī)(10);TBM模式還包括與布置在刀盤(I)上的刮渣斗(16)及刀盤(I)背部的溜渣板(17)、連接在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)上的溜槽(21)、撐靴系統(tǒng)(47)，支撐環(huán)(48)、控制主機(jī)皮帶機(jī)一段(22)后退的主機(jī)皮帶機(jī)伸縮油缸(27)、主機(jī)皮帶機(jī)二段(28)及皮帶張緊油缸(29)、橡膠板防塵(23)、鏈條防塵(24)、噴水降塵(25)，防塵護(hù)罩(26)，位于中盾(6)部位的超前鉆機(jī)(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有多重掘進(jìn)模式及隧道支護(hù)方式的混合式TBM，其特征在于前盾(2)的前盾殼體(30)左上部與右上部布置有穩(wěn)定器(3)，右下部與左下部設(shè)置有兩組前盾擺動(dòng)缸(31);與前盾(2)的前盾殼體(30)連接的隔板上設(shè)置有超前注漿口、螺旋機(jī)前閘門(32)、膨潤(rùn)土口(34)、平行與隧道中軸線方向的超前鉆機(jī)預(yù)留口(35)、噴水口(36)、泡沫口(37)、工業(yè)空氣口(38)、土壓傳感器(39)、可拆解的前盾攪拌棒(33)，前盾攪拌棒(33)上加焊條網(wǎng)狀耐磨焊條。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有多重掘進(jìn)模式及隧道支護(hù)方式的混合式TBM，其特征在于中盾￠)的中盾殼體(40)內(nèi)布置有推進(jìn)油缸(41)，在推進(jìn)油缸(41)的連接處間設(shè)置有超前注漿管(42)，以及位于左下方與右下方的兩組共計(jì)四個(gè)的中盾擺動(dòng)缸(15)，尾盾(8)為可拆解筒體結(jié)構(gòu)，殼體外設(shè)置膨潤(rùn)土注入系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有多重掘進(jìn)模式及隧道支護(hù)方式的混合式TBM，其特征在于前盾⑵、中盾(6)、及尾盾⑶的盾構(gòu)體內(nèi)的主梁(44)為鉸接浮動(dòng)，主梁(44)設(shè)計(jì)形式及強(qiáng)度滿足管片拼裝機(jī)(10)行程及拼裝管片(I)及TBM撐靴系統(tǒng)(47)行程要求；主梁(44)上部布置有主梁連接桿(46)，下部布置有主梁油缸(45);管片拼裝機(jī)(10)及撐靴系統(tǒng)(47)與主梁(44)間為滑道(51)支撐；撐靴系統(tǒng)(47)與主梁(44)間布置有微調(diào)彈簧(52);撐靴系統(tǒng)(47)中的撐靴外設(shè)置有撐靴伸縮套(53)并連接有靴板(50)及撐靴油缸(49)，靴板(50)與撐靴油缸(49)間為球鉸連接；撐靴系統(tǒng)(47)與主梁(44)間為滑動(dòng)柔性連接，靴板(50)與洞壁間為柔性過(guò)渡支撐。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種具有多重掘進(jìn)模式及隧道支護(hù)方式的混合式TBM，包括刀盤，以及與刀盤連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，支撐驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與刀盤的前盾、前盾連接保壓人倉(cāng)系統(tǒng)及中盾、安裝在中盾內(nèi)部的推進(jìn)系統(tǒng)、與中盾相連的主梁、安裝在前盾上的穩(wěn)定器、安裝在前盾上的前盾擺動(dòng)缸與安裝在中盾上的與中盾擺動(dòng)缸、與主梁連的后配套皮帶機(jī)；土壓平衡模式與盾構(gòu)敞開(kāi)式還包括與刀盤相連的中心回轉(zhuǎn)接頭，連接于前盾的螺旋輸送機(jī)、與中盾通過(guò)鉸接油缸與尾盾鉸接；安裝在主梁上的管片拼裝機(jī)。本實(shí)用新型具有很強(qiáng)的地質(zhì)適應(yīng)性，尤其適用于市政地下工程軟、硬、復(fù)雜地層施工，同時(shí)整機(jī)造價(jià)低廉，模式轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單、對(duì)配套施工干擾小、控制方便，滿足施工靈活支護(hù)方式使用需求。
文檔編號(hào)E21D9/08GK202441383SQ201120397869
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者卓興建, 張寧川, 李建斌, 袁文征, 賀飛, 趙華 申請(qǐng)人:中鐵隧道裝備制造有限公司