帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及隧洞建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于我國現(xiàn)代化發(fā)展的需要，隧洞建設(shè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通、水利、通信、冶金等諸多領(lǐng)域中。很多隧洞具有長、大、深埋、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，而硬巖掘進(jìn)機(jī)(即TBM)以其開挖巖石硬度范圍廣、作業(yè)環(huán)境好、信息化程度高、施工高效等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于隧洞建設(shè)中。
[0003]當(dāng)護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機(jī)穿越較差圍巖，尤其是穿越深埋長大隧洞的斷層破碎帶時(shí)，圍巖變形大，易塌方，且當(dāng)圍巖的徑向位移大于盾殼與開挖輪廓面之間的預(yù)留間隙，致使盾殼被卡死，稱之為卡盾?？ǘ軐?duì)工程進(jìn)度造成嚴(yán)重影響，例如昆明市公山隧洞TBM施工中，由于卡盾造成的停機(jī)時(shí)間占I至4月總時(shí)間的53%。卡盾對(duì)硬巖掘進(jìn)機(jī)施工的影響極大，目前，應(yīng)對(duì)卡盾問題的主要措施為卡盾后的脫困技術(shù)，例如:側(cè)導(dǎo)坑法、輔助坑道法和其他人工處理法等。而這些技術(shù)和方法均沒有從根源上解決卡盾問題，均為卡盾問題出現(xiàn)后采取的應(yīng)對(duì)措施。
[0004]因此，結(jié)合目前的超前探測(cè)技術(shù)，通過對(duì)開挖隧洞掌子面前方的巖土應(yīng)力進(jìn)行探測(cè)和分析，如何采取有效的措辭，使硬巖掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中避免卡盾現(xiàn)象的產(chǎn)生，成為從根源上解決卡盾問題的有效途徑。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)，通過擴(kuò)挖和柔性支護(hù)的方法，用于避免在高應(yīng)力地層掘進(jìn)的過程中發(fā)生卡盾現(xiàn)象，且能夠在掘進(jìn)的過程中，將柔性鋼拱架和管片同時(shí)進(jìn)行鋪設(shè)，節(jié)約了隧道掘進(jìn)后襯砌的時(shí)間和用工量。
[0006]為達(dá)到上述目的，所采取的技術(shù)方案是:
[0007]一種帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)，包括擴(kuò)挖刀盤、驅(qū)動(dòng)擴(kuò)挖刀盤掘進(jìn)的主驅(qū)動(dòng)、主驅(qū)動(dòng)后端部連接的主大梁、進(jìn)行臨時(shí)支撐且徑向可伸縮的圓形護(hù)盾、設(shè)置在主大梁后的支撐主推進(jìn)油缸的連接箱體和滑行大梁，所述的主大梁上設(shè)置柔性鋼拱架拼裝機(jī)，所述的滑行大梁上設(shè)置有管片拼裝機(jī)，所述的擴(kuò)挖刀盤包括擴(kuò)挖刀盤本體和在擴(kuò)挖刀盤本體周邊以不同的角度的一系列的擴(kuò)挖滾刀，所述的擴(kuò)挖滾刀通過擴(kuò)挖滾刀座設(shè)置在擴(kuò)挖刀盤本體上，擴(kuò)挖滾刀座與擴(kuò)挖刀盤本體鉸接，且在擴(kuò)挖滾刀座底部設(shè)置有控制各個(gè)擴(kuò)挖滾刀擴(kuò)挖量的擴(kuò)挖推進(jìn)油缸。
[0008]所述的圓形護(hù)盾包括護(hù)盾本體、沿護(hù)盾本體圓周均布的至少3塊外圍板、和驅(qū)動(dòng)外圍板徑向伸縮的支撐推進(jìn)油缸。
[0009]所述的在擴(kuò)挖刀盤進(jìn)行擴(kuò)挖時(shí)，各個(gè)擴(kuò)挖推進(jìn)油缸的推進(jìn)量沿?cái)U(kuò)挖刀盤本體呈遞進(jìn)形式。
[0010]所述的擴(kuò)挖滾刀數(shù)量為至少3個(gè)，各個(gè)擴(kuò)挖滾刀均布設(shè)置在擴(kuò)挖刀盤本體外緣，且各個(gè)擴(kuò)挖滾刀的擴(kuò)挖量沿圓周呈等差遞進(jìn)。
[0011]采用上述技術(shù)方案，所取得的有益效果是:
[0012]①本實(shí)用新型的硬巖掘進(jìn)機(jī)是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的卡盾現(xiàn)象，提供一種全新的解決思路，且其是對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的新的改進(jìn)，通過對(duì)擴(kuò)挖刀盤、圓形護(hù)盾結(jié)構(gòu)的改進(jìn)能夠有效的提高擴(kuò)挖深度和支護(hù)的穩(wěn)定性，方便后續(xù)的柔性鋼拱架的拼裝和剛性的混凝土預(yù)制管片的拼裝，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，擴(kuò)挖均勻增大。
[0013]②本實(shí)用新型采用柔性支護(hù)和剛性支護(hù)雙重支護(hù)的協(xié)同作用，用于避免在高應(yīng)力地層掘進(jìn)的過程中發(fā)生卡盾現(xiàn)象，并且能夠確保在擴(kuò)挖刀盤的掘進(jìn)的過程中，將柔性鋼拱架和管片同時(shí)進(jìn)行鋪設(shè)，節(jié)約了隧道掘進(jìn)后襯砌的時(shí)間和用工量。
[0014]③本發(fā)明的雙層支護(hù)是指柔性鋼拱架與剛性混凝土預(yù)制塊同時(shí)作用于隧道、隧洞的支護(hù)方式，其解決隧洞變形對(duì)掘進(jìn)機(jī)的卡滯問題，利用柔性解決隧洞地應(yīng)力釋放，利用剛性解決結(jié)構(gòu)受力問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的硬巖掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為擴(kuò)挖刀盤上角度A處擴(kuò)挖前、后擴(kuò)挖滾刀結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖。
[0017]圖3為擴(kuò)挖刀盤上角度B處擴(kuò)挖前、后擴(kuò)挖滾刀結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖。
[0018]圖4為擴(kuò)挖刀盤上角度C處擴(kuò)挖前、后擴(kuò)挖滾刀結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖。
[0019]圖5為圓形護(hù)盾縮回狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為圓形護(hù)盾伸出狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中序號(hào):1為擴(kuò)挖刀盤、101為擴(kuò)挖刀盤本體、102為擴(kuò)挖滾刀、103為擴(kuò)挖滾刀座、104為擴(kuò)挖推進(jìn)油缸、2為主驅(qū)動(dòng)、3為主大梁、4為圓形護(hù)盾、401為護(hù)盾本體、402為外圍板、403為支撐推進(jìn)油缸、5為連接箱體、6為主推進(jìn)油缸、7為滑行大梁、8為柔性鋼拱架拼裝機(jī)、9為管片拼裝機(jī)、10為鋼拱架、11為預(yù)制管片、12為仰拱塊、13為豆礫石、14為水泥漿液。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0023]參見圖1-圖6，一種帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)，包括擴(kuò)挖刀盤1、驅(qū)動(dòng)擴(kuò)挖刀盤I掘進(jìn)的主驅(qū)動(dòng)2、主驅(qū)動(dòng)2后端部連接的主大梁3、進(jìn)行臨時(shí)支撐且徑向可伸縮的圓形護(hù)盾4、設(shè)置在主大梁3后的支撐主推進(jìn)油缸6的連接箱體5和滑行大梁7，所述的主大梁3上設(shè)置柔性鋼拱架拼裝機(jī)8，所述的滑行大梁7上設(shè)置有管片拼裝機(jī)9，所述的擴(kuò)挖刀盤I包括擴(kuò)挖刀盤本體101和在擴(kuò)挖刀盤本體101周邊以不同的角度的一系列的擴(kuò)挖滾刀102，所述的擴(kuò)挖滾刀102通過擴(kuò)挖滾刀座103設(shè)置在擴(kuò)挖刀盤本體101上，擴(kuò)挖滾刀座103與擴(kuò)挖刀盤本體101鉸接，且在擴(kuò)挖滾刀座103底部設(shè)置有控制各個(gè)擴(kuò)挖滾刀擴(kuò)挖量的擴(kuò)挖推進(jìn)油缸104，所述的圓形護(hù)盾4包括護(hù)盾本體401、沿護(hù)盾本體401圓周均布的多塊外圍板402、和驅(qū)動(dòng)外圍板402徑向伸縮的支撐推進(jìn)油缸403，所述的在擴(kuò)挖刀盤I進(jìn)行擴(kuò)挖時(shí)，各個(gè)擴(kuò)挖推進(jìn)油缸的推進(jìn)量沿?cái)U(kuò)挖刀盤本體呈遞進(jìn)形式。
[0024]其中，擴(kuò)挖刀盤I在非擴(kuò)挖時(shí)開挖斷面的直徑為Φ l=8000mm ;沿著刀盤周邊分別間隔120°的位置安裝有具備不同擴(kuò)挖量的擴(kuò)挖滾刀102，如圖2所示，擴(kuò)挖滾刀102通過其擴(kuò)挖滾刀座103與擴(kuò)挖刀盤本體101鉸接，擴(kuò)挖時(shí)，擴(kuò)挖推進(jìn)油缸104推動(dòng)擴(kuò)挖滾刀座103使擴(kuò)挖滾刀102分別伸出刀盤外沿一定的尺寸，這些徑向尺寸即為每把刀的擴(kuò)挖量，其中dl=100mm、d2=200mm、d3=300mm。dl、d2、d3的數(shù)值相互遞進(jìn)，用以保證合理的刀間距，從而，隨著擴(kuò)挖刀盤I的旋轉(zhuǎn)，能均勻的將刀盤的開挖直徑增大到Φ2=8600πιπι。
[0025]圓形護(hù)盾4的外圍板402沿圓周方向分為上、下、左、右4 ±夬，如圖5所示。每塊圍板均可沿圓形護(hù)盾4徑向進(jìn)行伸縮，這樣，在刀盤擴(kuò)挖I之后，徑向伸縮的外圍板可對(duì)隧道圍巖進(jìn)行臨時(shí)支撐，如圖6所示。其中，護(hù)盾伸出前(如圖3所示)用于支護(hù)開挖直徑為Φ l=8000mm的隧道圓周面，護(hù)盾伸出后(如圖3所示)用于支護(hù)開挖直徑為Φ 2=8600mm的隧道圓周面。
[0026]柔性拱架拼裝機(jī)8和管片拼裝機(jī)9可同步工作。在掘進(jìn)機(jī)主驅(qū)動(dòng)2的后端部連接有主大梁3，主大梁3后端部連接有支撐主推進(jìn)油缸6的連接箱體5，主推進(jìn)油缸6的連接箱體5后面板上連接有安裝管片拼裝機(jī)9的滑行大梁7。柔性拱架拼裝機(jī)8生根于主驅(qū)動(dòng)2后端部和主大梁3之上，管片拼裝機(jī)9騎行于滑行大梁7上。柔性拱架拼裝機(jī)8用于柔性鋼拱架的拼裝作業(yè)，管片拼裝機(jī)9與主推進(jìn)油缸6共同作用，完成預(yù)制管片11的拼裝作業(yè)，因鋼拱架的拼裝作業(yè)與預(yù)制管片的拼裝作業(yè)存在空間上的前后錯(cuò)位，沿著隧道的掘進(jìn)方向，所述的柔性鋼拱架拼裝的軸向位置在管片拼裝位置之前3750mm的地方，因此可同步作業(yè)。其中，每環(huán)柔性鋼拱架的間距為750mm，每環(huán)預(yù)制管片的寬度為1500mm，因此，每環(huán)管片固定的騎行于兩環(huán)柔性鋼拱架之上，如此設(shè)計(jì)，可以保證管片和柔性鋼拱架之間的軸向定位。
[0027]在拼裝每一環(huán)的預(yù)制管片11之前，先在隧道的底部鋪設(shè)一片仰拱塊12，仰拱塊12的寬度尺寸為1500mm，與每環(huán)管片的寬度尺寸相同，仰拱塊12底部存在凹槽，柔性鋼拱架10嵌于凹槽之中，用于仰拱塊12和柔性鋼拱架10的相互定位，此外，仰拱塊12和柔性鋼拱架10還起著在注漿前支撐整環(huán)管片的作用。
[0028]在4環(huán)管片鋪設(shè)完成后，對(duì)柔性鋼拱架和預(yù)制管片之間的空腔內(nèi)注入豆礫石13和水泥漿液14進(jìn)行空腔填補(bǔ)和漿液凝固。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，包括擴(kuò)挖刀盤、驅(qū)動(dòng)擴(kuò)挖刀盤掘進(jìn)的主驅(qū)動(dòng)、主驅(qū)動(dòng)后端部連接的主大梁、進(jìn)行臨時(shí)支撐且徑向可伸縮的圓形護(hù)盾、設(shè)置在主大梁后的支撐主推進(jìn)油缸的連接箱體和滑行大梁，所述的主大梁上設(shè)置柔性鋼拱架拼裝機(jī)，所述的滑行大梁上設(shè)置有管片拼裝機(jī)，所述的擴(kuò)挖刀盤包括擴(kuò)挖刀盤本體和在擴(kuò)挖刀盤本體周邊以不同的角度的一系列的擴(kuò)挖滾刀，所述的擴(kuò)挖滾刀通過擴(kuò)挖滾刀座設(shè)置在擴(kuò)挖刀盤本體上，擴(kuò)挖滾刀座與擴(kuò)挖刀盤本體鉸接，且在擴(kuò)挖滾刀座底部設(shè)置有控制各個(gè)擴(kuò)挖滾刀擴(kuò)挖量的擴(kuò)挖推進(jìn)油缸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，所述的圓形護(hù)盾包括護(hù)盾本體、沿護(hù)盾本體圓周均布的至少3塊外圍板、和驅(qū)動(dòng)外圍板徑向伸縮的支撐推進(jìn)油缸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，所述的在擴(kuò)挖刀盤進(jìn)行擴(kuò)挖時(shí)，各個(gè)擴(kuò)挖推進(jìn)油缸的推進(jìn)量沿?cái)U(kuò)挖刀盤本體呈遞進(jìn)形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，所述的擴(kuò)挖滾刀數(shù)量為至少3個(gè)，各個(gè)擴(kuò)挖滾刀均布設(shè)置在擴(kuò)挖刀盤本體外緣，且各個(gè)擴(kuò)挖滾刀的擴(kuò)挖量沿圓周呈等差遞進(jìn)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種帶有雙層支護(hù)和可變管片直徑的硬巖掘進(jìn)機(jī)，包括可擴(kuò)挖的刀盤、可徑向伸縮的圓形護(hù)盾、柔性鋼拱架拼裝機(jī)、管片拼裝機(jī)等。所述的硬巖掘進(jìn)機(jī)在高應(yīng)力地層掘進(jìn)的過程中，通過擴(kuò)挖、柔性支護(hù)、管片支護(hù)、注豆礫石和注漿等工藝的協(xié)調(diào)作業(yè)，創(chuàng)造性地將卡盾防患于未然，同時(shí)，通過機(jī)械化的方式使硬巖隧道的襯砌作業(yè)一氣呵成。因此，本實(shí)用新型能夠避免硬巖掘進(jìn)機(jī)的卡盾問題，進(jìn)而提高掘進(jìn)效率，同時(shí)，亦能縮短硬巖隧道襯砌的時(shí)間和用工量。
【IPC分類】E21D11-08, E21D9-08, E21D11-10
【公開號(hào)】CN204511445
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520153540
【發(fā)明人】李建斌, 劉曉恒, 賀飛
【申請(qǐng)人】中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日