[發明專利]新型雙模式TBM及其控制方法

有效

• 申請號: 201110317494.2
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN102410027A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 李建斌;張寧川;趙華;卓興建;袁文征;賀飛
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道裝備制造有限公司
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/093;E21D9/04;E21D11/10
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 馬忠

技術領域

本發明屬于盾構及TBM工程技術領域，具體為一種新型雙模式TBM(混合式TBM)及其控制方法。

背景技術

EPB盾構(土壓平衡掘進機)及TBM(全斷面硬巖掘進機)是利用回轉刀具開挖，同時破碎洞內圍巖及掘進，形成全斷面隧道的一種新型、先進的隧道施工機械，被廣泛應用于鐵路、水利、電力、核電、交通等領域，對工程施工具有快速、優質、安全、經濟、環保等諸多突出優點，是隧道建設中首選施工方案。目前，國外相關盾構及TBM技術已經基本成熟，國內整套技術國產化能力正在穩步提升。隨著國家十一五、十二五期間鐵路、地鐵、水利、核電等諸多大型項目建設，國內盾構及TBM行業引領國內制造業制造技術水平將向產業更深層次延伸。

硬巖TBM在良好地層中掘進效率占居優勢，但設備總長過長，占用場地大，TBM掘進與車站施工、后續施工存在一定干擾，工籌難度加大，造價昂貴、耗資嚴重。TBM通用缺點為遇到不良地質或軟巖、硬巖交替地層，施工風險及難度急劇增大。雙護盾TBM主機較長，在圍巖急劇收斂或者小曲線掘進過程中主機被卡風險急劇增大。EPB盾構則在軟土中掘進具有無可比擬的優勢，成套技術成熟、造價低廉，對其他各項施工干擾小。針對部分線路地質中既有硬巖也有軟巖工程地質特殊工況，導致TBM在軟巖中不能順利掘進而常規EPB盾構又不能應用于硬巖情況。

因此，急需一種既能在較軟地層或圍巖較差地層中掘進又兼具有硬巖掘進機性能的隧道施工裝備，使一臺設備具有更廣泛的地質適應性，同時對配套施工干擾小，降低工程風險，是隧道掘進機設計及施工中的一大難題，也是制約隧道掘進機使用范圍的重要原因。

發明內容

為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供了一種可同時滿足軟巖及硬巖地層掘進的雙模式TBM及其控制方法。本發明可實現兩種掘進模式，開挖面不能自穩時為EPB盾構模式軟巖掘進，開挖面自穩性良好時為TBM模式硬巖掘進；設備具有較強地質適應性，同時整機結構相對簡單，模式轉換方便，對配套施工干擾小、控制方便，設備造價低廉、經濟實用。

本發明的的目的是這樣實現的：

新型雙模式TBM，其特征在于：包括刀盤1、以及與刀盤1連接的若干筒節的盾體系統、以及位于盾體系統內的主驅動4、保壓人倉5、推進油缸7，位于螺旋輸送機12、管片拼裝機10、反力系統及超前鉆機17；

所述的盾構體系統包括與刀盤1連接的前盾2，與前盾2連接的中盾6，與中盾6連接的尾盾8；前盾2的左上、右上方位布置有穩定器3，左下、右下部位布置有擺動缸18；刀盤1連接有位于盾體系統內的主驅動4，主驅動4連接有位于中盾6內的推進油缸7，中盾6的左下、右下方位同時布置有擺動缸18；中盾6與尾盾8間設置有多組鉸接油缸16；

所述的反力系統包括擋環9、鋼支撐13、撐靴環11、導向環15，擋環9、鋼支撐13、撐靴環11為一可隨時拆卸組裝的連接結構；撐靴環11為可拆解環形鋼結構，鋼支撐位置22與撐靴環11筋板對應布置在撐靴環11的左上、右上、左下、右下四個區域對稱布置有撐靴缸20；每個撐靴缸20與靴板23間均為球角柔性連接；撐靴環11下部分布有耐磨條21，撐靴環11的環片間通過連接法蘭19連接；擋環9與中盾6周圍對稱點位推進油缸7撐靴間設置有撐靴環拖拉裝置；導向環15為設置在尾盾8內側的可拆卸導向環；管片14通過位于尾盾8內的管片拼裝機10在盾構殼體23外進行拼裝。

所述的前盾6周圍預留有超前注漿口，位于尾部盾8管片拼裝機10部位布置有超前鉆機17。

所述的新型雙模式TBM的控制方法為：

1)、EPB掘進模式：

軟土地質模式掘進時，在刀盤掌子面建立壓力以平衡水土壓力，防止掌子面坍塌，涌水，減小沿線地表沉降；同時利用刀盤1推進，管片拼裝機10拼裝管片14循環向前掘進，由預先鋪設的管片14為掘進提供反力，伴隨管片14背襯的同步注漿加固，推進油缸7循環換步向前推進，最終形成由環形管片襯砌的隧道；

2)、TBM掘進模式：