[發明專利]一種新型復合防卡單護盾TBM及其施工方法

有效

• 申請號: 201810256901.5
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108286440B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 李龍飛;趙華;張寧川;賀飛;欒保成;張喜冬
• 申請（專利權）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/06;E21D9/093
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;董曉慧

本發明公開了一種新型復合防卡單護盾TBM及其施工方法，解決了現有技術中護盾式TBM卡機風險較高、安全系數低、盾體姿態不易調節的問題。本發明包括與控制系統相連接的刀盤、主驅動、前盾體和后盾體，所述前盾體包括上前盾和下前盾，后盾體包括上后盾和下后盾，上前盾和下前盾通過第一舉升油缸相連接，上前盾通過第二舉升油缸與主驅動相連接，下前盾通過第三舉升油缸與主驅動相連接；上后盾和下后盾分別通過第四舉升油缸、第五舉升油缸及變徑油缸相連接。本發明通過刀盤快速提升擴挖、盾體動態支護、主驅動調向、超前注漿等多種方式防止單護盾TBM在不良地層中卡機。同時可通過主驅動擺動實現盾體糾滾，從而實現單護盾TBM在硬巖地層中的使用。

技術領域

本發明涉及地下施工技術領域，特別是指一種新型復合防卡單護盾TBM及其施工方法。

背景技術

全斷面硬巖隧道掘進機（Full?Face?Tunnel?Boring?Machine），簡稱TBM，主要應用于硬巖地層的開挖，在城市軌道交通、市政、引水隧洞、鐵路、公路等領域具有廣泛應用。TBM根據結構形式可分為敞開式TBM和護盾式TBM，其中敞開式TBM主要包括凱式（雙X支撐）TBM和主梁式TBM，護盾式TBM主要包括雙護盾TBM和單護盾TBM。

根據地質條件不同，敞開式TBM主要應用于巖石穩定性好、軟弱圍巖占比較低的隧道，護盾式TBM主要應用于軟弱圍巖占比較大的隧道。在軟硬圍巖交互地層中，通常選用雙護盾TBM；在軟弱圍巖占比較高、巖石強度較低的地質條件下，通常選用單護盾TBM。

敞開式TBM主機較短，在主機后部布置多種支護設備和支護平臺，主要包括鋼拱架安裝裝置、錨桿鉆機、噴漿系統等，因此在軟弱圍巖中的通過性較好。然而在軟弱圍巖大變形底層、斷層破碎帶、高地應力等不良地層中，由于人工作業區域缺少防護，因此安全性較低。

護盾式TBM整個主機處在盾體防護之中，且后配套區域采用管片拼裝襯砌，因此安全性較高。但是與敞開式TBM相比，護盾式TBM主機較長，在大變形、斷裂破碎帶地層中卡機風險增加。

在軟弱圍巖占比較高的地層中掘進時，單護盾TBM通常通過刀盤雙向旋轉的方式調整盾體姿態。但是在硬巖地層中刀盤單向旋轉的特點使得單護盾TBM盾體滾轉無法有效解決，因此限制了其使用范圍。

發明內容

針對上述背景技術中的不足，本發明提出一種新型復合防卡單護盾TBM及其施工方法，解決了現有技術中護盾式TBM在大變形、斷裂破碎帶地層中卡機風險較高、安全系數低、盾體姿態不易調節的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種新型復合防卡單護盾TBM，包括刀盤、主驅動、前盾體和后盾體，主驅動設置在前盾體和后盾體的內部，刀盤安裝在前盾體的前部，后盾體安裝在前盾體的后部，所述前盾體包括上前盾和下前盾，后盾體包括上后盾和下后盾，上前盾和下前盾通過第一舉升油缸相連接，上前盾通過第二舉升油缸與主驅動相連接，下前盾通過第三舉升油缸與主驅動相連接；上后盾和下后盾分別通過第四舉升油缸、第五舉升油缸及變徑油缸相連接；下后盾的前端通過鉸接油缸與主驅動相連接，下后盾的后端通過復合油缸與主驅動相連接，上后盾和下后盾內部均設有用于頂緊管片的推進油缸，下后盾內部設有超前注漿管、超前鉆機和管片拼裝機，超前鉆機位于管片拼裝機的上方，超前注漿管與注漿機構相連接。

所述下后盾內固定連接有米字梁，主驅動的后部設有箱型鋼結構，箱型鋼結構內設有主機皮帶機；復合油缸包括第一復合油缸和第二復合油缸，第一復合油缸設置在箱型鋼結構的左右兩側，第二復合油缸設置在箱型鋼結構的上部。

所述第一復合油缸的一端與米字梁固定連接、另一端與箱型鋼結構面接觸，第二復合油缸的一端與米字梁相連接、另一端與箱型鋼結構相連接，主機皮帶機向前延伸至刀盤后部。

所述上后盾的前端通過變徑油缸與下后盾相連接，上后盾的中部通過第四舉升油缸與下后盾相連接，上后盾的后端通過第五舉升油缸與下后盾相連接。