[發(fā)明專利]組合式TBM及實(shí)現(xiàn)超前導(dǎo)洞和超前探測(cè)的掘進(jìn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810554910.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108798689B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周輝;龔春艷;盧景景;張傳慶;楊凡杰;胡大偉;高陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所;湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D9/087
• 分類號(hào): E21D9/087;E21D9/12
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 魏彥

一種組合式TBM及實(shí)現(xiàn)超前導(dǎo)洞和超前探測(cè)的掘進(jìn)方法，涉及隧道及地下工程施工領(lǐng)域。組合式TBM包括掘進(jìn)方向相同的超前TBM和擴(kuò)挖TBM，該組合式TBM實(shí)現(xiàn)分部開(kāi)挖，提高了復(fù)雜地質(zhì)條件下深部地下洞室開(kāi)挖的靈活性及適應(yīng)性，且操作方便，有利于極端條件下的TBM自主脫困；超前TBM開(kāi)挖使圍巖更充分地提前釋放能量，大幅降低巖爆風(fēng)險(xiǎn)，且便于在超前TBM上布置各種巖爆預(yù)處理措施和各種超前探測(cè)手段，從而實(shí)現(xiàn)防治巖爆和對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件進(jìn)行超前探測(cè)的目的；超前TBM開(kāi)挖形成自由面，有利于提高總體破巖效率，降低綜合能耗；減小開(kāi)挖造成的圍巖擾動(dòng)和變形破壞，有效減輕由圍巖大變形造成的TBM卡機(jī)，有利于保障人機(jī)安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道及地下工程施工領(lǐng)域，具體而言，涉及一種組合式TBM(TunnelBoring Machine，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī))及實(shí)現(xiàn)超前導(dǎo)洞和超前探測(cè)的掘進(jìn)方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)隧道建設(shè)如火如荼，其中采用TBM施工的比例越來(lái)越高。TBM是一種利用回轉(zhuǎn)刀具開(kāi)挖，同時(shí)破碎洞內(nèi)圍巖掘進(jìn)，從而形成整個(gè)隧道斷面的新型、先進(jìn)的隧道施工機(jī)械。與傳統(tǒng)的鉆爆法施工相比，TBM具有掘進(jìn)效率高、成洞質(zhì)量高、圍巖擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，且配合搭載于TBM上的超前探測(cè)系統(tǒng)，能及時(shí)收集前方數(shù)據(jù)，并通過(guò)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)及計(jì)算圍巖變形等，可在一定程度上保證隧道施工與機(jī)械安全，為隧道信息化施工提供一定的地質(zhì)依據(jù)。但是TBM對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性較差，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，常遇到斷層、破碎帶、溶洞、強(qiáng)巖爆、軟弱大變形、超長(zhǎng)、超大埋深等不良地質(zhì)因素，往往會(huì)造成TBM機(jī)械被卡、被埋甚至機(jī)械報(bào)廢的嚴(yán)重事故。

目前深部地下洞室開(kāi)挖主要采用分部開(kāi)挖法，工程上常采用鉆爆法與TBM相結(jié)合的施工方案，而對(duì)于TBM，機(jī)械系統(tǒng)過(guò)于龐大，由于自身結(jié)構(gòu)的限制，施工支護(hù)的靈活性較差，常造成卡機(jī)，TBM也往往被迫直接接觸高強(qiáng)度的巖爆，而且目前的支護(hù)手段無(wú)法保證能有效承受極強(qiáng)巖爆，存在坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

有鑒于此，需要設(shè)計(jì)出一種能保證深部地下洞室開(kāi)挖的靈活性及安全性，且避免由圍巖大變形或坍塌造成的卡機(jī)的開(kāi)挖方式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種組合式TBM，其實(shí)現(xiàn)超前TBM與擴(kuò)挖TBM組合開(kāi)挖形式，保證了深部地下洞室開(kāi)挖的靈活性及安全性；且能防治巖爆，有效減輕由圍巖大變形或坍塌造成的TBM卡機(jī)，有利于提高破巖效率。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)超前導(dǎo)洞和超前探測(cè)的掘進(jìn)方法，該方法實(shí)現(xiàn)分部開(kāi)挖，降低TBM工作能耗，操作方便；通過(guò)該掘進(jìn)方法開(kāi)挖洞室，圍巖能更充分的釋放能量，減小了開(kāi)挖造成的圍巖擾動(dòng)，有利于保障人機(jī)安全。

本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種組合式TBM，其包括掘進(jìn)方向相同的超前TBM和擴(kuò)挖TBM，超前TBM沿組合式TBM的中軸線設(shè)置，擴(kuò)挖TBM包圍在超前TBM外側(cè)，超前TBM和擴(kuò)挖TBM之間預(yù)留間隙，超前TBM可沿中軸線方向移動(dòng)。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述擴(kuò)挖TBM的掘進(jìn)面包圍在超前TBM的掘進(jìn)面的外側(cè)，超前TBM的刀盤(pán)Ⅰ呈圓盤(pán)形，擴(kuò)挖TBM的刀盤(pán)Ⅱ呈圓環(huán)形，擴(kuò)挖TBM的刀盤(pán)Ⅱ包圍在超前TBM的刀盤(pán)Ⅰ的外側(cè)。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述超前TBM包括沿掘進(jìn)方向連接設(shè)置的刀盤(pán)Ⅰ和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)Ⅰ，以及推進(jìn)油缸Ⅰ，刀盤(pán)Ⅰ上安裝有刀具，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)Ⅰ用于驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)Ⅰ旋轉(zhuǎn)破巖，推進(jìn)油缸Ⅰ用于推進(jìn)刀盤(pán)Ⅰ。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述超前TBM還包括設(shè)置于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)Ⅰ外側(cè)的外機(jī)架Ⅰ和設(shè)置于外機(jī)架Ⅰ后方的外機(jī)架上撐靴Ⅰ，推進(jìn)油缸Ⅰ的兩端分別連接外機(jī)架Ⅰ和外機(jī)架上撐靴Ⅰ。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述刀盤(pán)Ⅰ后設(shè)置有鏟斗Ⅰ用于鏟起經(jīng)刀盤(pán)Ⅰ破碎的巖渣，鏟斗Ⅰ下方設(shè)置有皮帶運(yùn)輸機(jī)Ⅰ用于將巖渣輸送出去。