[發明專利]隧道巖爆控制型TBM系統及方法

有效

• 申請號: 202110508313.8
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN112983450B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 何滿潮;王琦;高紅科;江貝;劉冬橋;楊曉杰;吳文瑞;許碩
• 申請（專利權）人: 北京中礦創新聯盟能源環境科學研究院
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D11/00;E21D11/10;E21D11/40;E21D11/08
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 盧業強

1.一種隧道巖爆控制型TBM系統，其特征在于：包括同軸設置且由左至右依次通過傳動件連接固定的刀盤、可伸縮護盾、鋼筋網舉升器、鋼支架舉升器、混凝土噴射器、活動支撐部、管片安裝器、錨固件安裝器和后配套裝置，所述刀盤、所述混凝土噴射器、所述錨固件安裝器和所述管片安裝器均繞中心軸可旋轉式設置，所述可伸縮護盾沿其徑向緩慢伸縮以抵抗巖爆拋射石渣，所述鋼筋網舉升器沿其中心軸旋轉且沿其徑向伸縮，所述管片安裝器沿其中心軸旋轉且沿其徑向伸縮以安裝間隔開設有錨固件安裝孔的管片本體，所述錨固件安裝器包括兩套機械手，其中一套機械手負責通過所述管片本體進行鉆孔至預定深度，另一套機械手設備負責清理鉆孔、加入錨固劑、安裝NPR錨桿或NPR錨索并施加預應力，利用“鋼筋網-NPR錨固件-高強拱架-管片”聯合支護體系，所述NPR錨固件具有高預應力、高恒阻力、大變形特性，使NPR錨桿或NPR錨索穿過錨固件安裝孔且延伸至穩定巖層，所述混凝土噴射器的噴頭朝向隧道的內側壁對應位置處，所述刀盤通過所述活動支撐部交替支撐隧道的內側壁獲得前進和挖掘推動力，所述后配套裝置包括控制子系統、通訊子系統、運輸子系統、通風子系統和排水子系統。

2.一種利用權利要求1所述的隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：利用“鋼筋網-NPR錨固件-高強拱架-管片”聯合支護體系控制隧道巖爆，其施工包括以下步驟：

A：所述活動支撐部下落與隧道內壁相抵，所述刀盤抵接在需要挖掘的掌子面進行掘進，開挖隧道后，所述鋼筋網舉升器將片狀的鋼筋網本體組裝成環狀的鋼筋網架并固定鋪設于隧道的圍巖上；

B：所述鋼支架舉升器架設高強拱架；

C：所述混凝土噴射器向所述鋼筋網本體上均勻噴射混凝土；

D：所述管片安裝器沿其周向旋轉且沿其徑向伸縮進行所述管片本體的拼裝固定；

E：所述錨固件安裝器安裝NPR錨固件本體，使得所述錨固件本體穿過所述管片本體對應位置處且延伸至穩定巖層，使得所述錨固件本體與所述高強拱架錯位設置；

F：對所述管片本體在所述NPR錨固件本體穿過的對應位置處進行防水處理；

G：所述活動支撐部前移后下落與隧道內壁相抵，重復步驟A-E以進行下一周期掘進，直至隧道貫通后結束。

3.根據權利要求2所述的一種利用隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：所述管片本體沿其周向間隔設置有錨固件安裝孔，所述NPR錨固件本體通過所述錨固件安裝器由所述錨固件安裝孔對應位置處推入延伸至穩定巖層。

4.根據權利要求2所述的一種利用隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：所述NPR錨固件本體包括NPR錨桿或NPR錨索中的一種，所述錨桿或所述錨索等間隔環設于隧道壁，所述錨桿或所述錨索均沿隧道的徑向延伸至穩定巖層，所述錨桿的內端或所述錨索的內端與隧道內壁通過鎖定件可拆卸式固定。

5.根據權利要求2所述的一種利用隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：所述NPR錨固件本體包括NPR錨桿和NPR錨索，所述錨桿和所述錨索交替等間隔環設于隧道壁且沿隧道的徑向延伸至穩定巖層，所述錨桿的內端和所述錨索的內端均與隧道內壁通過鎖定件可拆卸式固定。

6.根據權利要求2所述的一種利用隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：所述管片本體與所述高強拱架之間預留第一變形空間。

7.根據權利要求2所述的一種利用隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：所述管片本體與所述NPR錨固件本體之間預留第二變形空間。

8.根據權利要求2所述的一種利用隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：步驟B可以根據實際地質條件和施工條件選擇使用。

9.根據權利要求2所述的一種利用隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：所述管片本體在所述錨固件安裝孔對應位置處可拆卸式固定有密封塞。

10.根據權利要求2所述的一種利用隧道巖爆控制型TBM系統的隧道挖掘與支護方法，其特征在于：所述NPR錨固件本體上可拆卸式固定有測力計，所述高強拱架上可拆卸式固定有壓力表，隧道圍巖對應位置處可拆卸式固定有位移計，分別對圍巖變形量、錨固件受力、拱架受力進行在線實時監測，并動態調整優化支護參數與TBM施工參數。