一种防卡机单护盾TBM主机结构及其防卡机方法与流程

本发明涉及全断面岩石隧道掘进机施工技术领域，具体涉及一种防卡机单护盾tbm主机结构及其防卡机方法。

背景技术：

全断面岩石隧道掘进机简称tbm，其施工具有安全、高效、自动化程度高、隧洞全断面一次成型等特点，是目前大型机械化配套隧洞施工最先进的设备之一，已被广泛应用于铁路、市政、水利等工程建设当中，因此对tbm设备的性能提升和优化改造极为重要，也是优良产业发展的趋势。

单护盾tbm是硬岩隧道掘进机的其中一种机型，主机主要包括刀盘、主驱动、前盾、中盾、尾盾等。与敞开式tbm相比，由于盾体和拼装管片的保护，主机区域人工作业安全性更高；且与双护盾tbm相比，单护盾tbm主机长度相对较短，因此卡机风险降低。单护盾tbm具有独特的特点和优势，在施工安全性和施工效率两方面达到较好的均衡，因此在围岩强度较低、完整性较差的地质条件下成为施工方的优先考虑对象。

但是遇到高地应力、围岩破碎（iv、v类围岩）、围岩收敛程度高、收敛速度快、岩石强度较低等不良地质条件时，单护盾tbm面临的卡机风险增加，因此需要从施工设备出发，研制一种防卡机单护盾tbm主机结构及其防卡机方法，应对或减缓此类风险。

技术实现要素：

针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种防卡机单护盾tbm主机结构及其防卡机方法，用以解决现有技术中单护盾tbm断层、破碎带等不良地层时易卡机、影响施工等技术问题。

本发明的技术方案是：一种防卡机单护盾tbm主机结构，包括刀盘，刀盘与盾体相连接，盾体包括前盾、中盾和尾盾，前盾的前端与刀盘相连接，前盾的后端与中盾的前端相连接，中盾的后端与尾盾相连接，前盾前端设有若干可拆卸式的前盾止浆刷，尾盾后端的盾壁上设有若干上尾刷和若干下尾刷，上尾刷与前盾止浆刷相对应，前盾和尾盾内部的盾壁上设有若干触变泥浆接口，触变泥浆接口通过泥浆管和泥浆输送泵与泥浆储存罐体相连接。

所述前盾前端盾壁的外圆周上均匀设有前盾止浆刷，前盾止浆刷位于同一圆周面内，尾盾后端盾壁的外圆周上均匀设有若干上尾刷，上尾刷位于同一圆周面内，前盾止浆刷、上尾刷、盾体外壁与开挖洞壁共同形成腔体。

所述触变泥浆接口与腔体相连通。

所述前盾止浆刷包括刷座和第一刷体，刷座包括座头和座尾，第一刷体通过槽板与座头固定连接，座尾通过螺栓与前盾内壁相连接。

所述座头上设有定位凸台，定位凸台与槽板相配合，座头的前端设有耐磨层，座头的上表面高于座尾的上表面；刷座与前盾的盾壁相配合。

所述上尾刷包括第二刷体和连接板，第二刷体通过连接板与尾盾相连接；下尾刷与尾盾的内壁固定连接。

防卡机单护盾tbm主机结构的防卡机方法，包括如下步骤：

s1、安装单护盾tbm主机结构上的前盾止浆刷、上尾刷、下尾刷，使前盾止浆刷、上尾刷、盾体外壳与开挖洞壁组成一个腔体；

s2、单护盾tbm经过软弱围岩、破碎带等地质环境时，将配制好的触变泥浆通过泥浆管运输到注浆位置，打开盾体内壁上的触变泥浆接口，通过泥浆输送泵将触变泥浆注入到s1中的腔体中；

s3、单护盾tbm掘进时，腔体内触变泥浆处于固体状态，能够阻止或减缓破碎带或软弱围岩与盾体接触；

s4、单护盾tbm进行换步时，单护盾tbm主机向前移动，触变泥浆受到扰动处于流体状态，从而减小盾体前进摩擦阻力；

s5、单护盾tbm换步完成后，盾体处于相对静止状态，触变泥浆随之恢复固体态，单护盾tbm主机开始下一个掘进循环。

本发明提出一种可应对软弱围岩、破碎带等不良地层的防卡机单护盾tbm主机及其防卡机方法，通过在开挖洞壁与盾体间隙充填触变泥浆，将洞壁开挖后的应力场由二次应力场变为三次应力状态，从而减缓地层变形速率，实现单护盾tbm在破碎地层也可顺利平稳通过，确保施工质量和施工安全，提高单护盾tbm在不同地层的适用性，具有较高的推广性。

附图说明

图1为本发明内部结构示意图。

图2为本发明前盾断面结构示意图。

图3为图1中a处局部放大图。

图4为图1中b处局部放大图。

具体实施方式

如图1-4所示，一种防卡机单护盾tbm主机结构，包括刀盘1，刀盘1与盾体相连接，盾体依次包括前盾2、中盾3和尾盾4，前盾2的前端与刀盘1相连接，前盾2的后端与中盾3的前端相连接，中盾3的后端与尾盾4相连接，前盾2前端的盾壁上可拆卸活动设有前盾止浆刷5，尾盾4后端的盾壁外表面上设有上尾刷6、尾盾4后端的盾壁内表面上设有下尾刷7，上尾刷6与前盾止浆刷5一一对应，相对应的上尾刷与前盾止浆刷在位于同一直线上，前盾2和尾盾4内部的盾壁上均匀设有触变泥浆接口8，触变泥浆接口8内设有流体球阀门，触变泥浆接口8通过泥浆管9与泥浆储存罐体10相连接，泥浆管9上设有泥浆输送泵11，泥浆输送泵通过泥浆管将泥浆储存罐体中的触变泥浆输送到触变泥浆接口，并通过触变泥浆接口进入前盾止浆刷5、上尾刷6、盾体外壁与开挖洞壁共同形成一个相对密封的腔体中。

具体地，所述前盾2前端盾壁的外圆周上360°范围内均匀设有前盾止浆刷5，前盾止浆刷5位于同一圆周面内，尾盾4后端盾壁的外圆周上360°范围内均匀设有上尾刷6，上尾刷6位于同一圆周面内，上尾刷6与前盾止浆刷5相对应前，盾止浆刷5、上尾刷6、盾体外壁与开挖洞壁共同形成密封腔体12，密封腔体可用于充填触变泥浆。触变泥浆接口8与密封腔体12相连通，触变泥浆通过触变泥浆接口进入密封腔体12中。

具体地，所述前盾止浆刷5包括刷座和第一刷体5-1，刷座包括座头5-3和座尾5-4，第一刷体5-1通过槽板5-2与座头5-3固定连接，第一刷体5-1位于前盾的外侧，座尾5-4通过螺栓与前盾2内壁相连接。座头5-3上设有定位凸台5-5，定位凸台5-5与槽板5-2相配合，用于定位槽板的位置，座头5-3的上表面高于座尾5-4的上表面；刷座与前盾2的盾壁相配合，前盾止浆刷位于前盾的前端，可以作为前盾的一部分，又可以单独作为前盾的盾刷，拆装容易，使用方便，在固定牢固的同时，又便于更换，提高工作效率；座头的前端设有耐磨层，减少刷座的摩擦损失，提高使用寿命。

具体地，所述上尾刷6包括第二刷体6-1和连接板6-2，第二刷体6-1通过连接板6-2与尾盾4可拆卸活动连接，第二刷体6-1位于尾盾的外侧；下尾刷7与尾盾4的内壁固定连接。

防卡机单护盾tbm主机结构的防卡机方法，包括如下步骤：

s1、安装、调节单护盾tbm主机结构上的前盾止浆刷、上尾刷、下尾刷，确保前盾止浆刷、下尾刷与开挖洞壁接触良好，使前盾止浆刷、上尾刷、盾体外壳与开挖洞壁组成一个相对密封的腔体；

s2、单护盾tbm经过软弱围岩、破碎带等地质环境时，将泥浆储存罐体中配制好的触变泥浆通过泥浆管运输到注浆位置，打开盾体内壁上的触变泥浆接口，通过泥浆输送泵将触变泥浆注入到s1中的密封腔体中，触变泥浆将开挖后的应力场变为三次应力状态，可有效减缓地层变形速率；

s3、单护盾tbm掘进时，腔体内触变泥浆处于固体状态，能够阻止或减缓破碎带或软弱围岩与盾体接触；

s4、单护盾tbm进行换步时，单护盾tbm主机向前移动，触变泥浆受到扰动处于流体状态，从而减小盾体前进摩擦阻力；

s5、单护盾tbm换步完成后，盾体处于相对静止状态，触变泥浆随之恢复固体态，单护盾tbm主机开始下一个掘进循环，根据需要通过触变泥浆接口往腔体中补充触变泥浆。

本方法通过在开挖洞壁与盾体间隙充填触变泥浆，将洞壁开挖后的应力场由二次应力场变为三次应力状态，从而减缓地层变形速率，实现单护盾tbm在破碎地层也可顺利平稳通过，确保施工质量和施工安全。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。