一种护盾式双支护掘进机及其应用方法与流程

本发明涉及掘进支护技术领域，特别是指一种护盾式双支护掘进机及其应用方法。

背景技术：

目前岩石隧道开挖主要应用岩石隧道掘进机（简称tbm），tbm按照机型可分为敞开式tbm和护盾式tbm。护盾式tbm在施工过程中需要安装管片，这样tbm的盾体连同拼装的管片构成了一个封闭系统，将隧道洞壁与tbm内施工人员分离开，保护施工人员安全。

护盾式tbm在遇到围岩塌方、地层软弱变形时容易发生卡机的风险。护盾式tbm卡机时，需要拆除已拼装的管片或割除一部分护盾，使隧道洞壁暴露出来，以便作业人员对塌方岩石进行人工扩挖和支护处理。待机器脱困成功后再将拆除的管片、割除的盾体复原，拆除和复原管片盾体、处理塌方围岩时人工支护等作业量大，耗时耗力。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种护盾式双支护掘进机及其应用方法，解决了现有护盾式tbm发生卡机时操作困难、耗时耗力的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种护盾式双支护掘进机，包括前后相连的前盾和尾盾，前盾上设置有刀盘，尾盾内设置有管片拼装机，前盾和尾盾之间的顶部开设有拱架安装口，拱架安装口可拆卸设置有封板，盾体内设置有与拱架安装口相对应的拱架安装器。本技术方案设置拱架安装口，可通过拱架安装口便捷地应对卡机情况的发生，当发生卡机时，拆除前盾和尾盾之间的封板，施工人员可以便捷地将卡机部分的围岩挖除；随后拱架安装口下方的拱架安装器将预制拱架支护在破碎围岩下方，然后将封板重新安装在拱架安装口上。本技术方案不仅能够对破碎围岩进行支护，而且还能在地质较差的地层进行预支护，进而可控制围岩防止变形，避免尾盾被再次卡死。

进一步地，所述拱架安装口环绕掘进机的轴线开设，不仅便于挖除围岩，而且也能够便捷地安装预制拱架；拱架安装口围绕掘进机轴线的圆心角为60°-180°，可以根据掘进地段的地质条件及施工标准确定拱架安装口的大小，使拱架安装口的大小与需要被安装的预制拱架相适应。

进一步地，所述拱架安装口围绕掘进机轴线的圆心角为120°，此拱架安装口的尺寸是一种通用的优选尺寸，既能够保证支护的可靠性，又能够保证拱架安装通过的便捷性。

进一步地，所述封板的前端与前盾可拆卸连接，封板的后端与尾盾活动对接，或者所述封板的后端与尾盾可拆卸连接，封板的前端与前盾活动对接。封板的一端与盾体相连，既能够保证对拱架安装孔的封堵，又能够保证前盾与尾盾之间有足够的活动余量。

进一步地，所述封板包括前盾封板和尾盾封板，前盾封板的前端可拆卸连接在前盾上，尾盾封板的后端可拆卸连接在尾盾上，前盾封板的后端和尾盾封板的前端活动插接。设置活动插接的前盾封板和尾盾封板共同作为拱架安装口的封板，可以进一步保证对拱架安装口封堵的可靠性。

一种护盾式双支护掘进机的应用方法，包括以下步骤：步骤一，封板的拆除，当盾体发生卡机时拆除封板对拱架安装口的封堵；步骤二，开挖围岩，通过拱架安装口将盾体外围的围岩进行开挖，开挖出拱架安装槽；步骤三，安装拱架，使用拱架安装器将预制拱架通过拱架安装口支护在拱架安装槽内；步骤四，封板的安装，收回拱架安装器，使用封板对拱架安装口进行封堵。

进一步地，还包括步骤五，拼装预制管片，在步骤四的封板安装完毕后，掘进机通过推进油缸继续向前推进，待掘进机的尾盾超过预制拱架的支护位置后，使用管片拼装机在预制拱架的内侧拼装预制管片，拼装后的预制管片与支护的预制拱架形成了完整的支护结构，大大提高了支护的安全性。

进一步地，所述预制拱架围绕掘进机轴线的圆心角为60°-180°，预制拱架的尺寸可以根据具体的施工需求进行设置。

进一步地，所述预制拱架围绕掘进机轴线的圆心角为120°，该预制拱架的尺寸是一种通用的优选尺寸，基本可以满足所有围岩的支护需求。

本发明对护盾式tbm进行了合理的优化设计，将护盾式tbm的盾体部分设计成可拆卸的结构，卡机时方便施工人员处理围岩，既能避免对设备进行破坏性拆除的繁琐操作，又能够保证盾体结构的完整性和可靠性；配备拱架安装器可进行不良围岩的支护，减少施工人员作业强度。另外，无论发生卡机与否，均可在不良地质的地层中进行双支护处理，对不良地质进行拱架和管片组合支护，在安装完预制拱架后，通过管片拼装机在拱架的内侧拼装预制管片，支护结构强度高，可有效降低支护结构的损坏几率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的拱架安装口封闭时的示意图；

图2为本发明的拱架安装口敞开时的示意图；

图3为图1中a处的放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，一种护盾式双支护掘进机，如图1所示，包括前后相连的前盾2和尾盾6，前盾2上设置有刀盘1及刀盘1的驱动系统，尾盾6内设置有推进油缸7和管片拼装机8。掘进机的掘进过程为，推进油缸7顶接在后方拼装好的预制管片9上，刀盘1在驱动系统的带动下对前方的掌子面11进行切削，随着推进油缸7的推进，掌子面11不断向前推进。当推进油缸7伸长出一个预制管片9的宽度后，将伸出的推进油缸7收回，然后管片拼装机8在尾盾6和后方的预制管片9之间拼装新一环的预制管片9，然后推进油缸7顶接在新拼装的一环预制管片9上进行下一循环的掘进。

如图2所示，所述前盾2和尾盾6之间的顶部开设有拱架安装口5，拱架安装口5可拆卸设置有封板3，盾体内设置有与拱架安装口5相对应的拱架安装器4，拱架安装器4可通过拱架安装口5向岩壁上支护预制拱架10。本技术方案设置拱架安装口5，便捷地应对卡机情况的发生，当发生卡机时，拆除前盾2和尾盾6之间的封板3，施工人员可以便捷地将卡机部分的围岩挖除；随后拱架安装口5下方的拱架安装器4将预制拱架10支护在破碎围岩下方，然后将封板3重新安装在拱架安装口5上。

本技术方案不仅能够对破碎围岩进行支护，而且还能在地质较差的地层进行预支护，进而可控制围岩防止变形，避免尾盾被再次卡死。本发明对护盾式tbm进行了合理的优化设计，将护盾式tbm的盾体部分设计成可拆卸的结构，卡机时方便施工人员处理围岩，既能避免对设备进行破坏性拆除的繁琐操作，又能够保证盾体结构的完整性和可靠性；配备拱架安装器可进行不良围岩的支护，减少施工人员作业强度。另外，无论发生卡机与否，均可在不良地质的地层中进行双支护处理，对不良地质进行拱架和管片组合支护。

实施例2，一种护盾式双支护掘进机，所述拱架安装口5环绕掘进机的轴线开设，不仅便于挖除围岩，而且也能够便捷地安装预制拱架10；拱架安装口5围绕掘进机轴线的圆心角为60°-180°，设计人员可以根据掘进地段的地质条件及施工标准确定拱架安装口5的大小，使拱架安装口5的大小与需要被安装的预制拱架10相适应。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种护盾式双支护掘进机，所述拱架安装5口围绕掘进机轴线的圆心角为120°，此拱架安装口5的尺寸是一种通用的优选尺寸，既能够保证支护的可靠性，又能够保证拱架安装通过的便捷性。

本实施例的其他结构与实施例2相同。

实施例4，一种护盾式双支护掘进机，所述封板3的前端与前盾2可拆卸连接，封板3的后端与尾盾6活动对接，或者所述封板3的后端与尾盾6可拆卸连接，封板3的前端与前盾2活动对接。封板3的一端与盾体相连，既能够保证对拱架安装孔5的封堵，又能够保证前盾2与尾盾6之间有足够的活动余量。

本实施例的其他结构与实施例2或3相同。

实施例5，一种护盾式双支护掘进机，如图3所示，所述封板3包括前盾封板3-1和尾盾封板3-2，前盾封板3-1的前端可拆卸连接在前盾2上，尾盾封板3-2的后端可拆卸连接在尾盾6上，前盾封板3-1的后端和尾盾封板3-2的前端活动插接。设置活动插接的前盾封板和尾盾封板共同作为拱架安装口的封板，可以进一步保证对拱架安装口封堵的可靠性。

本实施例的其他结构与实施例2或3相同。

实施例6，一种护盾式双支护掘进机的应用方法，包括以下步骤：

步骤一，封板的拆除，当掘进机发生卡机后停机维修，首先拆除封板对拱架安装口的封堵；

步骤二，开挖围岩，施工人员可通过拱架安装口将盾体外围的围岩进行开挖，并且开挖出拱架安装槽；

步骤三，安装拱架，使用拱架安装器将预制拱架通过拱架安装口支护在拱架安装槽内；

步骤四，封板的安装，收回拱架安装器，使用封板对拱架安装口进行封堵，即可开机继续掘进。

实施例7，一种护盾式双支护掘进机的应用方法，包括步骤五，拼装预制管片，在实施例6步骤四的封板安装完毕后，掘进机通过推进油缸继续向前推进，待掘进机的尾盾超过预制拱架的支护位置后，使用管片拼装机在预制拱架的内侧拼装预制管片，拼装后的预制管片与支护的预制拱架形成了完整的支护结构，大大提高了支护的安全性。

本实施例的其他结构与实施例6相同。

实施例8，一种护盾式双支护掘进机的应用方法，所述预制拱架围绕掘进机轴线的圆心角为60°-180°，预制拱架的尺寸可以根据具体的施工需求进行设置。

本实施例的其他结构与实施例6或7相同。

实施例9，一种护盾式双支护掘进机的应用方法，所述预制拱架围绕掘进机轴线的圆心角为120°，该预制拱架的尺寸是一种通用的优选尺寸，基本可以满足所有围岩的支护需求。

本实施例的其他结构与实施例6或7相同。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。