一种隧道掘进机的制作方法

本发明属于隧道掘进设备技术领域，具体涉及一种隧道掘进机。

背景技术：

隧道掘进机(tbm)是专门用于岩石地层隧道开挖的大型成套施工装备，其中，护盾式隧道掘进机在施工过程中均需拼装混凝土管片以为设备提供推进或步进的作用力，同时，在隧道洞壁上拼装管片，还可对隧道洞壁进行衬砌以提高洞壁的稳定性，确保隧道的安全。

护盾式隧道掘进机在施工过程中，推进油缸在向前推进或步进的过程中，推进油缸需支撑在沿隧道铺设的管片上，通过管片来承受推进油缸的反作用力。由此可以看出，护盾式隧道掘进机在施工过程中，均需要沿着隧道拼装管片，来为主机提供前进或步进的作用力。

然而，由于开挖隧道的距离通常比较长，隧道线路所穿越的地层的地质条件往往是不均一的，例如一条15km的岩石隧道，极有可能先后穿越软弱围岩、断层破碎带、以及构造完整的中硬岩层，其中，在围岩构造完整的中硬岩层中，隧道的洞壁具备较好的稳定性和安全性，无需采用拼装管片对隧道洞壁进行衬砌，在这种情况下，采用护盾式隧道掘进机施工，仍然进行拼装管片，会大大增加施工量，施工效率低，增大施工成本，从而均不能达到最佳的施工效率和经济性。

因此，提供一种隧道掘进机，在不拼装管片也能提供使设备前进的作用力，降低在围岩完整地层中的隧道的施工成本，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种隧道掘进机，在地质条件较好的隧道施工过程中，该隧道掘进机的撑紧盾可直接撑紧在隧道的洞壁上，为推进油缸提供支撑以平衡推进油缸的推进力，使该隧道掘进机在不需对隧道洞壁拼装管片的条件下，也能实现正常的掘进和步进，从而可有效提高施工效率和降低施工成本。

本发明提供的技术方案如下：

一种隧道掘进机，包括掘进机本体和撑紧盾，所述掘进机本体上连接有推进油缸，所述撑紧盾设于所述推进油缸的后方，用于撑紧隧道以给所述推进油缸提供反推力。

进一步的，所述撑紧盾上连接有括传力机构，所述撑紧盾通过所述传力机构以给所述推进油缸提供反推力。

进一步的，所述传力机构为支撑环，所述支撑环包括有至少两块支撑片，所述支撑片拼装成环形结构。

进一步的，所述支撑环外径与洞壁上的管片外径相等，所述支撑环内径与洞壁上管片内径相等。

进一步的，所述支撑环的轴向宽度大于等于一环管片的宽度。

进一步的，所述撑紧盾包括撑靴、撑紧油缸和护盾，所述撑靴与所述撑紧油缸设于所述护盾内部，所述撑紧油缸用于驱动所述撑靴伸出所述护盾并撑紧在洞壁上。

进一步的，至少设置有两个所述撑紧油缸，每一所述撑紧油缸上均连接有撑靴，所述撑紧油缸沿隧道轴向布置。

进一步的，所述撑紧油缸与所述撑靴铰接。

进一步的，所述护盾上设有铰接座，所述撑靴与所述铰接座铰接。

进一步的，所述隧道掘进机还包括有移动机构，所述移动机构与所述撑紧盾连接，用于使所述撑紧盾向前移动。

进一步的，所述隧道掘进机还包括有移动机构，所述移动机构与所述支撑环和/或所述撑紧盾连接，用于使所述支撑环和所述撑紧盾向前移动。

本发明提供的隧道掘进机，包括掘进机本体和撑紧盾，掘进机本体上连接有推进油缸，撑紧盾用于支撑推进油缸并承受推进油缸的反推力，在地质条件一般或者较好的隧道施工过程中，隧道洞壁在不拼装管片进行衬砌时仍具备良好的安全稳定性的条件下，撑紧盾直接撑紧在隧道两侧的洞壁上，依靠撑紧盾与洞壁围岩之间的摩擦力，以承受推进油缸的反推力和扭矩。撑紧盾为推进油缸提供支撑，使该掘进机在不需对隧道洞壁拼装管片的条件下，也能实现正常的掘进和步进，降低了施工工作量，从而可大大提高施工效率，极大地节省了施工成本，具有良好的经济效益；另外，改变了传统掘进机对管片支撑的依赖，扩大了设备的适应范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，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为现有的隧道掘进机的结构示意图；

图2为本实施例1提供的隧道掘进机的撑紧盾的结构示意图；

图3为本实施例1提供的隧道掘进机的撑紧盾的正面剖视图；

图4为本实施例1提供的隧道掘进机的支撑环轴向宽度计算示意图；

图5为本实施例1提供的隧道掘进机的结构示意图；

图6为本实施例2提供的隧道掘进机的过渡环的结构示意图；

图7为本实施例2提供的隧道掘进机的过渡环的剖面结构示意图；

图8为本实施例2提供的隧道掘进机由有管片施工向无管片施工过渡段拼装过渡环的施工结构示意图；

图9为本实施例2提供的加固过渡环的施工结构示意图；

图10为本实施例2提供的隧道掘进机由有管片施工向无管片施工过渡的结构示意图；

图11为本实施例2提供的隧道掘进机由无管片施工向有管片施工过渡段拼装过渡环的施工结构示意图；

图12为本实施例2提供的隧道掘进机由无管片施工向有管片施工过渡段拆卸支撑环的施工结构示意图；

图13为本实施例2提供的隧道掘进机由无管片施工向有管片施工过渡段加固过渡环及拼装管片的施工结构示意图；

图14为本实施例2提供的隧道掘进机由无管片施工向有管片施工过渡段拆卸支撑盾的施工结构示意图。

附图标记说明：支撑环1；撑紧盾2；撑靴201；撑紧油缸202；护盾203；铰接座204；推进油缸3；过渡环4；环片401；通孔402；插口403；挡板404；锚杆405；拼装机5；管片6；盾尾7；管片吊机8；拖拉油缸9；托梁10；洞壁围岩11；充填材料12；喂片机13。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

首先需要说明的是，本申请中所述的“向前”、“前侧”或“前方”所指向的方向，是指隧道掘进机掘进前进的方向；反之，“后”所指的方向，为与隧道掘进机掘进前进方向相反的方向。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例提供的一种隧道掘进机，包括掘进机本体和撑紧盾2，所述掘进机本体上连接有推进油缸3，所述撑紧盾2设于所述推进油缸3的后方，用于撑紧隧道以给所述推进油缸3提供反推力。

本实施例提供的隧道掘进机，包括掘进机本体和撑紧盾2，掘进机本体上连接有推进油缸3，撑紧盾2用于支撑推进油缸3并承受推进油缸3的反推力，在地质条件一般或者较好的隧道施工过程中，隧道洞壁在不拼装管片6进行衬砌时仍具备良好的安全稳定性的条件下，撑紧盾2直接撑紧在隧道两侧的洞壁上，依靠撑紧盾2与洞壁围岩11之间的摩擦力，以承受推进油缸3的反推力和扭矩。撑紧盾2为推进油缸3提供支撑，使该掘进机在不需对隧道洞壁拼装管片6的条件下，也能实现正常的掘进和步进，降低了施工工作量，从而可大大提高施工效率，极大地节省了施工成本，具有良好的经济效益；另外，该隧道掘进机可在传统的隧道掘进机上进行改进，增加撑紧盾2，可改变了传统掘进机对管片支撑的依赖，扩大了设备的适应范围。

优选的，所述撑紧盾2上连接有括传力机构，所述撑紧盾2通过所述传力机构以给所述推进油缸3提供反推力。传力机构与撑紧盾2连接，用于支撑推进油缸3。推进油缸3通过传力机构与撑紧盾2连接，对推进油缸3的连接效果更好，可使推进油缸3在推进的过程中保持合适的推进位置。传力机构可以是任何具有足够强度、方便连接且可以进行传力的部件或机构，例如，可以是传力杆。

更优选的，所述传力机构为支撑环1，所述支撑环1包括有至少两块支撑片，所述支撑片拼装成环形结构。本实施例优选采用所述支撑环1与所述撑紧盾2可拆卸连接。具体的，采用法兰与螺栓对支撑环1与撑紧盾2进行可拆卸的固定连接，便于支撑环1与撑紧盾2的运输、拆卸、安装和维护。支撑片优选采用钢材质的弧形支撑片，多块支撑片拼装成圆环形结构。各支撑片可由隧道掘进机现有的管片拼装机5进行拼装成环，支撑片之间采用螺栓或其它连接装置进行可拆卸固定连接，便于支撑环1的运输、拆卸、安装和维护。

本实施例提供的隧道掘进机，包括支撑环1与撑紧盾2，支撑环1设置在撑紧盾2的前侧且与撑紧盾2固定连接在一起，支撑环1用于支撑推进油缸3，承受推进油缸3的反推力，撑紧盾2撑紧隧道两侧的洞壁上，依靠撑紧盾2与洞壁围岩11之间的摩擦力，以承受支撑环1传递来的推进油缸3的反推力和扭矩。

其中，所述支撑环1外径与洞壁上的管片6外径相等，所述支撑环1内径与洞壁上管片6内径相等。支撑环1内、外径分别设计成与拼装管片6的内、外径相等，有利于支撑环1对推进油缸3进行支撑。并且，在隧道施工中，围岩较差的施工段需要对洞壁拼装管片6进行衬砌，而在围岩较好的地段时，采用本实施例提供的隧道掘进机，不需要拼装管片6衬砌隧道洞壁，因此，在围岩较好的施工段与围岩较差的施工段的过渡段，支撑环1内、外径分别设计成与拼装管片6的内、外径相等，可使支撑环1与隧道洞壁上已拼装的管片6具有很好的过渡连接作用。

更优选的，所述支撑环1的轴向宽度大于等于一环管片6的宽度。具体的，支撑环1的轴向宽度大于等于整数倍一环管片6的宽度，支撑环1具有一定的宽度，是为了具备较强的支撑能力，能够更好地承受推进油缸3的反推力。支撑环1宽度的计算方法为：

l＝m+n

其中，l—支撑环宽度；

m—隧道洞壁上已拼装管片6前端面到掘进机本体的盾尾7后端的距离，或推进油缸3回缩后推进油缸3支撑的端面到掘进机本体的盾尾7后端的距离；

n—调整宽度。

本实施例对撑紧盾进行进一步说明，所述撑紧盾2包括撑靴201、撑紧油缸202和护盾203，所述撑靴201与所述撑紧油缸202设于所述护盾203内部，所述撑紧油缸202用于驱动所述撑靴201伸出所述护盾203并撑紧在洞壁上。

撑紧盾2安装完毕后，撑紧盾2内部具有足够的物料运输空间，能够允许管片吊机8吊装着管片6或者支撑片通过，或其允许其它管片运输装置将管片6或支撑片运输至拼装机抓取区域。护盾203为整体固定连接的钢结构，撑靴201在撑紧油缸202推动下可伸出护盾203，并撑紧在隧道两侧的洞壁上，依靠撑靴201与洞壁围岩11之间的摩擦力，来平衡由支撑环1传递到撑紧盾2上的推进油缸3的反推力和扭矩。撑靴201与洞壁接触位置还可以设置有稳定器，便于控制撑靴201的移动方向，使撑靴201在洞壁上撑紧更稳，而不会发生晃动。当推进油缸3完成一个掘进循坏后，推进油缸3回缩，撑紧油缸3回缩带动撑靴201离开洞壁，然后将该隧道掘进机向前移动一环管片的宽度，撑紧油缸202驱动撑靴201伸出撑紧洞壁，推进油缸3伸出顶紧在支撑环1的前端面，继续下一掘进循环。

优选的，至少设置有两个所述撑紧油缸202，每一所述撑紧油缸202上均连接有撑靴201，所述撑紧油缸202沿隧道轴向布置。设置多个撑紧油缸202和撑靴201，撑紧在洞壁上，为了使撑紧盾2与洞壁之间具有足够大的摩擦力，以平衡推进油缸3的反推力和扭矩。更优选的，所述撑紧油缸202与所述撑靴201铰接，便于撑紧油缸202带动撑靴201进行伸缩运动。

具体的，所述护盾203上设有铰接座204，所述撑靴201与所述铰接座204铰接。铰接座204设置在护盾203下部两侧，铰接座204与撑靴201铰接，撑靴201在撑紧油缸202推动下可沿铰接座204转动从而伸出护盾203。

为了使该隧道掘进机移动更加方便，本实施例提供的隧道掘进机，还包括有移动机构，所述移动机构与所述撑紧盾2连接，用于使所述撑紧盾2向前移动。

本实施例还提供另一种实施方式，该隧道掘进机包括有移动机构，所述移动机构与所述支撑环1和/或所述撑紧盾2连接，用于使所述支撑环1和所述撑紧盾2向前移动。

具体的，移动机构优选为拖拉油缸9，拖拉油缸9的两端分别连接在前方掘进机本体的盾体上和支撑环1上，当推进油缸3完成一个掘进循环时，推进油缸3回缩，拖拉油缸9随后回缩，从而拉动支撑环1和撑紧盾2一同回缩向前移动。拖拉油缸9结构简单，操作方便快捷，占用的空间小。为了更好地配合移动机构移动支撑环1与撑紧盾2，掘进机本体的拼装机5的托梁10从支撑环1与撑紧盾2的中部穿过，且使支撑环1与撑紧盾2可在托梁10的轨道上滑动，从而使支撑环1与撑紧盾2在移动机构的作用下移动更加容易。

实施例2

如图6至图11所示，本实施例还提供一种隧道掘进机，所述隧道掘进机还包括有过渡环4，所述过渡环4设置在所述撑紧盾2的外侧，所述过渡环4用于轴向支撑拼装在隧道上的管片6以平衡管片6的轴向受力。过渡环4的数量根据具体需要来确定，优选大于等于两环。在采用隧道掘进机进行施工的过程中，有拼装管片6与无拼装管片6的施工过渡段，设置过渡环4，能够起到很好的过渡连接作用，因为在此施工过渡段，推进油缸3因有支撑环1的支撑，而不需作用在拼装在洞壁上的管片6上，洞壁上的管片6可能会因缺少推进油缸3的支撑而发生轴向移动，因此，过渡环4的设置，可以使在有拼装管片6的施工段拼装在洞壁上的管片6受力均衡，防止因受力不均而发生管片6、洞壁或设备的损坏。

其中，如图6至图7所示，所述过渡环4包括至少两块环片401，所述环片401拼装成环形结构。可使用拼装机5拼装过渡环4的环片401，如需连续拼装多环过渡环4，应逐环进行拼装，随后推进油缸3将过渡环4往后顶推直至过渡环4抵紧在撑紧盾2的前端面。过渡环4设计成多块环片401可拼装拆卸的结构，便于过渡环4的运输、安装和拆卸。所拼装的过渡环4环数小于拼装的管片6的环数，因此，同拼装管片6相比，拼装过渡环4的工作量远远小于拼装管片6，因此，采用该隧道掘进机，可以节省施工准备时间和工程量，提高施工效率。

优选的，所述过渡环4上垂直于所述过渡环4的轴向设有通孔402。通过过渡环4上的通孔402，向过渡环4外壁与隧道之间的间隙注入填充材料12，使其完全填充密实后，并对过渡环4的通孔402的孔口进行临时封堵，避免填充材料12回流。向过渡环4外侧空隙注入速凝填充材料，以使过渡环4与隧道洞壁进行良好的密实贴合，将过渡环4与隧道洞壁进行固定，提高过渡环4的安装稳定性，使过渡环4具有足够的强度来阻止管片6的轴向位移。并且，为了使过渡环4的加固效果更好，在注入充填材料12之前，还可以从过渡环4上的通孔402向隧道洞壁打入锚杆405，打入锚杆405的数量可根据实际需要来确定。

为了进一步加固过渡环4，所述过渡环4上垂直过渡环4轴向设有插口403，所述插口403设于过渡环4上的通孔402之间，优选的插口403设置在过渡环4的轴向相邻的两所述通孔402之间，插口403用于插入挡板404。优选插口403至少设有两个，沿隧道轴向交错布置，在过渡环4上的插口403插入挡板404，直至挡板404抵紧隧道洞壁，固定挡板404，挡板404用于阻挡充填材料12，当充填材料12从通孔402向过渡环4外侧注入挡板404之间的空隙，挡板404可防止充填材料12从过渡环4上的其他通孔402流出，并且，挡板404沿隧道轴向交错布置，对充填材料12的阻挡效果更好，此外，挡板404从插口403插入直抵隧道洞壁，也对过渡环4在洞壁上具有一定的固定作用。

如图8至图10所示，该隧道掘进机从有管片6到无管片6的过渡段的施工过程为：

拼装过渡环4。由管片小车运输过渡环环片401到掘进机本体的后配套系统的前端，由管片吊机8将过渡环4的环片401抓取并输送到管片拼装区域的喂片机13上，再由喂片机13逐块运输给拼装机5并由拼装机5拼装成环。

加固过渡环4。当过渡环4拼装完成后，在第一环过渡环4环片401被推出盾尾7后，随即对过渡环4进行加固，具体可采用如下加固措施：检查过渡环4环片401与管片6之间的纵向螺栓紧固情况，确保其紧固；在过渡环4上的插口403内插入挡板404直至挡板404抵紧隧道洞壁，并固定挡板404；从过渡环4的通孔402往隧道壁面打入锚杆405，锚杆405打入数量根据需要选择，必要时向所有通孔402打入锚杆405；通过过渡环4上的通孔402，向过渡环4外壁与隧道之间的间隙注入填充材料12，并对挡板404间的空隙进行初始封挡，当充填材料12完全填充密实后，并对过渡环4的通孔402的孔口进行临时封堵，避免填充材料12回流。

安装支撑环1和撑紧盾2。按照支撑环1→撑紧盾2的顺序安装，紧固支撑环1各支撑片之间的螺栓或其他连接装置，以及紧固支撑环与撑紧盾之间的连接螺栓或其他连接装置，并且使撑紧盾2后方与已拼装的过渡环4之间留出一定调整间隙n，n的大小根据实际情况来确定。此步骤中，可以同时安装好移动机构。

隧道掘进机进行无管片推进。将隧道掘进机的各个部件及电气管线安装完毕后，将管片拼装机5退回到托梁10最前端并锁定，喂片机13临时存放在后配套系统的拖车上或运出洞外；启动撑紧油缸202推动撑靴201伸出护盾203并撑紧在洞壁上，缓慢升高撑紧力直至达到设计指标；推进油缸3伸出直至其末端抵紧在支撑环1的端面；启动刀盘及其他系统，缓慢提高推进油缸3压力直至预期掘进参数，隧道掘进机开始进行无管片推进。

该隧道掘进机在进行无管片施工的过程中，其推进-换步流程为：推进油缸3伸出并支撑在支撑环1上；掘进机本体前进开挖隧道；完成一个掘进循环的开挖距离后，停机，推进油缸3回缩；撑紧盾2的撑紧油缸202回缩带动撑靴201缩回，使撑靴201与洞壁脱离接触；拖拉油缸9回缩，拖动支撑环1及与之固定连接的撑紧盾2前进一个掘进循环距离；撑紧盾2的撑紧油缸202再次驱动撑靴201撑紧在洞壁上，推进油缸3伸出并顶紧在支撑环1端面，开始下一个掘进循环。

如图11至图14所示，该隧道掘进机从无管片6到有管片6的过渡段的施工过程为：

拼装过渡环4。推进油缸3推动支撑环1往盾尾后部移动大于一环管片宽度的距离，然后推进油缸3回缩，回缩后的推进油缸3末端与撑紧盾2端面之间的距离l大于整数倍隧道管片的宽度；

拆卸撑紧环1，拼装过渡环4。分块拆卸支撑环1及拖拉油缸9；并使用管片拼装机5拼装过渡环4环片401，如需连续拼装多环过渡环4，应逐环拼装，随后推进油缸3将过渡环4往后顶推直至抵紧在撑紧盾2端面；撑紧盾2的撑靴201撑紧洞壁，隧道掘进机进行掘进。

加固过渡环4。加固流程同前述，在加固的过渡环4环数达到要求后，停止拼装过渡环4，并改为拼装管片6，对管片6外壁与隧道洞壁之间进行填充以加强拼装的管片6，可优选采用速凝填充材料进行充填。

拆卸撑紧盾2。在隧道管片6拼装长度达到能够承载推进油缸3的反推力后，可拆卸撑紧盾2，最终隧道掘进机进行有管片推进。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。