一种敞开式双结构掘进机及其应用方法与流程

本发明涉及掘进机技术领域，特别是指一种敞开式双结构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，敞开式tbm在遇到不良地质条件（如断层破碎带、围岩塌方、岩爆、蚀变地层）时，支护作业量大，掘进速度低；护盾式tbm在整条隧道开挖过程中都需要进行连续的管片支护，施工成本高，且在遇到围岩大变形时存在卡机风险，导致施工工期的严重滞后。

针对以上情况，本发明兼有敞开式tbm、护盾式tbm的优势，在应对不良地质时可对不良地质进行快速封闭支护，两种推进模式间快速转换保证顺利掘进。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种敞开式双结构掘进机及其应用方法，解决了敞开式tbm支护作业量大、掘进速度低的技术问题及护盾式tbm施工成本高、卡机处理困难的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种敞开式双结构掘进机，包括通过设置在主梁上的主推进油缸相连的前盾和撑靴盾，主推进油缸设置在主梁上，撑靴盾上设置有撑靴系统，主梁的前端与前盾相连，主梁穿过撑靴盾的后端设置有管片拼装机，前盾和撑靴盾之间的主梁上设置有锚杆钻机和拱架安装器，撑靴盾上设置有与管片拼装机拼装的管片环相对应的辅助推进油缸。本技术方案中的锚杆钻机和拱架安装器可以在隧道顶壁安装拱架、锚杆和钢筋排，能够解决目前敞开式tbm在遇到不良地质，尤其是岩爆等地质条件时，围岩塌落、崩塌等引起的主机作业区域人员的安全性问题；设置辅助推进油缸和管片拼装机，克服了地质条件多变、由破碎带向地质较好地层掘进时出现的撑靴撑不紧、撑靴打滑、推力不足问题；同时也能解决双护盾tbm在断层破碎带、围岩变形地质条件掘进时，由于盾体较长且封闭，不易观察围岩变化、也不易对不良围岩进行处理等导致的卡盾、卡机问题。

进一步地，所述锚杆钻机和拱架安装器设置在主梁靠近前盾的一端，可以使支护操作尽可能的靠近前盾，充分保证施工安全。

一种敞开式双结构掘进机的应用方法，包括无支护敞开掘进模式、敞开支护掘进模式和组合支护掘进模式，无支护敞开掘进模式和敞开支护掘进模式均由撑靴系统提供前进推力，组合支护掘进模式由辅助推进油缸提供前进推力。

所述敞开支护掘进模式包括以下步骤：步骤一：使用锚杆钻机安装锚杆和钢网片，对节理发育区的岩石进行索固；步骤二：完成步骤一中的索固后，启动撑靴系统压紧隧道洞壁；步骤三：启动刀盘和主推进油缸向前掘进。

所述组合支护掘进模式包括以下步骤：

步骤s1：使用拱架安装器安装拱架、钢筋排，使用锚杆钻机（安装锚杆，拱架、钢筋排和锚杆组成联合顶部支护对节理发育区的岩石进行索固；

步骤s2：完成步骤s1中的索固后，启动撑靴系统使撑靴压紧隧道洞壁；

步骤s3：启动刀盘和主推进油缸向前掘进，直至步骤s1中的联合顶部支护从撑靴盾尾部露出；

步骤s4：使用管片拼装机在步骤s3的联合顶部支护内侧拼装管片，形成全圆封闭支护结构。

进一步地，所述步骤s2无法压紧隧道洞壁导致无法向前掘进时，收回撑靴系统的撑靴与隧道洞壁的挤压，然后使用管片拼装机在撑靴盾的后方拼装管片环，管片环拼装完毕后启动辅助推进油缸，使辅助推进油缸顶压在管片环上提供向前掘进的推力。

进一步地，所述钢筋排沿掘进机的掘进方向设置，钢筋排连接在各个拱架之间，保证了拱架与钢筋排纵横相连，构成了完整的支护网络，充分保证了支护的可靠性及下方工作的区域的安全性。

本发明中的锚杆钻机和拱架安装器可以在隧道顶壁安装拱架、锚杆和钢筋排，能够解决目前敞开式tbm在遇到不良地质，尤其是岩爆等地质条件时，围岩塌落、崩塌等引起的主机作业区域人员的安全性问题；设置辅助推进油缸和管片拼装机，克服了地质条件多变、由破碎带向地质较好地层掘进时出现的撑靴撑不紧、撑靴打滑、推力不足问题；同时也能解决双护盾tbm在断层破碎带、围岩变形地质条件掘进时，由于盾体较长且封闭，不易观察围岩变化、不易对不良围岩进行处理等导致的卡盾、卡机问题。本发明具备锚杆、拱架、钢筋排进行顶部封闭支护、管片支护全封闭的功能，同时兼具敞开式tbm、护盾式tbm的优点，并克服了两种机型的缺陷，可以在同一个隧道中进行敞开式和封闭式的组合施工。

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为本发明的结构示意图。

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1，一种敞开式双结构掘进机，如图1所示，包括通过设置在主梁5上的主推进油缸6相连的前盾2和撑靴盾7，撑靴盾7上设置有撑靴系统，撑靴系统包括与隧道洞壁相顶压的撑靴8。刀盘1设置在前盾2前侧，所述主梁5的前端与前盾2相连，主梁5穿过撑靴盾7的后端设置有管片拼装机11，前盾2和撑靴盾7之间的主梁5上设置有锚杆钻机4和拱架安装器，撑靴盾7上设置有与管片拼装机11拼装的管片环12相对应的辅助推进油缸9。

本技术方案中的锚杆钻机4和拱架安装器可以在隧道顶壁安装拱架3、锚杆和钢筋排，能够解决目前敞开式tbm在遇到不良地质，尤其是岩爆等地质条件时，围岩塌落、崩塌等引起的主机作业区域人员的安全性问题；设置辅助推进油缸9和管片拼装机11，实现了两种推进方式。在撑靴8无法满足推进需求时，可以转换另一种推进方式，利用管片拼装机11在撑靴盾7后侧将管片10拼装成管片环12，然后利用辅助推进油缸9与管片环12相配合，实现掘进机的可靠前进，克服了地质条件多变、由破碎带向地质较好地层掘进时出现的撑靴撑不紧、撑靴打滑、推力不足问题。同时，本技术方案也能解决双护盾tbm在断层破碎带、围岩变形地质条件掘进时，由于盾体较长且封闭，不易观察围岩变化、不易对不良围岩进行处理等导致的卡盾、卡机问题。

实施例2，一种敞开式双结构掘进机，所述锚杆钻机4和拱架安装器设置在主梁5靠近前盾2的一端，可以使支护操作尽可能的靠近前盾2，充分保证前盾2与撑靴盾7之间工作区域的安全。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种敞开式双结构掘进机的应用方法，包括无支护敞开掘进模式、敞开支护掘进模式和组合支护掘进模式，无支护敞开掘进模式和敞开支护掘进模式均由撑靴系统提供前进推力，组合支护掘进模式由辅助推进油缸9提供前进推力。

在地质条件较好的条件下掘进时，采用无支护敞开掘进模式；在遇到围岩裂隙发育完整性较差时，采用敞开支护掘进模式，包括以下步骤：

步骤一：使用锚杆钻机4安装锚杆和钢网片，对节理发育区的岩石进行索固；

步骤二：完成步骤一中的索固后，启动撑靴系统压紧隧道洞壁；

步骤三：启动刀盘1和主推进油缸6向前掘进。

实施例4，一种敞开式双结构掘进机的应用方法，在地质破碎带、岩爆地层、蚀变地层进行掘进时，采用组合支护掘进模式，包括以下步骤：

步骤s1：使用拱架安装器安装拱架、钢筋排，使用锚杆钻机4安装锚杆，拱架、钢筋排和锚杆组成联合顶部支护对节理发育区的岩石进行索固，保证主机区域作业人员安全；

步骤s2：完成步骤s1中的索固后，启动撑靴系统使撑靴压紧隧道洞壁；

步骤s3：启动刀1和主推进油缸6向前掘进，直至步骤s1中的联合顶部支护从撑靴盾尾部露出；

步骤s4：使用管片拼装机在步骤s3的联合顶部支护内侧拼装管片10，行程管片环12，进而形成全圆封闭支护结构，充分保证支护的可靠性和安全性。

本实施例的其他实施方法与实施例3相同。

实施例5，一种敞开式双结构掘进机的应用方法，所述步骤s2无法压紧隧道洞壁导致无法向前掘进时，收回撑靴系统的撑靴8与隧道洞壁的挤压，然后使用管片拼装机11在撑靴盾7的后方拼装管片环12，管片环12拼装完毕后启动辅助推进油缸9，使辅助推进油缸9顶压在管片环12上提供向前掘进的推力。

本实施例的其他实施方法实施例4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。