一种用于开敞式TBM掘进过程中的可调节式防坍塌设备的制作方法

本发明涉及隧道掘进设备技术领域，具体涉及一种用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备。

背景技术：

tbm掘进机主要适应于长距离硬岩地质隧洞施工，但长距离隧洞地质单一为硬岩地质的概率几乎为零，往往在tbm掘进过程中，会经常遭遇不可预见的不适应于tbm掘进的软弱地层，如断层、软土、泥夹石地层等，遇到该类地层时，因tbm盾尾位置露出的软弱围岩无法得到及时支护，会导致经常性坍塌，安全风险很大，同时坍落体散落在洞内需花费大量的人工清理，导致tbm掘进非常缓慢甚至不能掘进。

开敞式tbm是掘进机的一种类型，是集开挖、支护(如锚杆、拱架、喷射砼、mcnally系统支护等)、出渣等一整套隧洞施工工艺的自动化成洞设备。在tbm盾尾，设备厂家配置相应的支护设备，依次为拱架安装器、锚杆钻机、喷锚机等。

如《tbm支护设备布置断面示意图》所示，拱顶120°范围密排钢筋排(也即mcnally系统支护，该工序为预先将钢筋排插入顶护盾内，随着tbm盾体往前移动，钢筋排自然露出盾尾配合后续支立钢拱架起到支护拱顶围岩的作用)对露出盾尾拱顶120°范围围岩实施同步支护，可确保拱顶120°范围在掘进过程不发生坍塌；tbm配置的支护设备按照先后顺序还有拱架支护、锚杆支护、喷射砼支护等。先开挖，后支护，这是开敞式tbm掘进工艺特点。

应用开敞式tbm掘进遇到软弱地层时，常规方法一般采用对tbm前方软弱地层进行超前加固，如采用超前大管棚灌浆加固或者采用小管棚灌浆加固，对于富水软弱地层甚至采取冷冻法进行加固等，加固经检测安全后再掘进通过。因常规加固方法耗时长、效率低、成本高、施工难度大，不能充分发挥tbm设备掘进效率高的优势，为此，在掘进机的刀头后方设置有上防坍塌盖和侧防坍塌盖，通过上防坍塌盖和侧防坍塌盖的组合作用，可以起到防止隧道坍塌的效果。

技术实现要素：

(1)要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备，以解决背景技术中提出的问题。

(2)技术方案

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备，包括上防坍塌板、侧防坍塌板、连接板、一号连接杆、掘进机壳体和调节机构，所述上防坍塌板和侧防坍塌板的连接处通过至少五个连接板进行固定连接，且上防坍塌板和侧防坍塌板的侧壁通过一号连接杆进行连接，所述一号连接杆上设置有调节机构，所述上防坍塌板、侧防坍塌板、连接板、一号连接杆和调节机构均设置在掘进机壳体内；所述调节机构包括调节气缸、汽缸臂、固定板、固定横档和锁定机构，所述调节气缸通过固定板固定在固定横档上，且固定横档固定连接在掘进机壳体内，所述调节气缸的驱动端与汽缸臂进行连接，且汽缸臂位于调节气缸外的一端连接在一号连接杆的侧壁上，所述一号连接杆的侧壁还设置有若干个锁定机构。

进一步地，所述锁定机构的数量设置有两个，且两个锁定机构关于固定横档对称设置。

进一步地，所述锁定机构包括一号螺纹杆和移动孔，所述一号螺纹杆活动插接在移动孔内，且一号螺纹杆的一端连接在一号连接杆的侧壁上，所述移动孔开设在四号承托板上，且四号承托板固定设置在固定横档上，所述一号螺纹杆上卡接有若干个锁定卡接牙，且锁定卡接牙远离一号螺纹杆的一端连接在二号承托板的侧壁上，所述二号承托板活动设置在移动槽内，且移动槽开设在四号承托板上，所述二号承托板远离一号螺纹杆的一端中部连接有二号连接杆，且二号连接杆活动插接在四号承托板上，所述二号连接杆远离二号承托板的一端连接有铁块，且二号连接杆上缠绕连接有复位弹簧，复位弹簧的两端分别连接在二号连接杆的侧壁上和四号承托板的侧壁上，所述掘进机壳体内固定设置有与铁块相匹配的电磁铁。

进一步地，所述铁块朝向电磁铁的一端连接有缓冲橡胶垫。

进一步地，所述一号螺纹杆远离电磁铁的一端连接有限位杆，且限位杆活动插接在限位孔内，限位杆设置为l型结构，所述限位孔开设在一号承托板上，且一号承托板固定连接在四号承托板的侧壁上。

进一步地，所述限位杆和限位孔的孔腔均设置有矩形结构。

进一步地，所述限位杆的自由端连接有防脱块，且防脱块设置为矩形结构，且防脱块的宽度大于限位孔孔径的宽度。

进一步地，所述铁块朝向一号螺纹杆的一端连接有钢丝绳的一端，且钢丝绳的另一端绕过定滑轮并缠绕连接在绕线轴上，所述定滑轮转动设置在四号承托板的侧壁上，所述绕线轴固定套设在内螺纹杆内，且内螺纹杆的下端连接有转轴，所述转轴转动设置在三号承托板上，且三号承托板固定连接在四号承托板的侧壁上，所述内螺纹杆内螺纹连接有二号螺纹杆，且二号螺纹杆的一端连接有导向支撑组件的一端，所述导向支撑组件的另一端固定连接在掘进机壳体内，所述二号螺纹杆的另一端固定连接有锁定杆，且锁定杆活动插接在三号承托板上，所述锁定杆远离二号螺纹杆的一端延伸到锁定槽内，且锁定槽开设在一号螺纹杆上，所述锁定槽设置有多个，且相邻的两个锁定槽之间存在有间隙，所述间隙的距离小于0.5cm。

进一步地，所述锁定杆位于锁定槽内的一端连接有防卡块，且防卡块设置为圆头结构。

进一步地，所述导向支撑组件包括导向支撑杆、导向支撑筒和导向支撑弹簧，所述导向支撑杆活动插接在导向支撑筒上，所述导向支撑弹簧缠绕连接在导向支撑杆上，且导向支撑弹簧的两端分别连接在导向支撑杆和导向支撑筒的侧壁上。

(3)有益效果：

1、本发明中，上防坍塌板和侧防坍塌板通过连接板和一号连接杆进行连接，这样在掘进机安装之前，即可完成上防坍塌板和侧防坍塌板的固定安装，从而降低安装时的工序强度，提供工作效率，同时，在掘进机壳体内还增设了调节机构，用于推动上防坍塌板和侧防坍塌板相对掘进刀头的运动，从而根据底层土质软硬的不同，改变防坍塌设备和掘进刀头之间的距离，进而在防止坍塌的情况下，改变不同的作业空间距离。

2、本发明中，上防坍塌板和侧防坍塌板的推动机构，通过调节气缸和汽缸臂实现，并且在选材时，采用方形液压气缸，这样可以保证上防坍塌板和侧防坍塌板运动的平稳性，同时，调节气缸和汽缸臂的结构简单，可以起到便捷控制的效果。

3、本发明中，增加了锁定机构的结构，用于起到锁定的作用，在上防坍塌板和侧防坍塌板的位置调节完成以后，对当前位置进行锁定，具体地，增加了一号螺纹杆、锁定卡接牙、二号承托板、移动槽、电磁铁和铁块的组合结构，该组合结构的设置，在锁定卡接牙和一号螺纹杆完成抵触锁定的情况下，实现上防坍塌板和侧防坍塌板的锁定，同时，电磁铁和调节气缸组成一条串联回路，从而确保解锁和调节过程可以同步进行。

4、本发明中，限位杆、限位孔和一号承托板组合结构的设置，一方面，可以起到限位的作用，可以保证一号螺纹杆不会发生转动，只能在水平方向上发生运动，另一方面，可以起到支撑的作用，具体地，通过上述组合结构，可以对一号连接杆起到支撑的作用，从而实现对上防坍塌板和侧防坍塌板的支撑。

5、本发明中，增加了锁定杆和锁定槽的组合结构，该组合结构的设置，用于起到实现对一号螺纹杆的锁定，这样在上防坍塌板和侧防坍塌板的位置调节完成以后，通过上述组合结构，可以达到更好的锁定的效果。

6、本发明中，还增设了钢丝绳、定滑轮、绕线轴、内螺纹杆和二号螺纹杆的组合结构，该组合结构的设置，用于实现实现锁定卡接牙和锁定杆对一号螺纹杆同步锁定的效果，从而达到高效工作的效果。

附图说明

图1为本发明用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备的结构示意图；

图2为本发明用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备图1中上防坍塌板和侧防坍塌板连接左视示意图；

图3为本发明用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备图1中局部放大结构示意图；

图4为本发明用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备支撑组件立体结构示意图；

图5为本发明用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备图3中局部立体结构示意图。

附图标记如下：

上防坍塌板1、侧防坍塌板2、连接板3、一号连接杆4、掘进机壳体5、调节机构6、调节气缸61、汽缸臂62、固定板63、固定横档64、锁定机构65、一号螺纹杆651、限位杆652、限位孔653、一号承托板654、防脱块655、移动孔656、锁定卡接牙657、二号承托板658、移动槽659、电磁铁6510、缓冲橡胶垫6511、铁块6512、二号连接杆6513、复位弹簧6514、钢丝绳6515、定滑轮6516、绕线轴6517、内螺纹杆6518、二号螺纹杆6519、转轴6520、三号承托板6521、锁定杆6522、防卡块6523、锁定槽6524、导向支撑组件6525、导向支撑杆65251、导向支撑筒65252、导向支撑弹簧65253、四号承托板6256。

具体实施方式

下面结合附图1-5和实施例对本发明进一步说明：

一种用于开敞式tbm掘进过程中的可调节式防坍塌设备，包括上防坍塌板1、侧防坍塌板2、连接板3、一号连接杆4、掘进机壳体5和调节机构6，上防坍塌板1和侧防坍塌板2的连接处通过至少五个连接板3进行固定连接，且上防坍塌板1和侧防坍塌板2的侧壁通过一号连接杆4进行连接，一号连接杆4上设置有调节机构6，上防坍塌板1、上防坍塌板1和侧防坍塌板2通过连接板3和一号连接杆4进行连接，这样在掘进机安装之前，即可完成上防坍塌板1和侧防坍塌板2的固定安装，从而降低安装时的工序强度，提供工作效率，同时，在掘进机壳体5内还增设了调节机构6，用于推动上防坍塌板1和侧防坍塌板2相对掘进刀头的运动，从而根据底层土质软硬的不同，改变防坍塌设备和掘进刀头之间的距离，进而在防止坍塌的情况下，改变不同的作业空间距离；侧防坍塌板2、连接板3、一号连接杆4和调节机构6均设置在掘进机壳体5内；调节机构6包括调节气缸61、汽缸臂62、固定板63、固定横档64和锁定机构65，调节气缸61通过固定板63固定在固定横档64上，且固定横档64固定连接在掘进机壳体5内，调节气缸61的驱动端与汽缸臂62进行连接，且汽缸臂62位于调节气缸61外的一端连接在一号连接杆4的侧壁上，一号连接杆4的侧壁还设置有若干个锁定机构65，上防坍塌板1和侧防坍塌板2的推动机构，通过调节气缸61和汽缸臂62实现，并且在选材时，采用方形液压气缸，这样可以保证上防坍塌板1和侧防坍塌板2运动的平稳性，同时，调节气缸61和汽缸臂62的结构简单，可以起到便捷控制的效果。

本实施例中，锁定机构65的数量设置有两个，且两个锁定机构65关于固定横档64对称设置，既可以更好的锁定作用，又可以起到更好的支撑作用。

本实施例中，锁定机构65包括一号螺纹杆651和移动孔656，一号螺纹杆651活动插接在移动孔656内，且一号螺纹杆651的一端连接在一号连接杆4的侧壁上，移动孔656开设在四号承托板6256上，且四号承托板6256固定设置在固定横档64上，一号螺纹杆651上卡接有若干个锁定卡接牙657，且锁定卡接牙657远离一号螺纹杆651的一端连接在二号承托板658的侧壁上，二号承托板658活动设置在移动槽659内，且移动槽659开设在四号承托板6256上，二号承托板658远离一号螺纹杆651的一端中部连接有二号连接杆6513，且二号连接杆6513活动插接在四号承托板6256上，二号连接杆6513远离二号承托板658的一端连接有铁块6512，且二号连接杆6513上缠绕连接有复位弹簧6514，复位弹簧6514的两端分别连接在二号连接杆6513的侧壁上和四号承托板6256的侧壁上，掘进机壳体5内固定设置有与铁块6512相匹配的电磁铁6510，增加了锁定机构65的结构，用于起到锁定的作用，在上防坍塌板1和侧防坍塌板2的位置调节完成以后，对当前位置进行锁定，具体地，增加了一号螺纹杆651、锁定卡接牙657、二号承托板658、移动槽659、电磁铁6510和铁块6512的组合结构，该组合结构的设置，在锁定卡接牙657和一号螺纹杆651完成抵触锁定的情况下，实现上防坍塌板1和侧防坍塌板2的锁定，同时，电磁铁6510和调节气缸61组成一条串联回路，从而确保解锁和调节过程可以同步进行。

本实施例中，铁块6512朝向电磁铁6510的一端连接有缓冲橡胶垫6511，缓冲橡胶垫6511的设置，用于起到缓冲的撞击力的作用，具体地，在电磁铁6510吸引铁块6512发生运动时，会使得电磁铁6510和铁块6512之间发生撞击力，长时间的撞击很容易使得设备发生损伤，从而降低设备的使用寿命。

本实施例中，一号螺纹杆651远离电磁铁6510的一端连接有限位杆652，且限位杆652活动插接在限位孔653内，限位杆652设置为l型结构，限位孔653开设在一号承托板654上，且一号承托板654固定连接在四号承托板6256的侧壁上，限位杆652、限位孔653和一号承托板654组合结构的设置，一方面，可以起到限位的作用，可以保证一号螺纹杆651不会发生转动，只能在水平方向上发生运动，另一方面，可以起到支撑的作用，具体地，通过上述组合结构，可以对一号连接杆4起到支撑的作用，从而实现对上防坍塌板1和侧防坍塌板2的支撑。

本实施例中，限位杆652和限位孔653的孔腔均设置有矩形结构，这样设置，可以起到更好的限位支撑作用。

本实施例中，限位杆652的自由端连接有防脱块655，且防脱块655设置为矩形结构，且防脱块655的宽度大于限位孔653孔径的宽度，这样设置，可以防止限位杆652从一号承托板654上脱落。

本实施例中，铁块6512朝向一号螺纹杆651的一端连接有钢丝绳6515的一端，且钢丝绳6515的另一端绕过定滑轮6516并缠绕连接在绕线轴6517上，定滑轮6516转动设置在四号承托板6256的侧壁上，绕线轴6517固定套设在内螺纹杆6518内，且内螺纹杆6518的下端连接有转轴6520，还增设了钢丝绳6515、定滑轮6516、绕线轴6517、内螺纹杆6518和二号螺纹杆6519的组合结构，该组合结构的设置，用于实现实现锁定卡接牙657和锁定杆6522对一号螺纹杆651同步锁定的效果，从而达到高效工作的效果；转轴6520转动设置在三号承托板6521上，且三号承托板6521固定连接在四号承托板6256的侧壁上，内螺纹杆6518内螺纹连接有二号螺纹杆6519，且二号螺纹杆6519的一端连接有导向支撑组件6525的一端，导向支撑组件6525的另一端固定连接在掘进机壳体5内，二号螺纹杆6519的另一端固定连接有锁定杆6522，且锁定杆6522活动插接在三号承托板6521上，锁定杆6522远离二号螺纹杆6519的一端延伸到锁定槽6524内，且锁定槽6524开设在一号螺纹杆651上，锁定槽6524设置有多个，且相邻的两个锁定槽6524之间存在有间隙，间隙的距离小于0.5cm，增加了锁定杆6522和锁定槽6524的组合结构，该组合结构的设置，用于起到实现对一号螺纹杆651的锁定，这样在上防坍塌板1和侧防坍塌板2的位置调节完成以后，通过上述组合结构，可以达到更好的锁定的效果。

本实施例中，锁定杆6522位于锁定槽6524内的一端连接有防卡块6523，且防卡块6523设置为圆头结构，这样设置，可以起到防卡的作用，确保锁定杆6522能够准确的进入到锁定槽6524内。

本实施例中，导向支撑组件6525包括导向支撑杆65251、导向支撑筒65252和导向支撑弹簧65253，导向支撑杆65251活动插接在导向支撑筒65252上，导向支撑弹簧65253缠绕连接在导向支撑杆65251上，且导向支撑弹簧65253的两端分别连接在导向支撑杆65251和导向支撑筒65252的侧壁上。

本发明有益效果：

本发明中，上防坍塌板1和侧防坍塌板2通过连接板3和一号连接杆4进行连接，这样在掘进机安装之前，即可完成上防坍塌板1和侧防坍塌板2的固定安装，从而降低安装时的工序强度，提供工作效率，同时，在掘进机壳体5内还增设了调节机构6，用于推动上防坍塌板1和侧防坍塌板2相对掘进刀头的运动，从而根据底层土质软硬的不同，改变防坍塌设备和掘进刀头之间的距离，进而在防止坍塌的情况下，改变不同的作业空间距离。

本发明中，上防坍塌板1和侧防坍塌板2的推动机构，通过调节气缸61和汽缸臂62实现，并且在选材时，采用方形液压气缸，这样可以保证上防坍塌板1和侧防坍塌板2运动的平稳性，同时，调节气缸61和汽缸臂62的结构简单，可以起到便捷控制的效果。

本发明中，增加了锁定机构65的结构，用于起到锁定的作用，在上防坍塌板1和侧防坍塌板2的位置调节完成以后，对当前位置进行锁定，具体地，增加了一号螺纹杆651、锁定卡接牙657、二号承托板658、移动槽659、电磁铁6510和铁块6512的组合结构，该组合结构的设置，在锁定卡接牙657和一号螺纹杆651完成抵触锁定的情况下，实现上防坍塌板1和侧防坍塌板2的锁定，同时，电磁铁6510和调节气缸61组成一条串联回路，从而确保解锁和调节过程可以同步进行。

本发明中，限位杆652、限位孔653和一号承托板654组合结构的设置，一方面，可以起到限位的作用，可以保证一号螺纹杆651不会发生转动，只能在水平方向上发生运动，另一方面，可以起到支撑的作用，具体地，通过上述组合结构，可以对一号连接杆4起到支撑的作用，从而实现对上防坍塌板1和侧防坍塌板2的支撑。

本发明中，增加了锁定杆6522和锁定槽6524的组合结构，该组合结构的设置，用于起到实现对一号螺纹杆651的锁定，这样在上防坍塌板1和侧防坍塌板2的位置调节完成以后，通过上述组合结构，可以达到更好的锁定的效果。

本发明中，还增设了钢丝绳6515、定滑轮6516、绕线轴6517、内螺纹杆6518和二号螺纹杆6519的组合结构，该组合结构的设置，用于实现实现锁定卡接牙657和锁定杆6522对一号螺纹杆651同步锁定的效果，从而达到高效工作的效果。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。