掘进机和隧道掘进方法与流程

本申请涉及隧道掘进技术领域，具体而言，涉及掘进机和隧道掘进方法。

背景技术：

在相关技术中，隧道软岩大变形的施工技术难题一直困扰着隧道的施工。软岩大变形机理为千枚岩、碳质千枚岩、板岩、碳质板岩、片岩、云母片岩、碳质片岩等软岩，在高地应力条件下，产生显著塑性变形或流变的导致隧道发生侵陷。

针对软弱围岩变形大，甚至容易发生坍塌等安全事故的情况，通常的做法是，掘进机在掘进出的隧道内设置支护结构，以支护于隧道的内壁，随掘进，随支护。支护结构虽然能够在一定程度上承接隧道的变形，但是由于支护结构位于隧道有限的空间内，会对施工进度造成影响，使施工进度缓慢，严重制约工程工期。另外，支撑于隧道内壁上的支护机构，仍然难以有效减少软弱围岩由于变形大而容易导致的事故发生率。

技术实现要素：

根据本发明的实施例旨在解决上述技术问题中的之一。

为此，根据本发明的实施例的第一目的在于提供一种掘进机。

根据本发明的实施例的第二目的在于提供一种隧道掘进方法。

为实现根据本发明的实施例的第一目的，提供了一种掘进机，用于掘进隧道，掘进机包括：刀盘，具有刀盘本体；掘进刀具，设于刀盘本体的一端，用于掘进隧道；伸缩挖掘部，与刀盘本体的外侧壁连接；其中，伸缩挖掘部在第一状态时伸出刀盘本体的外侧壁以在隧道的内壁上挖掘环形槽，伸缩挖掘部在第二状态时缩回刀盘本体的外侧壁以内。

在该技术方案中，将伸缩挖掘部设置在刀盘本体的侧壁，是为了不会影响掘进刀具的掘进工作，在掘进刀具掘进时，伸缩挖掘部可以同时对掘进出来的隧道的内壁开挖环形槽，能够提高施工速度。伸缩挖掘部的至少一部分与刀盘本体的外侧壁连接，使伸缩挖掘部能够随刀盘本体的旋转而旋转，伸缩挖掘部还有至少一部分在伸出刀盘本体的外侧壁时，使伸缩挖掘部处于第一状态，随刀盘本体的旋转而在隧道的内壁上挖掘环形槽，使隧道释放的变形能够隧道的内壁转到从环形槽开始，因此，能够减轻支护装置的承载压力，避免或减少了隧道内净空间不足时，再次扩挖支护的工作。在保证软弱围岩情况下掘进隧道的安全施工的同时，进一步提高了施工速度，节省了施工工期。

另外，根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述技术方案中，伸缩挖掘部包括：盲孔，设于刀盘本体的侧壁上；第一伸缩机构，与盲孔的底壁连接；挖掘刀具，与第一伸缩机构连接；其中，第一伸缩机构能够驱动挖掘刀具伸出或缩回盲孔。

在该技术方案中，通过将盲孔设置在刀盘本体的侧壁上，用于容置在第二状态时的伸缩挖掘部，使伸缩挖掘部不会影响掘进刀具的掘进作业。第一伸缩机构能够实现伸缩功能，以驱动挖掘刀具在第一工作状态或第二工作状态。

上述任一技术方案中，第一伸缩机构为油缸或汽缸。

在该技术方案中，油缸或汽缸作为第一伸缩机构，能够及时响应，驱动挖掘刀具伸出，能够保证挖掘刀具与隧道的内壁精确接触后再挖掘环形槽，并随着挖掘深度的加大逐渐缓慢增加伸出量，提高了挖掘的效率和准确性。

上述任一技术方案中，掘进机还包括：护盾体，至少一部分用于支撑隧道的内壁；钢拱架安装器，沿护盾体的外缘环向设置；伸缩扩挖部，一端与钢拱架安装器连接，伸缩扩挖部另一端能够在第一状态时伸出护盾体与隧道的内壁抵接的表面，以对环形槽进行扩挖，或在第二状态时缩回护盾体与隧道的内壁抵接的表面。

在该技术方案中，当环形槽随着掘进机的掘进而相对护盾体移动至护盾体的尾部，此时，如果根据环形槽的成型情况需要对环形槽进行扩挖，则控制伸缩扩挖部伸出，使扩挖刀具对环形槽进行扩挖，可减少人工开挖工作量。

上述任一技术方案中，伸缩扩挖部包括：第二伸缩机构，与护盾体连接；扩挖刀具，与第二伸缩机构连接；其中，第二伸缩机构能够驱动扩挖刀具伸出或缩回。

在该技术方案中，第二伸缩机构驱动扩挖刀具伸出，使扩挖刀具与环形槽的内壁精确接触后再对环形槽进行扩挖，并随着扩挖深度的加大逐渐缓慢增加伸出量，提高了扩挖的效率和准确性，保证了环形槽在扩挖后的横截面的变化是逐渐进行的，使隧道发生形变的变形量就不会由于发生突然改变而更变形更剧烈，能够减缓变形的趋势。第二伸缩机构在扩挖刀具对环形槽完成扩挖以后，能够使扩挖刀具缩回到槽体结构内，使掘进机的掘进能够继续进行。

上述任一技术方案中，护盾体包括：主梁，设于远离所述刀盘本体的一端；其中，钢拱架安装器设于主梁的外缘上，并与主梁滑动连接，以使得钢拱架安装器能够沿主梁的轴向移动，且沿主梁的周向转动。

在该技术方案中，主梁在径向的宽度小于护盾体的最大直径，便于安装钢拱架安装器和伸缩扩挖部。钢拱架安装器沿主梁的轴向移动，且沿主梁的周向转动，使伸缩扩挖部可以根据需要进行调整，更有利于根据需要对环形槽进行扩挖，提高了环形槽扩挖的适用性和扩挖质量。

上述任一技术方案中，扩挖刀具为铣削头。

在该技术方案中，环形槽的横截面具有从内到外逐渐变宽的结构形式，这样的形状不仅利于刀具在加工完后退出，且具有逐渐释放来自隧道的变形的作用，而铣削头具有前窄后宽的结构，正适于加工出环形槽的横截面的形状，采用铣削头作为扩挖刀具，取材方便，无需另外再制作刀具。

上述任一技术方案中，刀盘本体具有圆柱面，盲孔开设于圆柱面上。

在该技术方案中，圆柱面为规则的曲面，容易加工，且容易制作盲孔，能够简化加工工序。

上述任一技术方案中，伸缩挖掘部沿刀盘本体的径向设置。

在该技术方案中，通过伸缩挖掘部沿柱体结构径向设置，使伸缩挖掘部在接近与隧道的内壁垂直的角度挖掘环形槽，使环形槽的横截面的形状为规则形状，保证环形槽承接变形的均匀性。

上述任一技术方案中，伸缩挖掘部沿刀盘本体的径向设置为三个，任意相邻的两个伸缩挖掘部之间的夹角相等。

在该技术方案中，通过伸缩挖掘部沿刀盘本体的环向均匀设置，减少对环形槽的重复挖掘，可以提高施工效率。

为实现根据本发明的实施例的第二目的，提供了一种隧道掘进方法，采用根据本发明的任一实施例中的掘进机，隧道掘进方法包括如下步骤：控制掘进刀具掘进隧道；控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘环形槽。

在该技术方案中，掘进机通过刀具掘进隧道，当超前地质探测出前方围岩软弱易变形时，就控制伸缩挖掘部在隧道的内壁上挖掘环形槽，由环形槽来承载隧道的变形，由于环形槽的侵占空间小，使隧道释放的变形从环形槽开始，而非从隧道的内壁开始，因此，隧道的净空间相对以往只在隧道的内壁设置支护结构的施工方法，使支护结构更能得到有效保障，避免或减少了由于隧道内的净空间不足，需要再次进行扩挖支护的工作量。

上述任一技术方案中，在执行控制伸缩挖掘部在隧道的内壁上挖掘环形槽的步骤之后，隧道掘进方法还包括：在环形槽内设置环形支护装置；调节环形支护装置的直径，以使环形支护装置的至少一部分与环形槽的一部分内壁相互贴合。

在该技术方案中，环形支护装置因具有塑性破坏特征，因此能够抵抗初始大变形，且通过调整环形支护装置的周长，以确保环形支护装置的至少一部分与环形槽的至少一部分相互紧密贴合，能够有效避免或减少的支护结构的失效，同时还能对可能产生的松散压力载荷有一定的承载能力，也让围岩变形得到一定程度的释放。

上述任一技术方案中，在执行控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘环形槽的步骤之后，隧道掘进方法还包括：控制伸缩扩挖部对环形槽进行扩挖；在扩挖后的环形槽内设置环形支护装置；调节环形支护装置的直径，以使环形支护装置的至少一部分与扩挖后的环形槽的一部分内壁相互贴合。

在该技术方案中，当根据环形槽的成型情况需要对环形槽进行扩挖，可减少人工开挖工作量。

上述任一技术方案中，控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘环形槽的步骤包括：控制掘进机停止前进；控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘出环形槽；控制掘进机继续前进；控制上述步骤间隔重复进行，以在隧道的内壁上挖掘出间隔距离相等的环形槽。

在该技术方案中，通过控制掘进机有规律性地前进和停止前进，以在隧道的内壁挖掘出距离间隔相等的环形槽，不仅能保证原有支护结构的功能，且无需对隧道进行整体挖掘，减少了需要扩大的挖掘量。另外，相邻的两个环形槽之间的距离相等，使多个环形槽承受的隧道的变形量在理论上近似相等，也能够减缓由于承受的形变不均衡而不稳定的情况，能够进一步保证隧道的施工安全。

上述任一技术方案中，控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘环形槽的步骤还包括：控制伸缩挖掘部的至少一部分伸出刀盘本体；控制伸缩挖掘部随刀盘本体的旋转对隧道的内壁挖掘出环形槽；控制环形槽挖掘到预定的深度；控制伸缩挖掘部缩回刀盘本体的外侧壁以内。

在该技术方案中，伸缩挖掘部的挖掘刀具伸出刀盘本体，使挖掘刀具与隧道的内壁接触后随着刀盘本体的旋转而对隧道的内壁进行挖掘，并随着旋转而调整挖掘刀具的伸出量，直到在隧道的内壁上挖掘出达到预定深度的环形槽。然后再控制挖掘刀具退出环形槽后缩回至盲孔内，以避免影响掘进机进行后续的施工作业，能够保证施工效率和施工进度。

上述任一技术方案中，控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘出环形槽步骤还包括：控制伸缩挖掘部的至少一部分伸出刀盘本体；控制伸缩挖掘部随刀盘本体的旋转在靠近隧道的顶部过程中逐渐增加伸出量，并在远离隧道的顶部的过程中的逐渐减小伸出量；控制环形槽挖掘到预定的深度；控制伸缩挖掘部缩回刀盘本体的外侧壁以内。

在该技术方案中，当伸缩挖掘部随刀盘本体的旋转在靠近隧道的顶部过程中逐渐增加伸出量，在远离隧道的顶部的过程中逐渐减小伸出量，能够使挖掘出的环形槽的深度从顶部向两侧逐渐减小，当伸缩挖掘部旋转至越接近隧道底部位置，就控制伸缩挖掘部将挖掘刀具缩回至盲孔内，不再对隧道的内壁进行挖掘。也就是，伸缩挖掘部只对挖掘隧道的内顶部进行挖掘，形成环形槽段，能够减小卡顿的风险。

根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明的一些实施例的掘进机的主视局部剖视结构示意图；

图2为根据本发明的一些实施例的掘进机的侧视结构示意图；

图3为根据本发明的一些实施例的隧道掘进方法的流程图之一；

图4为根据本发明的一些实施例的隧道掘进方法的流程图之二；

图5为根据本发明的一些实施例的隧道掘进方法的流程图之三；

图6为根据本发明的一些实施例的隧道掘进方法的流程图之四；

图7为根据本发明的一些实施例的隧道掘进方法的流程图之五；

图8为根据本发明的一些实施例的隧道掘进方法的流程图之六。

图1至图8中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100：掘进机，110：刀盘，112：刀盘本体，1122：圆柱面，114：掘进刀具，116：伸缩挖掘部，1162：盲孔，1164：第一伸缩机构，1166：挖掘刀具，120：护盾体，122：主梁，130：伸缩扩挖部，132：第二伸缩机构，134：扩挖刀具，140：钢拱架安装器，200：隧道，210：环形槽，220：环形槽段，300：环形支护装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解根据本发明的实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对根据本发明的实施例进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解根据本发明的实施例，但是，根据本发明的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，根据本发明的实施例的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图8描述根据本发明的一些实施例的技术方案。

在相关技术中，我国已成为地下工程建设大国，各种山岭隧道、大型引水工程正在大规模的建设中。但在施工中仍然有些技术难题特别是隧道软岩大变形的施工技术难题一直困扰着广大隧道建设者。例如，瑞士圣哥达隧道，钻爆法施工遇到半径1.2m的软岩大变形，国内有大凉山、木寨岭、乌鞘岭等隧道，施工过程中，都有软岩大变形。

针对高地应力变形的支护技术方面，国内相关专家提出应该使用控制型或者加强型支护结构进行施工变形控制，总结多个软弱围岩隧道的施工经验，其中可采取的措施包括:长锚索技术、大断面钢拱架安装器技术、长锚杆技术、可伸缩式钢架技术、早高强喷混凝土技术、双钢钢拱架安装器技术、扩大拱脚支护技术、双层或多层支护结构技术等。但上述各施工方法适用的工程地质和围岩情况差别较大，且无法给出完整系统的围岩适用体系。目前隧道软岩大变形的施工技术难题仍未得到有效的解决。

现有技术处理软岩大变形的方法主要分为两类：(1)强化支护，更换大规格钢拱架安装器，加密钢拱架安装器布置；(2)增大钻爆法或基本概念岩石隧道掘进机(tunnelboringmachine，简称tbm)法施工扩挖量，工作量大。

因此针对软弱围岩变形大，甚至发生坍塌等安全事故，施工进度缓慢，严重制约工程工期的特点，根据本发明的实施例提出一种安全、快速的软弱围岩隧道施工、支护技术，以期能有效减少软弱围岩情况下的事故发生率，并提高软弱围岩下隧道的施工速度。

基于上述相关技术中存在的技术问题，下面的实施例将逐一或共同或分别解决上述技术问题。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种掘进机100，用于掘进隧道200，包括：刀盘110、掘进刀具114和伸缩挖掘部116，其中，刀盘110具有刀盘本体112，掘进刀具114设于刀盘本体112的一端，用于掘进隧道200，伸缩挖掘部116与刀盘本体112的外侧壁连接；其中，伸缩挖掘部116在第一状态时伸出刀盘本体112的外侧壁以在隧道200的内壁上挖掘环形槽210，伸缩挖掘部116在第二状态时缩回刀盘本体112的外侧壁以内。

为了便于描述，将刀具的伸出状态设定为第一状态，将刀具的缩回状态设定为第二状态。刀盘110与岩壁掌子面直接接触，刀盘本体112设于掘进机100的头部，在驱动结构的驱动下旋转，掘进刀具114设于刀盘本体112的端部，一般会均匀设置为多个，会随着刀盘本体112的旋转而掘进隧道200。通常情况下，掘进出的隧道200内会设置支护结构，以承接隧道200产生的变形。伸缩挖掘部116的至少一部分与刀盘本体112的外侧壁连接，使伸缩挖掘部116能够随刀盘本体112的旋转而旋转，伸缩挖掘部116还有至少一部分在伸出刀盘本体112的外侧壁时，使伸缩挖掘部116处于第一状态，随刀盘本体112的旋转而在隧道200的内壁上挖掘环形槽210，使隧道200释放的变形能够从环形槽210开始，因此，能够减轻支护结构的承载压力，避免或减少了隧道200内净空间不足时，再次扩挖支护的工作。在保证软弱围岩情况下掘进隧道200的安全施工的同时，提高了施工速度，节省了施工工期。

本实施例中，将伸缩挖掘部116设置在刀盘本体112的侧壁，是为了不会影响掘进刀具114的掘进工作，在掘进刀具114掘进时，伸缩挖掘部116可以同时对掘进出来的隧道200的内壁开挖环形槽210，进一步提高了施工速度，节省了工期。

实施例2

如图1和图2所示，本实施例提供了一种掘进机100，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

伸缩挖掘部116包括：盲孔1162、第一伸缩机构1164和挖掘刀具1166，其中，盲孔1162设于刀盘本体112的侧壁上；第一伸缩机构1164与盲孔1162的底壁连接；挖掘刀具1166与第一伸缩机构1164连接，其中，第一伸缩机构1164能够驱动挖掘刀具1166伸出或缩回盲孔1162。

盲孔1162设置在刀盘本体112的侧壁上，用于容置在第二状态时的伸缩挖掘部116，使伸缩挖掘部116不会影响掘进刀具114的掘进作业。第一伸缩机构1164能够实现伸缩功能，例如，第一伸缩机构1164可以是油缸或汽缸，以驱动挖掘刀具1166在第一工作状态或第二工作状态。油缸或汽缸作为第一伸缩机构1164，能够及时响应，驱动挖掘刀具1166伸出，能够保证挖掘刀具1166与隧道200的内壁精确接触后再挖掘环形槽210，并随着挖掘深度的加大逐渐缓慢增加伸出量，提高了挖掘的效率和准确性。

实施例3

如图1所示，本实施例提供了一种掘进机100，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

掘进机100还包括：护盾体120、伸缩扩挖部130和钢拱架安装器140，护盾体120的至少一部分用于支撑隧道200的内壁；钢拱架安装器140沿护盾体120的外缘环向设置；伸缩扩挖部130的一端与钢拱架安装器140连接，伸缩扩挖部130的一端与护盾体120远离刀盘本体112的一端连接，伸缩扩挖部130的另一端能够在第一状态时伸出护盾体120与隧道200的内壁抵接的表面，以对环形槽210进行扩挖，或在第二状态时缩回护盾体120与隧道200的内壁抵接的表面。

本实施例中，将伸缩扩挖部130设置于钢拱架安装器140上，钢拱架安装器140安装于护盾体120远离刀盘本体112的一端，可以增加伸缩扩挖部130的结构强度，当超前地质探测出前方围岩软弱易变形时，掘进机100的伸缩挖掘部116伸出，以对隧道200的内壁进行整圈的环槽扩挖，在隧道200的内壁上挖掘出环形槽210，环形槽210的大小及间距可分别根据前方围岩及隧道200的情况进行调整。当环形槽210随着掘进机100的掘进而相对护盾体120移动至护盾体120的尾部，此时，如果根据环形槽210的成型情况需要对环形槽210进行扩挖，则控制伸缩扩挖部130伸出，使扩挖刀具134对环形槽210进行扩挖，可减少人工开挖工作量。

实施例4

如图1所示，本实施例提供了一种掘进机100，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

伸缩扩挖部130包括：第二伸缩机构132和扩挖刀具134，其中，第二伸缩机构132与护盾体120连接，扩挖刀具134与第二伸缩机构132连接，其中，第二伸缩机构132能够驱动扩挖刀具134伸出或缩回。

本实施例中，在护盾体120上设置一个槽体结构，第二伸缩机构132的一端与槽体结构的内底部连接，第二伸缩机构132的另一端与扩挖刀具134连接，扩挖刀具134与挖掘刀具1166具有相似的结构，这样，扩挖刀具134在挖掘刀具1166挖掘出的环形槽210的内壁进行扩挖，使环形槽210的横截面逐渐扩大，那么，隧道200发生形变的变形量就不会由于发生突然改变而更变形更剧烈，能够减缓变形的趋势。

第二伸缩机构132可以是油缸或汽缸，能够及时响应，驱动扩挖刀具134伸出，能够保证扩挖刀具134与环形槽210的内壁精确接触后再对环形槽210进行扩挖，并随着扩挖深度的加大逐渐缓慢增加伸出量，提高了扩挖的效率和准确性，保证了环形槽210在扩挖后的横截面的变化是逐渐进行的，使隧道200发生形变的变形量就不会由于发生突然改变而更变形更剧烈，能够减缓变形的趋势。第二伸缩机构132在扩挖刀具134对环形槽210完成扩挖以后，能够使扩挖刀具134缩回到槽体结构内，使掘进机100的掘进能够继续进行。

实施例5

如图1所示，本实施例提供了一种掘进机100，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

护盾体120包括：主梁122，主梁122设于远离刀盘本体112的一端；其中，钢拱架安装器140设于主梁122的外缘上，并与主梁122滑动连接，以使得钢拱架安装器140能够沿主梁122的轴向移动，且沿主梁122的周向转动。

本实施例中，主梁122在径向上宽度小于护盾体120的最大直径，钢拱架安装器140沿主梁122的轴向移动，且沿主梁122的周向转动，使伸缩扩挖部130可以根据需要进行调整，更有利于根据需要对环形槽210进行扩挖，提高了环形槽210扩挖的适用性和扩挖质量。

伸缩扩挖部130与伸缩挖掘部116之间的距离为相邻两个环形槽210之间距离的整数倍，或者没有限定。当根据环形槽210的成型情况需要对环形槽210进行扩挖时，为了不影响伸缩挖掘部116挖掘环形槽210，以提高施工效率，整数倍的距离可以保证伸缩挖掘部116的挖掘工作和伸缩扩挖部130的扩挖工作同时进行。

实施例6

如图1所示，本实施例提供了一种掘进机100，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

扩挖刀具134为铣削头。

环形槽210的横截面具有从内到外逐渐变宽的结构形式，这样的形状不仅利于刀具在加工完后退出，且具有逐渐释放来自隧道200的变形的作用，而铣削头具有前窄后宽的结构，正适于加工出环形槽210的横截面的形状，采用铣削头作为扩挖刀具134，取材方便，无需另外再制作刀具。

实施例7

如图1所示，本实施例提供了一种掘进机100，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

刀盘本体112具有圆柱面1122，盲孔1162开设于圆柱面1122上。

圆柱面为规则的曲面，容易加工，且容易制作盲孔1162，能够简化加工工序。

实施例8

如图1所示，本实施例提供了一种掘进机100，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

伸缩挖掘部116沿刀盘本体112的径向设置。

伸缩挖掘部116沿柱体结构径向设置，使伸缩挖掘部116在接近与隧道200的内壁垂直的角度挖掘环形槽210，使环形槽210的横截面的形状为规则形状，保证环形槽210承接变形的均匀性。

实施例9

如图1所示，本实施例提供了一种掘进机100，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

伸缩挖掘部116沿刀盘本体112的径向设置为三个，任意相邻的两个伸缩挖掘部116之间的夹角相等。

伸缩挖掘部116沿刀盘本体112的环向均匀设置，减少对环形槽210的重复挖掘，可以提高施工效率。

实施例10

如图3所示，本实施例提供了一种隧道掘进方法，采用根据本发明的任一实施例的掘进机100，隧道掘进方法包括如下步骤：

步骤s102，控制掘进刀具114掘进隧道200。

步骤s104，控制伸缩挖掘部116在隧道200的内壁挖掘环形槽210。

掘进机100通过刀具114掘进隧道200，当超前地质探测出前方围岩软弱易变形时，就控制伸缩挖掘部116在隧道200的内壁上挖掘环形槽210，由环形槽210来承载隧道200的变形，由于环形槽210的侵占空间小，使隧道200释放的变形从环形槽210开始，而非从隧道200的内壁开始，因此，隧道200的净空间相对以往只在隧道200的内壁设置支护结构的施工方法，使支护结构更能得到有效保障，避免或减少了由于隧道200内的净空间不足，需要再次进行扩挖支护的工作量。

实施例11

如图4所示，本实施例提供了一种隧道掘进方法，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

在执行控制伸缩挖掘部在隧道的内壁上挖掘环形槽的步骤之后，隧道掘进方法还包括：

步骤s202，在环形槽内设置环形支护装置。

步骤s204，调节环形支护装置的直径，以使环形支护装置的至少一部分与环形槽的至少一部分内壁相互贴合。

隧道200的内壁设置支护结构，但是会由于因扭转和翘曲破坏而引起失效。环形支护装置300因具有塑性破坏特征，因此能够抵抗初始大变形，且通过调整环形支护装置300的周长，以确保环形支护装置300的至少一部分与环形槽210的至少一部分相互紧密贴合，能够有效避免或减少支护结构的失效，同时还能对可能产生的松散压力载荷有一定的承载能力，也让围岩变形得到一定程度的释放。另一方面，隧道200释放的变形由环形槽210开始，而非从隧道200的内壁开始，因此隧道200的净空间相对只在隧道200的内壁设置支护结构的施工方法更能得到有效保障，避免或减少了隧道200内净空间不足时，需要再次扩挖支护的工作。因此，在环形槽210内设置环形支护装置300能够在保证软弱围岩情况下安全施工的同时，提高了施工速度，节省了施工工期。

实施例12

如图5所示，本实施例提供了一种隧道掘进方法，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

在执行控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘环形槽的步骤之后，隧道掘进方法还包括：

步骤s302，控制伸缩扩挖部对环形槽进行扩挖。

步骤s304，在扩挖后的环形槽内设置环形支护装置。

步骤s306，调节环形支护装置的直径，以使环形支护装置的至少一部分与扩挖后的环形槽的一部分内壁相互贴合。

当超前地质探测出前方围岩软弱易变形时，掘进机100的伸缩挖掘部116伸出，以对隧道200的内壁进行整圈的环槽扩挖，在隧道200的内壁上挖掘出环形槽210，环形槽210的大小及间距可分别根据前方围岩及隧道200的情况进行调整。当环形槽210随着掘进机100的掘进而相对护盾体120移动至护盾体120的尾部，此时，如果根据环形槽210的成型情况需要对环形槽210进行扩挖，则控制伸缩扩挖部130伸出，使扩挖刀具134对环形槽210进行扩挖，待扩挖后的环形槽210的尺寸和位置合适后，再安装环形支护装置300，并通过调整环形支护装置300的周长，确保环形支护装置300的至少一部分与环形槽210的至少一部分内壁贴合紧密，以保证环形支护装置300可以起到支护作用。

实施例13

如图6所示，本实施例提供了一种隧道掘进方法，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘环形槽的步骤包括：

步骤s402，控制掘进机停止前进。

步骤s404，控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘出环形槽。

步骤s406，控制掘进机继续前进。

步骤s408，控制上述过程间隔重复进行，以在隧道的内壁上挖掘出间隔距离相等的环形槽。

通过控制掘进机100有规律性地前进和停止前进，以在隧道200的内壁挖掘出距离间隔相等的环形槽210，不仅能保证原有支护结构的功能，且无需对隧道200进行整体挖掘，减少了需要扩大的挖掘量。另外，相邻的两个环形槽210之间的距离相等，使多个环形槽210承受的隧道200的变形量在理论上近似相等，也能够减缓由于承受的形变不均衡而不稳定的情况，能够进一步保证隧道200的施工安全。

实施例14

如图7所示，本实施例提供了一种隧道掘进方法，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘环形槽的步骤还包括：

步骤s502，控制伸缩挖掘部的至少一部分伸出刀盘本体。

步骤s504，控制伸缩挖掘部随刀盘本体的旋转对隧道的内壁挖掘出环形槽。

步骤s506，控制环形槽挖掘到预定的深度。

步骤s508，控制伸缩挖掘部缩回刀盘本体的外侧壁以内。

本实施例中，伸缩挖掘部116的挖掘刀具1166伸出刀盘本体112，使挖掘刀具1166与隧道200的内壁接触后随着刀盘本体112的旋转而对隧道200的内壁进行挖掘，并随着旋转而调整挖掘刀具1166的伸出量，直到在隧道200的内壁上挖掘出达到预定深度的环形槽210。然后再控制挖掘刀具1166退出环形槽210后缩回至盲孔1162内，以避免影响掘进机100进行后续的施工作业，能够保证施工效率和施工进度。

实施例15

如图8所示，本实施例提供了一种隧道掘进方法，除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

控制伸缩挖掘部在隧道的内壁挖掘出环形槽步骤还包括：

步骤s602，控制伸缩挖掘部的至少一部分伸出刀盘本体。

步骤s604，控制伸缩挖掘部随刀盘本体的旋转在靠近隧道的顶部过程中逐渐增加伸出量，并在远离隧道的顶部的过程中的逐渐减小伸出量。

步骤s606，控制环形槽挖掘到预定的深度。

步骤s608，控制伸缩挖掘部缩回刀盘本体的外侧壁以内。

本实施例中，伸缩挖掘部116在刀盘本体112沿环形径向设置为三个，当其中的一个伸缩挖掘部116随刀盘本体112的旋转在靠近隧道200的顶部过程中逐渐增加伸出量，另外两个伸缩挖掘部116在远离隧道200的顶部的过程中逐渐减小伸出量，使挖掘出的环形槽210的深度从顶部向两侧逐渐减小，当伸缩挖掘部116旋转至越接近隧道200底部位置，就控制伸缩挖掘部116将挖掘刀具1166缩回至盲孔1162内，不再对隧道200的内壁进行挖掘。也就是，伸缩挖掘部116只对挖掘隧道200的内顶部进行挖掘，形成环形槽段220，能够减小卡顿的风险。

综上，根据本发明的实施例的有益效果为：

1.通过伸缩挖掘部116挖掘环形槽210，并通过伸缩扩挖部130对环形槽210进行扩挖，减少人工开挖工作量。

2.环形槽210能够承载隧道200的变形，侵占空间小，使隧道200释放的变形从环形槽210开始，而非从隧道200的内壁开始，因此，隧道200内的净空间相对以往只在隧道200的内壁设置支护结构的施工方法，使支护结构更能得到有效保障，避免或减少了隧道200内净空间的不足，需再次进行扩挖支护的工作量。

3.通过控制掘进机100有规律性地前进，并有规律性地在隧道200的内壁挖掘出距离间隔相等的环形槽210，不仅能保证原有支护结构的功能，且无需对隧道整体挖掘，减少了需要扩大的挖掘量。

4.通过控制伸缩挖掘部116的伸出量，使伸缩挖掘部116挖掘出的环形槽210的深度从顶部向两侧逐渐减小，也就是，只对隧道200的内顶部进行挖掘，形成环形槽段220，能够减小卡顿的风险。

5.通过在环形槽210内安装环形支护装置300，一方面能减少原有支护对隧道200内净空间的占用，另一方面也能抵抗隧道200的初始大变形，并能让隧道200的变形得到一定程度的释放，同时还可以避免或减少因扭转和翘曲破坏引起的原有支护结构的失效。

在根据本发明的实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在根据本发明的实施例中的具体含义。

根据本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述根据本发明的实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对根据本发明的实施例的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于根据本发明的实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为根据本发明的实施例的优选实施例而已，并不用于限制根据本发明的实施例，对于本领域的技术人员来说，根据本发明的实施例可以有各种更改和变化。凡在根据本发明的实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在根据本发明的实施例的保护范围之内。