一种DSIS新型TBM的制作方法

本发明涉及隧道挖掘机领域，尤其涉及dsis（doubleshieldinitialsupport——双护盾＋初期支护）新型tbm。

背景技术：

岩石隧道掘进机分为三种基本机型：敞开式tbm、双护盾tbm和单护盾tbm。敞开式tbm主机多采用主梁式、单撑靴结构，适用于围岩总体自稳能力较好的隧道，搭载钢拱架拼装器、锚杆钻机、喷混设备等初期支护设备。双护盾tbm主机支撑盾配置有撑靴用以撑紧洞壁提供掘进反力，以预制混凝土管片作为永久支护结构，边掘进边拼装管片，适用于围岩具有一定自稳能力的隧道；单护盾tbm以推进油缸顶推管片提供掘进反力，适用于围岩自稳能力较弱的隧道。管片成本较高，在围岩较完整时双护盾tbm施工经济性较差。当隧道开挖断面较小或存在小半径转弯时，以上两种形式的tbm在设备结构、开挖进度、经济性上，存在一定程度的局限性，不能完全发挥岩石隧道掘进机快速施工的特点。

针对以上问题，综合敞开式tbm、双护盾tbm的性能特点，设计一种新型tbm，使tbm设备应用更广泛是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种dsis（doubleshieldinitialsupport——双护盾＋初期支护）新型tbm，特别适用于小断面隧道施工，结合了双护盾tbm与敞开式tbm的功能优点，既解决了敞开式tbm在小断面开挖时，作业空间狭小的问题，又避免了在适宜地质段采用管片支护导致造价较高的弊端，同时盾体长度相较于双护盾更短，可根据隧洞设计要求适应更小的转弯半径，能够解决敞开式tbm在软弱围岩条件下撑靴无法撑紧掘进的问题，以及双护盾tbm在遇到收缩性围岩或断层破碎带时容易出现卡机无法通过的问题,充分发挥了tbm快速施工的特点，为隧道开挖支护持续、均衡、快速施工提供了新的设备和更可靠的选择。

为了实现上述目的，本发明是这样设置的：一种dsis新型tbm，其特征在于：包括依次连接的tbm主机、滑车机构、连接桥、后配套拖车，所述tbm主机包括刀盘、前盾、主驱动、伸缩盾、推进油缸、支撑盾、抗扭机构、钢拱架拼装器和主机皮带机，所述刀盘安装在主驱动上，主驱动位于前盾内部，前盾后部连接伸缩盾，伸缩盾内布置所述推进油缸，所述伸缩盾的后部连接支撑盾，所述支撑盾内嵌所述撑靴，并由推进油缸拖拽向前移动；在所述支撑盾后部安装h架，h架上安装钢拱架拼装器，所述钢拱架拼装器通过液压绞车和钢丝绳拖动每段钢拱架进行拼装，整榀钢拱架拼装成环后，可前后移动到支护位置，进行撑紧。其中，所述滑车机构为框架结构，其前部设拖拉油缸，在tbm掘进时可使滑车、连接桥、后配套拖车不随tbm主机移动。

在本发明中，所述滑车结构包括多部滑车，在与tbm主机最近的滑车的上部安装初期支护设备包括锚杆钻机、喷锚机械手和泵站；在所述滑车的内部安装用于滑车区域石渣运输的皮带机，并布设主机需求的风水电管线，所述滑车底部结构设计为腔体连接上部，同时用于通风系统通道，一侧连接风机送入新风，一侧连接除尘设备吸入主机尾部的污风。

所述滑车底部与洞壁接触滑移向前，并且其设有坡度满足拱架区通过。滑车机构满足出渣、通风要求，为支护设备、泵站设备提供了充足布置、运行空间。

为进一步提高锚杆作业范围，tbm主机最近的滑车上部为平台，在所述平台上设置有轨道，所述轨道上设置有行走机构，所述行走机构包括与所述轨道配合的行走轮，所述行走轮上设置有钻机平台，所述钻机平台上设置有竖向的钻机轨道，所述钻机轨道上设置钻机大臂。在施作法向锚杆的基础上，入岩角度可调，其前后移动距离不再受以往主梁长度的影响，活动空间更大，锚杆作业范围扩大，降低对tbm连续掘进的影响；同时锚杆作业空间大，施工便捷。安装钻机的框架结构更加简化，降低制造的难度及成本，使钻机选型范围更广，钻机初期支护施工能力增强。

其中，与连接桥连接的滑车平台上部设置有混喷平台，所述混喷平台的后方设置有防尘板，所述防尘板的后方为操作台，所述混喷平台上设置有行走机构，所述行走机构上设置有混喷机械手平台，所述混喷机械手平台与所述行走机构采用齿轮和齿轨的连接方式，所述混喷平台两侧设置有移动校车。与以往设备相比，喷混作业面到掌子面距离大大缩短，更有利于及时喷混，提升了施工安全性；具有了充足的空间，不仅满足了小断面隧洞施工的应用，使设备喷射混凝土的角度、距离便于控制调节，混凝土喷射质量易保证，降低了施工与设备维护难度。

进一步的，连接桥前端与滑车相连，后端与后配套拖车相连，底部设有行走轮，前端将出渣皮带机、硬质通风管道及部分管线抬升至后配套拖车上层平台；后端空间铺设后配套拖车、机车行走用钢枕、钢轨，及部分施工材料的存储。后配套为拖车结构且设有行走轮，后配套的下部布置机车轨道和设备。用于控制设备、电气设备、泵站、水箱、皮带机、通风管道及风机的搭载，适用于小断面隧道，设备单侧布置，上部平台布置皮带机及通风设备。

进一步的，后配套的拖车设有可将混凝土罐体移至输送泵的平移机构，所述平移机构包括设置在拖车的平台上，所述平移机构包括马达、底板、齿条、轨道，底板上部安装轨道，与拖车的平台上的轨道滑动连接；底板下部安装齿条，通过马达实现底板的平移；马达安装在拖车的平台上。

有益效果：

（1）dsis新型tbm采用双护盾tbm主机扩大了其应用范围，在软弱围岩可进行掘进施工；

（2）dsis新型tbm采用敞开式tbm支护形式，具备初期支护能力，保障了岩石隧道掘进施工，同时避免了管片支护的高成本；

（3）dsis新型tbm具备小半径转弯能力，可适应绝大部分曲线隧道施工，能够实现曲线掘进（半径250m），在必要时可具备转弯半径最小75m的施工能力。

（4）钢拱架拼装器采用钢丝绳液压绞车，取消了其旋转机构，优化撑紧机构，使设备结构简化、易于制造，操作更加简便，施工效率提高。

（5）滑车机构，结构设计合理，充分利用隧道空间，满足搭载设备，出渣、通风、运输等要求，作业空间充足，可有效提高人员作业效率；

（6）滑车搭载法向锚杆钻机结构，形式新颖，结构简化，增大了其活动范围，实现法向入岩角度，提高工程适应性，符合设计支护要求；

（7）滑车搭载喷混机械手，应用空间充足，设备喷射混凝土的角度、距离更好控制调节，可实现高质量的混凝土喷射支护；

（8）连接桥实现出渣皮带机、通风管路从滑车区域向后配套拖车的过度，同时满足材料存储及后部轨行设备的轨道铺设；

综上，本发明的dsis新型tbm在较小、小、微型断面隧道和曲线隧道掘进施工中应用性强，设备整体造价低于同类产品。

附图说明

图1为tbm主机的结构图；

图2为图1的e-e截面图；

图3为滑车机构与tbm主机连接的滑车的结构图；

图4为图3的g-g截面图；

图5为滑车机构与连接桥连接的滑车的结构图；

图6为图5j-j截面图；

图7为连接桥的结构图；

图8为后配套拖车中带平移机构的拖车结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例：如图1-8所示，本实施例提供一种dsis新型tbm，主要包括依次连接的tbm主机100、滑车机构200、连接桥300、后配套拖车400。

dsis新型tbm主机采用包括：刀盘101、前盾102、主驱动103、伸缩盾104、推进油缸105、支撑盾106、抗扭机构107、钢拱架拼装器108、主机皮带机等。刀盘安装在主驱动上，主驱动位于前盾内部，其包含主轴承、变速箱、减速机、电机、刀盘转接座等传动驱动系统；前盾后部为伸缩盾，伸缩盾内布置推进油缸，为tbm掘进提供推进力；后部的支撑盾内嵌撑靴110为掘进提供反力，并由推进油缸拖拽向前移动；在支撑盾后部安装h架111，h架上安装钢拱架拼装器，用于破碎围岩的钢拱架支护；在刀盘后部，前盾、伸缩盾、支撑盾内布设主机皮带机，用于刀盘出渣，主机区域石渣运输。

见图2，钢拱架拼装器通过液压绞车112，钢丝绳拖动每段钢拱架进行拼装，整榀钢拱架拼装成环后，可前后移动到支护位置，进行撑紧。钢拱架固定后，完成钢拱架的支护。所述液压绞车与下支撑支架113连接，所述下支撑架设置在下部两侧，下支撑架上部与上支撑架114连接，上支撑架设置在上部两侧且上支撑架之间设置有上行走机构115，在下支撑架和上支撑架之间设置有钢拱架撑紧油缸116和与钢构架撑紧油缸连接的撑紧机构117。

在本实施例中，所述滑车机构200设置在所述tbm主机之后，且所述滑车机构由多亮滑车构成，所述滑车为框架结构，其前部设拖拉油缸，在tbm掘进时可使滑车、连接桥、后配套不随tbm主机移动。本实施例中，所述滑车201上部用于安装锚杆钻机、喷锚机械手、泵站等初期支护设备。内部安装皮带机，用于滑车区域石渣运输，同时布设主机需求的风水电管线。底部结构设计为腔体连接上部，同时用于通风系统通道，一侧连接风机送入新风，一侧连接除尘设备吸入主机尾部的污风。滑车底部与洞壁接触滑移向前，并且其设有坡度满足拱架区通过。滑车机构满足出渣、通风要求，为支护设备、泵站设备提供了充足布置、运行空间。

如图3和图4，在本实施例中，tbm主机最近的滑车上部为平台202，在所述平台上设置有轨道203，所述轨道上设置有行走机构，所述行走机构包括与所述轨道配合的行走轮204，所述行走轮上设置有钻机平台205，所述钻机平台上设置有竖向的钻机轨道206，所述钻机轨道上设置钻机大臂207。在施作法向锚杆的基础上，入岩角度可调，其前后移动距离不再受以往主梁长度的影响，活动空间更大，锚杆作业范围扩大，降低对tbm连续掘进的影响；同时锚杆作业空间大，施工便捷。安装钻机的框架结构更加简化，降低制造的难度及成本，使钻机选型范围更广，钻机初期支护施工能力增强。本实施例中的滑车上设置锚杆钻机，在施作法向锚杆的基础上，入岩角度可调，其前后移动距离不再受以往主梁长度的影响，活动空间更大，锚杆作业范围扩大，降低对tbm连续掘进的影响；同时锚杆作业空间大，施工便捷。安装钻机的框架结构更加简化，降低制造的难度及成本，使钻机选型范围更广，钻机初期支护施工能力增强。

如图5和图6，在本实施例中，与连接桥连接的滑车平台上部设置有混喷平台208，所述混喷平台的后方设置有防尘板209，所述防尘板的后方为操作台210，所述混喷平台上设置有行走机构211，所述行走机构上设置有混喷机械手平台212，所述混喷机械手平台上部设置混喷系统213，其中，所述混喷机械手平台与所述行走机构采用齿轮和齿轨的连接方式，所述混喷平台两侧设置有移动校车214。工作人员可站在移动校车上进行操作和控制。与以往设备相比，喷混作业面到掌子面距离大大缩短，更有利于及时喷混，提升了施工安全性；具有了充足的空间，不仅满足了小断面隧洞施工的应用，使设备喷射混凝土的角度、距离便于控制调节，混凝土喷射质量易保证，降低了施工与设备维护难度。

另外，连接桥300前端与滑车相连，后与后配套拖车相连，底部设有行走轮。前端将出渣皮带机、硬质通风管道及部分管线抬升至后配套拖车上层平台；后端空间铺设后配套拖车、机车行走用钢枕、钢轨，及部分施工材料的存储。

在本实施例中，后配套400为拖车结构并且由多个拖车401连接而成，后配套拖车下部设有行走轮，后配套拖车的下部布置机车轨道和设备。用于控制设备、电气设备、泵站、水箱、皮带机、通风管道及风机的搭载，适用于小断面隧道，设备单侧布置，上部平台布置皮带机及通风设备。

在本实施例中，后配套的拖车设有可将混凝土罐体移至输送泵的平移机构，所述平移机构包括设置在拖车的平台402上，所述平移机构包括马达403、底板404、齿条405、轨道406。所述底板上部安装轨道，与拖车的平台上的轨道滑动连接；底板下部安装齿条，通过马达实现底板的平移；马达安装在拖车的平台上。

本实施例的dsis新型tbm在较小、小、微型断面隧道和曲线隧道掘进施工中应用性强，设备整体造价低于同类产品。并具有以下优点：

（1）dsis新型tbm采用双护盾tbm主机扩大了其应用范围，在软弱围岩可进行掘进施工；

（2）dsis新型tbm采用敞开式tbm支护形式，具备初期支护能力，保障了岩石隧道掘进施工，同时避免了管片支护的高成本；

（3）dsis新型tbm具备小半径转弯能力，可适应绝大部分曲线隧道施工，能够实现曲线掘进（半径250m），在必要时可具备转弯半径最小75m的施工能力。

（4）钢拱架拼装器采用钢丝绳液压绞车，取消了其旋转机构，优化撑紧机构，使设备结构简化、易于制造，操作更加简便，施工效率提高。

（5）滑车机构，结构设计合理，充分利用隧道空间，满足搭载设备，出渣、通风、运输等要求，作业空间充足，可有效提高人员作业效率；

（6）滑车搭载法向锚杆钻机结构，形式新颖，结构简化，增大了其活动范围，实现法向入岩角度，提高工程适应性，符合设计支护要求；

（7）滑车搭载喷混机械手，应用空间充足，设备喷射混凝土的角度、距离更好控制调节，可实现高质量的混凝土喷射支护；

（8）连接桥实现出渣皮带机、通风管路从滑车区域向后配套拖车的过度，同时满足材料存储及后部轨行设备的轨道铺设。