一种TBM辅助调向装置及其调向方法

一种tbm辅助调向装置及其调向方法
技术领域
1.本发明涉及tbm辅助调向领域，尤其涉及一种tbm辅助调向装置及其调向方法。


背景技术：

2.近年来，国家隧道基础建设逐渐向高海拔地质复杂或地质信息少的地区推进，面对单机长距离掘进需求，复杂地质(软硬岩交替、软岩大变形、长距离破碎带等)成为制约施工安全和效率的关键因素。当tbm在掘进和调向过程中遇到软弱破碎围岩时，需进行钢管片进行支护，撑靴无法撑紧钢管片，若撑靴强行撑紧，则会导致撑靴处钢管片被压溃或者撑靴处洞壁塌方，不能为推进和调向提供反力，并需提前对钢管片进行回填注浆，然后再掘进与进行调向，掘进效率低。
3.经检索现有申请日为2019.05.17，申请号为2019104110408的发明专利申请公开了一种敞开式tbm辅助撑靴装置，包括主梁和设置在主梁上的主撑靴，主撑靴的一侧通过推进油缸与主梁相连接、另一侧设有辅助撑靴，辅助撑靴通过连接件相连接，连接件上设有与主梁相对应的辅助支撑。本发明采用辅助撑靴与主撑靴配合使用，也可单独伸缩，在围岩较好时，辅助撑靴回收，使用主撑靴撑紧洞壁，提供tbm推进所需的推进反力及掘进的反扭矩；在软弱围岩、破碎围岩情况下，围岩可承受压力较小，同时使用主撑靴及辅助撑靴撑紧洞壁，增大了撑靴与围岩的接触面积，减小了撑靴与围岩的接触压力。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种tbm辅助调向装置及其调向方法，以解决上述背景技术中提到的问题，在隧道基础设施建设时，面对软岩大变形、长距离破碎带等复杂地质情况时，为了防止洞壁被压溃，造成塌方，主撑靴并不能完全撑紧，无法提供tbm调向所需要的力。这时使用主撑靴系统和辅助撑靴系统进行推进和调向，一方面能增加撑靴与洞壁的接触面积；一方面还可以利用辅助撑靴系统进行左右调向，能很好的满足tbm在推进的过程中的推进和左右调向，提高tbm的推进效率。
5.本发明技术方案如下：
6.一种tbm辅助调向装置，包括主梁1、辅助撑靴系统2、主撑靴系统3和底撑靴12。
7.主梁1的两侧设置可滑动的鞍架4，鞍架4呈u型；鞍架4内侧通过扭矩油缸15与主撑靴油缸14连接，两鞍架4下方均通过鞍架支腿11与一底撑靴12对称连接；底撑靴12呈圆弧状，鞍架支腿11与底撑靴12之间通过底撑靴油缸13连接；两侧鞍架4上分别固定有支撑框架10，支撑框架10上连接有辅助撑靴系统2；固定在主梁1内侧的鞍架4上连接有主撑靴系统3；
8.主撑靴系统3包括主撑靴油缸14、主撑靴活塞杆6和主撑靴5；主梁1两侧均设有主撑靴油缸14，主撑靴油缸14通过法兰座固定在鞍架4上；主撑靴油缸14通过主撑靴活塞杆6与主撑靴5连接。
9.辅助撑靴系统2包括小撑靴7、辅助调向油缸活塞杆8、安装套筒9、固定块16、辅助调向油缸17和防尘盖18；安装套筒9底部与支撑框架10连接，安装套筒9内安装有辅助调向
油缸17，并通过固定块16固定；辅助调向油缸17通过辅助调向油缸活塞杆8与小撑靴7连接，防尘盖18与小撑靴7配合。
10.辅助调向油缸活塞杆8与小撑靴7连接的一头为球形，辅助调向油缸活塞杆8与小撑靴7的配合有一定的转动空间；防尘盖18与小撑靴7紧密配合，起防尘作用。
11.所述的底撑靴12呈圆弧状，与钢管片洞壁有更大的接触面积，当tbm在掘进过程中位姿出现偏移时，通过扭矩油缸15带动鞍架4和底撑靴12转动进行tbm位姿调整。
12.一种tbm辅助调向装置的调向方法，包括以下步骤：
13.步骤一，控制主撑靴5与小撑靴7以低压撑紧在隧道内已经铺设的钢管片内壁上；
14.步骤二，支撑在钢管片内壁的鞍架支腿11通过底撑靴油缸13将底撑靴12收回；
15.步骤三，优先对钢管片内壁下半部分进行壁后回填注浆，用于提供辅助撑靴系统2调向所需要的反力；
16.步骤四，控制左侧的辅助撑靴系统2，通过辅助调向油缸活塞杆8向外伸出，左侧的主撑靴油缸14使得主撑靴5随着辅助撑靴系统2进行从动，完成向左调向；
17.步骤五，控制右侧的辅助撑靴系统2，通过辅助调向油缸活塞杆8向外伸出，右侧的主撑靴油缸14使得主撑靴5随着辅助撑靴系统2进行从动，完成向右调向。
18.通过控制辅助调向油缸活塞杆8与小撑靴7的配合角度来调整小撑靴7在钢管片内壁上的支撑位置。
19.本发明的有益效果为：本发明主要针对tbm在软弱围岩工况下施工时，主撑靴并不能完全提供tbm推进与调向的力，采用主撑靴与辅助撑靴系统配合使用，增大洞壁与撑靴的接触面积。在调向时，主撑靴低压撑紧洞壁时，优先对洞壁下半部分进行壁后回填注浆，用于提供辅助撑靴系统调向所需要的反力，辅助撑靴可利用辅助推进油缸的伸缩进行左右调向，大大降低了在调向过程中的塌方风险，提高施工效率。tbm在进行推进与上下、扭转纠偏时，主撑靴与辅助撑靴同时撑紧洞壁增大了撑靴与洞壁的接触面积，减小了撑靴与洞壁的压力。此外，本发明还可通过调节小撑靴与辅助推进油缸活塞杆的配合，调整小撑靴与钢管片洞壁之间的位置关系，使小撑靴更好的适应钢管片洞壁，提高与施工装置之间的配合度。
附图说明
20.图1为本发明tbm辅助调向装置俯视示意图；
21.图2为本发明tbm辅助调向装置主视示意图；
22.图3为本发明tbm辅助调向装置左视示意图；
23.图4为本发明辅助撑靴系统主视示意图；
24.图5为本发明辅助撑靴系统截面示意图。
25.图中：1-主梁；2-辅助撑靴系统；3-主撑靴系统；4-鞍架；5-主撑靴；6-主撑靴活塞杆；7-小撑靴；8-辅助调向油缸活塞杆；9-安装套筒；10-支撑框架；11-鞍架支腿；12-底撑靴；13-底撑靴油缸；14-主撑靴油缸；15-扭矩油缸；16-固定块；17-辅助调向油缸。
具体实施方式
26.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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
27.实施例1
28.如图1至图5所示，一种tbm辅助调向装置，包括主梁1、主撑靴系统3、辅助撑靴系统2和底撑靴12；主梁1上设置可以滑动的鞍架4，鞍架4呈u型，且鞍架4可以在主梁1上进行前后滑动，有一定的行程范围；鞍架4两侧通过扭矩油缸15与主撑靴油缸14连接，扭矩油缸15对tbm进行位姿纠偏，鞍架4下方通过鞍架支腿11与底撑靴12连接，底撑靴12呈圆弧状，鞍架支腿11与底撑靴12之间通过底撑靴油缸13连接；两侧鞍架4分别固定有支撑框架10，支撑框架10上连接有辅助撑靴系统2；主梁1左右两侧设有两个主撑靴油缸14，通过法兰座连接，法兰座固定在鞍架4上，两个主撑靴油缸14通过主撑靴活塞杆6分别与主撑靴5连接；
29.辅助撑靴系统2包括小撑靴7、辅助调向油缸活塞杆8、安装套筒9、固定块16)、辅助调向油缸17和防尘盖18；安装套筒9底部与支撑框架10连接，安装套筒9内安装有辅助调向油缸17，并通过固定块16固定；辅助调向油缸17通过辅助调向油缸活塞杆8与小撑靴7连接，防尘盖18与小撑靴7配合。
30.辅助撑靴系统2中的辅助调向油缸活塞杆8与小撑靴7连接的一头为球形，辅助调向油缸活塞杆8与小撑靴7的配合有一定的转动空间；防尘盖18与小撑靴7紧密配合，起防尘作用。底撑靴12呈圆弧状，与钢管片洞壁有更大的接触面积，减少了洞壁被压溃的风险。当tbm在掘进过程中位姿出现偏移时，通过扭矩油缸15带动鞍架4和底撑靴12转动进行tbm位姿调整。
31.实施例2
32.如图1至图5所示，一种tbm辅助调向装置的调向方法，包括以下步骤：
33.步骤一，控制主撑靴5与小撑靴7撑紧在隧道内已经铺设的钢管片内壁上；
34.步骤二，支撑在钢管片内壁的鞍架支腿11通过底撑靴油缸13将底撑靴12收回；
35.步骤三，优先对钢管片内壁下半部分进行壁后回填注浆，用于提供辅助撑靴系统2调向所需要的反力；
36.步骤四，控制左侧的辅助撑靴系统2，通过辅助调向油缸活塞杆8向外伸出，左侧的主撑靴油缸14使得主撑靴5随着辅助撑靴系统2进行从动，完成向左调向；
37.步骤五，控制右侧的辅助撑靴系统2，通过辅助调向油缸活塞杆8向外伸出，右侧的主撑靴油缸14使得主撑靴5随着辅助撑靴系统2进行从动，完成向右调向。
38.tbm辅助调向系统的调向细节，控制主撑靴5以低压撑紧钢管片内壁；tbm辅助调向系统的调向细节，通过控制辅助调向油缸活塞杆8与小撑靴7的配合角度来调整小撑靴(7)在钢管片内壁上的支撑位置。
39.本发明未尽事宜为公知技术。
40.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。