一种用于硬岩隧道施工的小转弯主梁铰接敞开式TBM的制作方法

一种用于硬岩隧道施工的小转弯主梁铰接敞开式tbm
技术领域
1.本发明属于隧道掘进设备技术领域，具体涉及一种用于硬岩隧道施工的小转弯主梁铰接敞开式tbm。


背景技术：

2.随着国家基建的蓬勃发展，我国对于矿山建设以及抽水蓄能电站的需求越来越多，其中硬岩隧道施工技术是一个重要的影响因素。tbm（tunnel boring machine），即隧道掘进机，利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，落入主机皮带机上向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机运渣到洞外。
3.近年来，针对矿山与抽水蓄能电站的建设要求，传统的敞开式硬岩tbm已经不能满足其施工规划。传统的敞开式硬岩tbm其转弯半径基本都在500m以上，受限于主梁结构，传统的敞开式硬岩tbm无法有更小的转弯半径，仅适用于打直段隧道，而矿山与抽水蓄能电站多数要求其建成隧道为螺旋形状上升，现有工程基本是由护盾式tbm施工完成，但护盾式tbm施工风险要比敞开式tbm大，且不太适用于岩石硬度大的隧道，一旦出现卡机则无法处理，原因是护盾式tbm的整体盾体较长，多数卡死发生在护盾式tbm的撑紧盾处，并且护盾式tbm在围岩破碎时的调坡能力要低于敞开式tbm，其调坡方式为主推进液压缸被动调节压力调坡，无法像敞开式tbm通过主梁偏向主动抬头调坡，护盾式tbm没有主梁。在矿山隧道建设施工中，除了要求tbm有更小的转弯半径，也要求tbm能够过十字路口，也就是横穿另一个已近建成的隧道，这样设计为了增加开采效率，方便巷道排渣，传统的tbm支撑掘进的方式仅为左右支撑，更是无法满足tbm的主机过十字路口的需求。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种用于硬岩隧道施工的小转弯主梁铰接敞开式tbm，以解决上述背景技术中出现的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于硬岩隧道施工的小转弯主梁铰接敞开式tbm，包括护盾，所述护盾内部设置有主驱动系统，所述主驱动系统的一侧与刀盘相连，所述主驱动系统的另一侧与主梁前段的一端相连；所述主梁前段的另一端通过球铰接组件与主梁后段相连；所述主梁后段上设置有滑道，所述滑道与撑紧盾机构相配合；所述撑紧盾机构后端的主梁后段上固定连接有尾支撑组件；所述主驱动系统与撑紧盾机构之间设置有主推油缸组；还包括渣料转运机构，所述渣料转运机构将刀盘刮落的渣料转运至设备外部。
6.优选地，所述球铰接组件包括关节轴承，所述关节轴承内环穿设有铰接轴，所述铰接轴与主梁前段配合相连，所述关节轴承外环与主梁后段配合相连。
7.优选地，所述撑紧盾机构包括撑紧盾壳体，所述撑紧盾壳体与滑道相配合，所述撑紧盾壳体内设置有若干个撑紧组件。
8.进一步的，所述撑紧组件包括撑紧油缸，所述撑紧油缸设置为双作用液压缸，所述
撑紧油缸的两个输出端均连接有第一撑靴，所述撑紧油缸的两侧均固定连接有调坡撑靴组件。
9.进一步的，所述调坡撑靴组件包括撑靴油缸，所述撑靴油缸的底座与撑紧盾壳体固定相连，所述撑靴油缸的输出端与第二撑靴相连。
10.优选地，所述尾支撑组件包括尾支撑壳体，所述尾支撑壳体与主梁后段固定相连，所述尾支撑壳体内部设置有若干个支撑机构。
11.进一步的，所述支撑机构包括尾支撑油缸，所述尾支撑油缸的输出端与尾支撑撑靴固定相连。
12.优选地，所述主推油缸组包括6个主推油缸，所述主推油缸呈左右两侧
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8字形”对称布置。
13.优选地，所述渣料转运机构包括挂板运输机，所述挂板运输机设置在主驱动系统内，所述挂板运输机的一端与刀盘相配合，所述挂板运输机的另一端与主机皮带机相配合；所述主机皮带机固定设置在主梁后段上。
14.优选地，所述护盾内部固定设置有若干扩张油缸，所述扩张油缸的输出端与护盾内壁相连。
15.本发明的有益效果在于：本技术通过提供一种用于硬岩隧道施工的小转弯主梁铰接敞开式tbm，通过将主梁设计为球铰接连接的主梁前段和主梁后段，使装备具备了小转弯能力；通过设置撑紧盾机构可以实现主梁的上下调整，使装备具备了调坡能力；该设备在融合了传统敞开式tbm与护盾式tbm的结构优点的基础上，具备直线掘进、左右小转弯掘进及上下坡调头功能三种工作状态，进一步提高tbm在矿山建设与抽水蓄能电站施工的应用范围。
附图说明
16.图1为本技术实施例提供的一种用于硬岩隧道施工的小转弯主梁铰接敞开式tbm的整体结构示意图。
17.图2为本发明图1的a-a剖视图。
18.图3为本发明图1的b-b剖视图。
19.图4为本发明图1的c-c剖视图。
20.图5为本发明图1的d-d剖视图。
21.附图标记为：1、刀盘；2、主驱动系统；3、护盾；4、主梁前段；5、主推油缸；6、主梁后段；7、撑紧盾壳体；8、尾支撑壳体；9、主机皮带机；10、挂板运输机；11、关节轴承；12、铰接轴；13、第二撑靴；14、撑靴油缸；15、撑紧油缸；16、第一撑靴；17、滑道；18、尾支撑油缸；19、尾支撑撑靴；20、扩张油缸。
具体实施方式
22.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，都属于本发明保护的范围。
23.参照说明书附图1-5，该实施例的一种用于硬岩隧道施工的小转弯主梁铰接敞开式tbm，包括护盾3，所述护盾3内部设置有主驱动系统2，所述主驱动系统2的一侧与刀盘1相连，本实施例中为采用若干个双头螺柱固定相连；所述主驱动系统2的另一侧与主梁前段4的一端相连，本实施例中为通过若干螺栓固定相连；所述主梁前段4的另一端通过球铰接组件与主梁后段6相连；所述主梁后段6上设置有滑道17，所述滑道17与撑紧盾机构相配合，撑紧盾机构可以在滑道17上移动。所述撑紧盾机构后端的主梁后段6上固定连接有尾支撑组件；所述主驱动系统2与撑紧盾机构之间设置有主推油缸组；还包括渣料转运机构，所述渣料转运机构将刀盘1刮落的渣料转运至设备外部。
24.所述球铰接组件包括关节轴承11，所述关节轴承11内环穿设有铰接轴12，所述铰接轴12与主梁前段4配合相连，所述关节轴承11外环与主梁后段6配合相连。通过设置球铰接组件将主梁分为主梁前段4和主梁后段6，从而使设备具备小转弯能力。
25.所述撑紧盾机构包括撑紧盾壳体7，所述撑紧盾壳体7与滑道17相配合，使撑紧盾壳体7可以在滑道17上移动，所述撑紧盾壳体7内设置有若干个撑紧组件。所述撑紧组件包括撑紧油缸15，所述撑紧油缸15设置为双作用液压缸，所述撑紧油缸15的两个输出端均连接有第一撑靴16，工作时，两个输出端的第一撑靴16顶紧在隧道围岩洞壁上，通过抵住撑紧盾壳体7为主推油缸5提供可靠的后坐力。
26.所述撑紧油缸15的两侧均固定连接有调坡撑靴组件。所述调坡撑靴组件包括撑靴油缸14，所述撑靴油缸14的底座与撑紧盾壳体7固定相连，所述撑靴油缸14的输出端与第二撑靴13相连。第二撑靴13的作用为在调坡的时候用于支撑洞壁，便于够上下调整主梁位置。
27.所述尾支撑组件包括尾支撑壳体8，所述尾支撑壳体8与主梁后段6固定相连，所述尾支撑壳体8内部设置有若干个支撑机构。所述支撑机构包括尾支撑油缸18，所述尾支撑油缸18的输出端与尾支撑撑靴19固定相连。
28.所述主推油缸组包括6个主推油缸5，所述主推油缸5呈左右两侧
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8字形”对称布置，这样即输出了主推力，又抵消了主驱动系统2因自身旋转而产生的扭矩。
29.所述渣料转运机构包括挂板运输机10，所述挂板运输机10设置在主驱动系统2内，所述挂板运输机10的一端与刀盘1相配合，本实施例中为伸入刀盘1内部，便于接住从刀盘1刮落的渣料；所述挂板运输机10的另一端与主机皮带机9相配合，本实施例为搭接连接。所述主机皮带机9通过若干螺栓固定设置在主梁后段6上。通过设置渣料转运机构，将刀盘1刮落的渣料转运出去。
30.所述护盾3内部固定设置有若干扩张油缸20，所述扩张油缸20的输出端与护盾3内壁相连。在刀盘1旋转掘进时，护盾3通过扩张油缸20张开，抵住岩壁，从而抵消刀盘1在切削过程中的剧烈震动，保护主驱动系统2。
31.实施场景具体为：实施例的一种应用于硬岩施工的小转弯主梁铰接敞开式tbm具备直线掘进、左右小转弯掘进及上下坡调头功能三种工作状态。
32.直线掘进工况下，当tbm在硬岩地层准备掘进时，操作人员首先将撑紧油缸15伸出，将两侧的第一撑靴16顶紧在隧道围岩洞壁上，通过抵住撑紧盾壳体7为主推油缸5提供可靠的后坐力。在撑紧油缸15撑紧后，操作人员操控尾支撑油缸18收起尾支撑撑靴19；操作人员操控扩张油缸20，护盾3张开，抵住岩壁，从而抵消刀盘1在切削过程中的剧烈震动，保护主驱动系统2。然后，启动主驱动系统2，主驱动系统2驱动刀盘1旋转，主推油缸5同步伸
出，推动主驱动系统2前进，从而促使刀盘1旋转前进，刀盘1开始切削掌子面围岩，实现破岩。同时，刀盘1刮落的渣料流入刮板运输机10内，刮板运输机10再将渣料转运到主机皮带机9上，然后运至隧道皮带机上转运至设备外部。
33.在tbm掘进一个行程后，操作人员操控尾支撑油缸18伸出，将尾支撑撑靴19抵住隧道底部，关闭主驱动系统2，刀盘1停止转动；操作人员操控撑紧油缸15缩回，将第一撑靴16收回进撑紧盾壳体7内部。收缩主推油缸5，带动撑紧盾壳体7在主梁后段6的滑道上前进，完成一个换步行程。
34.左右小转弯掘进工况下，操作人员通过分区控制主推油缸5的压力，推动主驱动系统2带动刀盘1偏向掘进，实现转弯。在tbm主机转弯时，主梁前段4与主梁后段6通过球铰接组件连接，通过关节轴承11实现角度偏转，并且主梁前段4内部留有空隙保证与主机皮带机9不干涉。
35.上下坡调头工况下，操作人员通过操控撑靴油缸14伸出第二撑靴13，并根据实际工况调整撑靴油缸14的行程，下压或上抬主梁后段6。然后通过分区控制主推油缸5的压力，推动主驱动系统2带动刀盘1偏向掘进，主动实现tbm的上下坡调头功能。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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。