一种岩爆控制型TBM系统及施工方法

本申请涉及隧道施工，特别一种岩爆控制型tbm系统及施工方法。

背景技术：

1、从能量的突然释放角度定义岩爆，认为岩爆是能量岩体沿开挖临空面瞬间释放能量的非线性动力学现象，岩爆是地下工程中的一种特殊现象，具有围岩突然、猛烈地向开挖空间弹射、抛掷、喷出的特征。深埋硬岩隧道在开挖过程中和开挖完成后均有岩爆可能，对隧道安全建设和人员设备安全带来极大的威胁，同时极大地影响工程建设进度增加工程建设成本。

2、传统tbm掘进系统通过设置长度在6.5m左右的护盾，用以保护机器正常运行，但由于护盾长度较长，且固定设置，在掘进过程中很容易因为围岩变形、岩爆将护盾挤压卡住，导致卡机事故，进而造成工期延误，建设成本提高。

3、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种岩爆控制型tbm系统及施工方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、一种岩爆控制型tbm系统，包括：主梁、以及设置在主梁上的刀盘、梯级护盾系统、推进系统、支撑系统；

4、所述刀盘可中心旋转地设置在主梁前端，用于破碎掌子面围岩，所述刀盘、主梁同轴设置；

5、所述梯级护盾系统包括一级护盾、二级护盾，用以支撑围岩，所述一级护盾设置在刀盘后侧并固定套设在主梁外周，所述二级护盾设置在一级护盾后侧并可径向伸缩地设置在主梁外周；

6、所述推进系统与所述支撑系统配合为tbm系统提供推进动力；

7、所述二级护盾的周向支撑范围与岩爆区域保持一致。

8、如上所述的一种岩爆控制型tbm系统，优选地，还包括锚网储存系统；

9、所述锚网储存系统周向设置在所述一级护盾内侧，所述锚网储存系统的周向铺设范围覆盖二级护盾的周向支撑范围，所述锚网储存系统用于随tbm系统掘进，释放锚网，所述锚网储存系统至少具备一个锚网自由端，所述锚网自由端经由所述一级护盾的后侧伸入所述二级护盾与隧道内壁之间；

10、所述锚网储存系统与二级护盾顶升配合，实现沿隧道轴向的锚网自动铺设。

11、如上所述的一种岩爆控制型tbm系统，优选地，还包括锚杆钻机系统；

12、所述锚杆钻机系统设置在所述锚网储存系统后侧，所述锚杆钻机系统可周向旋转地设置在主梁外周，所述锚杆钻机系统穿过锚网后，对隧道内壁进行锚固。

13、如上所述的一种岩爆控制型tbm系统，优选地，所述锚杆钻机系统设置在所述二级护盾下方，所述二级护盾周向设置有多个安装孔，所述锚杆钻机系统通过所述多个安装孔对隧道内壁进行锚固。

14、如上所述的一种岩爆控制型tbm系统，优选地，所述锚杆钻机系统的周向锚固范围、二级护盾的周向延伸范围、锚网储存系统的周向铺设范围保持一致。

15、如上所述的一种岩爆控制型tbm系统，优选地，沿所述主梁的轴向依次设置多个锚杆钻机系统；

16、所述多个锚杆钻机系统沿主梁轴向，由前至后依次为第一锚杆钻机系统、第二锚杆钻机系统、第三锚杆钻机系统；

17、所述第一锚杆钻机系统的周向锚固范围、二级护盾的周向延伸范围、锚网储存系统的周向铺设范围保持一致；

18、所述第二锚杆钻机系统、第三锚杆钻机系统的周向锚固范围大于第一锚杆钻机系统的周向锚固范围。

19、如上所述的一种岩爆控制型tbm系统，优选地，所述锚杆钻机系统可沿主梁轴向移动。

20、如上所述的一种岩爆控制型tbm系统，优选地，所述锚网内侧周向设置有连接带，所述锚杆钻机系统依次穿过连接带、锚网后，对隧道内壁进行锚固。

21、如上所述的一种岩爆控制型tbm系统，优选地，还包括喷浆系统，所述喷浆系统设置在所述锚杆钻机系统后侧，所述喷浆系统可轴向移动的设置在主梁上，通过喷射浆液对锚固后的隧道内壁进行二次加固。

22、一种适用于如上任一所述的tbm系统的施工方法，包括：

23、步骤s01：回收支撑系统，推进系统推进tbm系统向掌子面方向前进；

24、步骤s02：刀盘破碎掌子面围岩；

25、步骤s03：二级护盾伸展为与一级护盾相同直径的尺寸，一级护盾与二级护盾共同支撑隧道内壁，当围岩变形过大，造成tbm系统卡机，回收二级护盾，完成变形围岩清理后，再次将二级护盾伸展为一级护盾相同直径的尺寸；

26、步骤s04：完成一个掘进行程后，支撑系统支撑隧道内壁，推进系统向掌子面方向前进；

27、步骤s05：重复步骤s01-s04进行下一个行程的掘进，直至隧道贯通。

28、与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：

29、1、通过沿主梁外周可径向伸缩地设置二级护盾，一级护盾与二级护盾形成梯级护盾系统，在一级护盾保护、稳定机器的基础上，缩短固定设置的一级护盾长度，降低因围岩变形挤压、岩爆造成的卡机风险，当发生卡机后，可通过径向收缩二级护盾，进行围岩清理，实现脱困；

30、2、随掘进工作进行，锚网储存系统配合二级护盾顶升自动铺设，锚网储存系统的周向铺设范围与岩爆区域保持一致，可针对性的实现对岩爆区域的快速支护，进而降低岩爆风险；

31、3、锚杆钻机系统设置在二级护盾下方，并通过沿二级护盾周向设置多个安装孔，配合二级护盾与锚网铺设系统，对隧道内壁的新揭露围岩进行快速支护，进一步降低岩爆风险。

技术特征：

1.一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，包括：主梁、以及设置在主梁上的刀盘、梯级护盾系统、推进系统、支撑系统；

2.如权利要求1所述的一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，还包括锚网储存系统；

3.如权利要求2所述的一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，还包括锚杆钻机系统；

4.如权利要求3所述的一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，所述锚杆钻机系统设置在所述二级护盾下方，所述二级护盾周向设置有多个安装孔，所述锚杆钻机系统通过所述多个安装孔对隧道内壁进行锚固。

5.如权利要求3所述的一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，所述锚杆钻机系统的周向锚固范围、二级护盾的周向延伸范围、锚网储存系统的周向铺设范围保持一致。

6.如权利要求5所述的一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，沿所述主梁的轴向依次设置多个锚杆钻机系统；

7.如权利要求3所述的一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，所述锚杆钻机系统可沿主梁轴向移动。

8.如权利要求3所述的一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，所述锚网内侧周向设置有连接带，所述锚杆钻机系统依次穿过连接带、锚网后，对隧道内壁进行锚固。

9.如权利要求8所述的一种岩爆控制型tbm系统，其特征在于，还包括喷浆系统，所述喷浆系统设置在所述锚杆钻机系统后侧，所述喷浆系统可轴向移动的设置在主梁上，通过喷射浆液对锚固后的隧道内壁进行二次加固。

10.一种适用于如权利要求1-9任一所述的岩爆控制型tbm系统的施工方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请涉及隧道施工技术领域，特别一种岩爆控制型TBM系统及施工方法。一种岩爆控制型TBM系统，包括：主梁、以及设置在主梁上的刀盘、梯级护盾系统、推进系统、支撑系统；刀盘可中心旋转地设置在主梁前端，用于破碎掌子面围岩，刀盘、主梁同轴设置；梯级护盾系统包括一级护盾、二级护盾，用以支撑围岩，一级护盾设置在刀盘后侧并固定套设在主梁外周，二级护盾设置可径向伸缩地设置在主梁外周；二级护盾的周向支撑范围与岩爆区域保持一致。通过缩短固定设置的护盾长度，二级护盾周向支撑范围与岩爆区域保持一致，一方面降低了因围岩变形挤压、岩爆造成的卡机风险，另一方面通过二级护盾，还可针对性的对岩爆区域进行及时支护，节约成本。

技术研发人员：何满潮,胡杰,杨军,詹家旺,刘双仲,许彦平,刘国平
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14