一种TBM隧道断层破碎带的施工装置及其工艺的制作方法

本发明属于tbm施工，具体涉及一种tbm隧道断层破碎带的施工装置及其工艺。

背景技术：

1、tbm是隧道掘进机，它分为敞开式隧道掘进机和广义盾构机。掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长。

2、隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军事隧道等。

3、断层是构造运动中广泛发育的构造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。在断层带上往往岩石破碎，易被风化侵蚀。沿断层线常常发育为沟谷，有时出现泉或湖泊，断层的破碎带由无定向的裂口和裂隙破坏的岩石带，裂隙可能由矿物充填，呈网状脉络，也可能大致相当于断裂带。同断层相伴生的破裂带内充填有由断层壁撕裂下来的岩石碎块、碎石和断层作用而成的粘土物质。破碎带也称碎裂带，有的被重新胶结起来形成破碎岩、断层角砾岩等。

4、在tbm的隧道掘进过程中，由于地下岩层断层破碎带处极易存在有缝隙孔洞，于tbm掘进过程中受到刀盘振动影响，致使断层破碎带缝隙孔洞局部稳定压力失衡，增加隧道的渗水或坍塌风险，现有的断层破碎带施工工艺通过对断层破碎带缝隙孔洞填充混凝土进行填充固定，用以稳定断层破碎带缝隙孔洞，但现有混凝土填充工艺无法精准对断层破碎带缝隙孔洞填充混凝土，致使混凝土填充过程中混凝土用量增加，过量泥浆加固对断层破碎带缝隙孔洞的二次破坏，为此我们提出一种tbm隧道断层破碎带的施工装置及其工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种tbm隧道断层破碎带的施工装置及其工艺，旨在解决现有混凝土填充工艺无法精准对断层破碎带缝隙孔洞填充混凝土，致使混凝土填充过程中混凝土用量增加，过量泥浆加固对断层破碎带缝隙孔洞的二次破坏。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种tbm隧道断层破碎带的施工装置，包括tbm拓展段；

4、转动槽，所述转动槽开设于tbm拓展段的圆周表面，所述转动槽的内壁上开设有传动槽；

5、转动环，所述转动环通过两个环形轴承转动连接于传动槽和转动槽之间，所述转动环的圆周表面开设有容纳槽，所述容纳槽的内壁之间固定连接有出料网；以及

6、调节机构，所述调节机构设置于转动槽和tbm拓展段之间，所述调节机构与转动环相连接，用以对出料网进行旋转。

7、作为本发明一种优选的方案，所述调节机构包括驱动组件、转动组件、密封组件和封堵组件，所述驱动组件设置于tbm拓展段的内壁之间，所述驱动组件与转动环相连接，所述转动组件设置于转动槽的内壁之间，所述转动组件与转动环相连接，所述密封组件设置于转动槽的内壁之间，所述密封组件与转动环相连接，所述封堵组件设置于转动环内，所述封堵组件与出料网相对应。

8、作为本发明一种优选的方案，所述驱动组件包括齿轮槽、传动齿轮、主动齿轮、齿轮罩、从动齿轮和伺服电机，所述从动齿轮固定连接于转动环的内壁上，所述齿轮槽开设于tbm拓展段的内壁上，且所述齿轮槽与传动槽相连通，所述传动齿轮通过转轴转动连接于齿轮槽内壁之间，所述传动齿轮与从动齿轮相啮合，所述齿轮罩固定连接于tbm拓展段的内壁上，所述齿轮罩与齿轮槽相对应，所述主动齿轮转动连接于齿轮罩的内壁之间，所述主动齿轮与传动齿轮相啮合，所述伺服电机固定连接于齿轮罩的侧端，所述伺服电机的输出端延伸至齿轮罩内，所述伺服电机的输出端与主动齿轮固定连接。

9、作为本发明一种优选的方案，所述转动组件包括固定卡环、转动卡环和滚轮组，所述固定卡环设置有两个，两个所述固定卡环固定连接于转动槽的内壁上，两个所述固定卡环位于传动槽的两侧，所述转动卡环设置有两个，两个所述转动卡环固定连接于转动环的内壁上，两个所述转动卡环与两个固定卡环相卡合，所述滚轮组设置有两组，两组所述滚轮组固定连接于两个固定卡环的侧端，两个所述滚轮组均滚动于转动槽内。

10、作为本发明一种优选的方案，所述封堵组件包括推动槽、电动推杆、弧形卡块和u型卡母，所述推动槽开设于转动环内，且所述推动槽与容纳槽相连通，所述u型卡母固定连接于容纳槽的内壁之间，所述u型卡母与推动槽相对应，所述弧形卡块滑动于u型卡母和推动槽之间，所述电动推杆固定连接于推动槽的内壁之间，所述电动推杆的输出端与推动槽相固定连接。

11、作为本发明一种优选的方案，所述密封组件包括两个密封环，两个所述密封环固定连接于两个固定卡环和两个转动卡环之间。

12、作为本发明一种优选的方案，所述tbm拓展段的内壁上固定连接有泥浆泵，两个所述固定卡环和转动卡环之间均开设有输送环形槽，所述tbm拓展段的内壁上开设有多个导料孔，多个所述导料孔均与两个输送环形槽相连通，所述tbm拓展段的内壁安装有导料管，所述导料管的一端多个分叉管与多个导料孔相对接，所述导料管的另一端与泥浆泵相连接，两个所述输送环形槽内均滑动有引导管，两个所述引导管均与两个固定卡环相连接，两个所述引导管均与容纳槽相连通。

13、作为本发明一种优选的方案，所述tbm拓展段的圆周表面固定安装有环形压力传感器，所述环形压力传感器位于tbm拓展段的一侧，所述转动环的内壁之间固定连接有两个环形温度传感器。

14、作为本发明一种优选的方案，所述tbm拓展段内安装有震动环，所述震动环位于转动槽的另一侧。

15、一种tbm隧道断层破碎带的施工工艺，包括如下步骤：

16、s1、触发启动：

17、在tbm的掘进过程中，当tbm拓展段处于断层破碎带时，环形压力传感器收集tbm掘进过程中，tbm拓展段圆周表面截面土壤各处压力，当同一土壤截面上出现压力剧增或剧减时，及时对调节机构进行触发启动；

18、s2、解除封堵：

19、当调节机构触发启动后，电动推杆通电输出端收缩，电动推杆的输出端拉动弧形卡块，将弧形卡块从u型卡母拉入推动槽内，消除弧形卡块对出料网的封堵，继而实现对出料网解除封堵；

20、s3、调节校准：

21、解除对出料网的封堵后，启动伺服电机，伺服电机的输出端带动主动齿轮进行旋转，主动齿轮通过与传动齿轮的啮合带动传动齿轮进行旋转，传动齿轮通过与传动齿轮的啮合带动传动齿轮进行旋转，继而带动转动环进行旋转，转动环带动出料网进行移动，使得出料网对准断层破碎带缝隙孔洞，实现对断层破碎带缝隙孔洞不稳定点的调节校准；

22、s4、灌浆加固：

23、当调节校准后，启动泥浆泵，泥浆泵抽取混合好的混凝土，通过导料管从多个导料孔导入两个输送环形槽内，混凝土沿两个输送环形槽导入两个引导管内，两个引导管将混凝土引导至容纳槽内，从出料网喷涌至断层破碎带缝隙孔洞，对断层破碎带缝隙孔洞进行加固，实现对断层破碎带不稳定点的灌浆加固；

24、s5、复位封堵：

25、当完成灌浆加固后，启动调节机构对转动环进行旋转，使得出料网与断层破碎带不稳定点错位，通过泥浆泵、导料管、多个导料孔及两个输送环形槽向容纳槽内注入水流，将导料管、多个导料孔、两个输送环形槽和容纳槽内的多余混凝土泥浆从出料网处挤出，实现对残余泥浆的清除，启动电动推杆，电动推杆的输出端推动弧形卡块进行移动，弧形卡块移动至u型卡母的内壁之间，u型卡母对出料网进行封堵，避免混凝土泥浆未固化时，因外部压力挤压混凝土泥浆产生倒流，实现对出料网的复位封堵；

26、s6、震动排气：

27、在tbm拓展段的前进过程中，两个环形温度传感器对灌浆处进行温度和压力的实时监测，使得混凝土凝固过程中，通过控制混凝土灌浆量，使得断层破碎带不稳定点与其余稳定点压力相同，同时通电启动震动环，震动环产生震动声波，将混凝土内的气泡挤出，提高混凝土块的强度，实现对混凝土块震动排气。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1、本方案中，需要对出料网进行转动调节时，启动伺服电机，伺服电机的输出端带动主动齿轮进行旋转，主动齿轮通过与传动齿轮的啮合带动传动齿轮进行旋转，传动齿轮通过与从动齿轮的啮合带动从动齿轮进行旋转，从动齿轮带动转动环进行旋转，转动环带动出料网进行旋转，将出料网对准断层破碎带缝隙孔洞，实现对断层破碎带缝隙孔洞不稳定点的调节校准，实现混凝土填充工艺可以精准对断层破碎带缝隙孔洞填充混凝土，减少混凝土填充过程中对混凝土的用量，避免对断层破碎带缝隙孔洞的二次破坏。

30、2、本方案中，两个固定卡环通过与两个转动卡环的卡接对转动环进行引导限制，两个滚轮组用以降低转动环与转动槽之间的接触面积，减小转动环转动过程中产生的摩擦力，降低对伺服电机的扭矩需求，继而对降低生产成本。

31、3、本方案中，当完成灌浆加固后，启动调节机构对转动环进行旋转，使得出料网与断层破碎带不稳定点错位，通过泥浆泵、导料管、多个导料孔及两个输送环形槽向容纳槽内注入水流，将导料管、多个导料孔、两个输送环形槽和容纳槽内的多余混凝土泥浆从出料网处挤出，实现对残余泥浆的清除，避免残余混凝土泥浆对输送环形槽、多个导料孔、导料管和容纳槽的固化堵塞，降低停机维护的频率。

32、4、本方案中，环形压力传感器内集成分布有多个压力传感器，用以检测tbm拓展段圆周表面截面土壤各处压力，当同一土壤截面上出现压力剧增或剧减时，及时对调节机构进行触发启动，两个环形温度传感器对灌浆处进行温度和压力的实时监测，使得混凝土凝固过程中，通过控制混凝土灌浆量，使得断层破碎带不稳定点与其余稳定点压力相同，提高对断层破碎带不稳定点加固后的稳定性。