CN107435541B - 一种具备管棚施工能力的tbm及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具备管棚施工能力的TBM及其施工方法，要解决的技术问题是TBM法施工和管棚支护法分别使用时，施工过程复杂，施工效率低、施工进度慢。本发明包括TBM、管棚钻机和环形轨道，所述的管棚钻机设置在钻机支撑座上，钻机支撑座下部设有俯仰油缸和推移油缸；所述的环形轨道套接在TBM的主大梁上，钻机支撑座通过俯仰油缸和推移油缸与环形轨道相连采用上述技术方案的本发明通过将TBM和管棚钻机相结合，可防止采用TBM在隧道施工中的破碎带、松散带、土层带的冒落或大量的地下水的涌现，影响施工进度。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道掘进机（TBM），具体涉及一种具备管棚施工能力的TBM及其施工方法。
背景技术
隧道的开挖，包括：铁道、公路、地下铁路、水库的引水道、矿坑通道等，以满足相连接两点间空间的连接而采取的施工手段，其开挖方式可根据挖掘的岩石结构，做出合理的施工方案，包括TBM法和管棚（或管幕）超前支护钻进开挖法等，传统的TBM法施工时应用底层为：具有一定自稳性的岩层，传统的管棚（或管幕）超前支护钻进开挖法（简称管棚支护法）施工时的应用地层为：非稳固性岩土层或岩层中有破碎带、松散区，容易冒落或涌水带或土层等，但是在非稳固性岩土层开挖较为复杂，且在一般的隧道施工中经常容易遇到，若施工方案选择不对，将会影响施工的进度。
在隧道开挖过程中，很难预测非稳固性岩土层的分布点或区域，所以在常规的开挖施工中，如采用TBM法施工时，要考虑备用工艺或采用合适工艺，去处理非稳固性的岩土层段，而处理非稳固性的岩土层段时目前最先进、最理想且经济可靠的工艺为：简称管棚支护法。TBM法施工和管棚支护法交替使用，使得施工过程复杂，施工效率低、施工进度慢。
发明内容
本发明要解决的技术问题是TBM法施工和管棚支护法分别使用时，施工过程复杂，施工效率低、施工进度慢，提供一种具备管棚施工能力的TBM及其施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种具备管棚施工能力的TBM，包括TBM、管棚钻机和环形轨道，所述的管棚钻机设置在钻机支撑座上，钻机支撑座下部设有俯仰油缸和推移油缸；所述的环形轨道套接在TBM的主大梁上，钻机支撑座通过俯仰油缸和推移油缸与环形轨道相连。
所述的环形轨道上设有齿条，与齿条啮合设有齿轮，齿轮上设有支撑杆，支撑杆一端通过俯仰油缸与钻机支撑座连接、另一端与钻机支撑座铰接连接；所述的管棚钻机下部通过推移油缸与钻机支撑座连接。
所述支撑杆两端钻机支撑座的相对侧分别设有一对行走轮，每对行走轮分别夹持在环形轨道的内侧和外侧。
所述支撑杆的宽度大于环形轨道的宽度。
所述的管棚钻机与钻机支撑座滑动连接。
一种具备管棚施工能力的TBM的施工方法，包括以下步骤：①隧道开挖时，在具有自稳性的岩层采用TBM的刀盘对待掘进区域进行开挖；②当采用TBM开挖隧道过程中遇到非稳固性岩土层的区域时，采用管棚钻机对非稳固性岩土层进行钻孔并采用管棚支护；③管棚支护完成后继续采用TBM对管棚支护区进行开挖。
步骤②所述的采用管棚钻机对非稳固性岩土层进行钻孔时，通过液压传动系统带动齿轮沿环形轨道转动，齿轮通过支撑杆带动管棚钻机转动，通过液压传动系统控制俯仰油缸的伸缩，实现管棚钻机向上或向下角度的调节，通过液压传动系统控制推移油缸的伸缩，管棚钻机在钻机支撑座上滑动，实现管棚钻机的前进和后退。
所述的管棚钻机沿环形轨道转动，在待掘进区域360°圆周范围内进行钻孔并采用管棚支护。
本发明将管棚钻机应用于TBM上，使TBM具备管棚施工的能力，从而使TBM能够在非稳固性土层或岩层中进行掘进。当TBM在稳定的岩层中掘进时，不需要进行管棚作业，按传统的TBM法进行施工；当采用TBM法施工前方即将遭遇到不稳定的土层或岩层时、或具有破碎带地层、松散区地层时，使用管棚钻机对TBM“待掘进区域”的圆周范围内进行加固作业，这样，当TBM掘进到该区域后，就能够正常通过。本发明通过将TBM和管棚钻机相结合，可防止采用TBM在隧道施工中的破碎带、松散带、土层带的冒落或大量的地下水的涌现，影响施工进度。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是图1的局部放大结构示意图；
图3是图1的C-C剖视结构示意图。
具体实施方式
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付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。
如图1至图3所示，一种具备管棚施工能力的TBM，包括TBM1、管棚钻机2和环形轨道4，所述的管棚钻机2设置在钻机支撑座7上，钻机支撑座7下部设有俯仰油缸5和推移油缸6；所述的环形轨道4套接在TBM1的主大梁11上，钻机支撑座7通过俯仰油缸5和推移油缸6与环形轨道4相连。管棚钻机2沿环形轨道实现360°旋转，实现对隧道待掘进区域8周边的钻孔。
所述的环形轨道4上设有齿条41，与齿条41啮合设有齿轮42，齿轮42上设有支撑杆43，支撑杆43一端通过俯仰油缸5与钻机支撑座7连接、另一端与钻机支撑座7铰接连接；所述的管棚钻机2下部通过推移油缸6与钻机支撑座7连接。支撑杆43固定在齿轮42上并随着齿轮的旋转沿环形轨道运动；齿轮42通过动力系统如电机的输出轴旋转，进而通过支撑杆43带动管棚钻机2在环形轨道上沿齿条41运动采用本发明进行隧道开挖时，遇到待掘进区域8为非稳固性岩土层的分布点或区域时，通过管棚钻机2钻孔并采用管棚9支护，对待掘进区域8产生很大的顶拱支承效果，且相邻管孔的浆液在压力灌注时，相互渗透连接，形成天幕式的管棚结构，成保护式隔离层，支护着隧道顶板的破碎带，松散带，使其不易冒落或防止地下水的大量涌进等。其相邻的管孔结构，就像深孔微型桩，但相互切割连接，分别在水平方向与垂直方向布局。此时进行隧道开挖，由于形成天幕式的支撑拱壁，可在距离原管棚孔眼下端约300至500毫米的周边范围，用TBM向前开挖。
所述支撑杆43两端钻机支撑座7的相对侧分别设有一对行走轮，每对行走轮分别夹持在环形轨道4的内侧和外侧。行走轮的设置防止支撑杆43带动钻机支撑座7脱离环形轨道4，对支撑杆43起限位作用。
所述支撑杆43的宽度大于环形轨道4的宽度。支撑杆43的两端凸出环形轨道4，俯仰油缸5伸缩，实现管棚钻机2向上或向下角度的调节。管棚钻机2沿环形轨道4360°旋转，实现隧道内360°的管棚支护。
所述的管棚钻机2与钻机支撑座7滑动连接。推移油缸6伸缩，管棚钻机2在钻机支撑座7上滑动，实现管棚钻机2的前进和后退。
一种具备管棚施工能力的TBM的施工方法，包括以下步骤：①隧道开挖时，在具有自稳性的岩层采用TBM1的刀盘12对待掘进区域8进行开挖；②当采用TBM1开挖隧道过程中遇到非稳固性岩土层的区域时，采用管棚钻机2对非稳固性岩土层进行钻孔并采用管棚9支护；③管棚9支护完成后继续采用TBM1对管棚支护区进行开挖。在非稳固性岩土层或岩层中有破碎带、松散区，传统的管棚或管幕超前支护钻进开挖法在天幕式的管棚支撑拱壁形成后，采用人工或机械铲挖、钻挖或钻爆等不同的挖掘方案；本发明通过将TBM和管棚钻机相结合，加快施工进度，使得在非稳固性岩土层或岩层中有破碎带、松散区，容易冒落或涌水带或土层等的施工进度是传统的管棚或管幕超前支护钻进开挖法速度的5-8倍。
步骤②所述的采用管棚钻机2对非稳固性岩土层进行钻孔时，通过液压传动系统带动齿轮42沿环形轨道4转动，齿轮42通过支撑杆43带动管棚钻机2转动，通过液压传动系统控制俯仰油缸5的伸缩，实现管棚钻机2向上或向下角度的调节，通过液压传动系统控制推移油缸6的伸缩，管棚钻机2在钻机支撑座7上滑动，实现管棚钻机2的前进和后退。
管棚钻机2沿环形轨道4转动，在待掘进区域360°圆周范围内进行钻孔并采用管棚支护。
Claims (6)
1.一种具备管棚施工能力的TBM，其特征在于：包括TBM（1）、管棚钻机（2）和环形轨道（4），所述的管棚钻机（2）设置在钻机支撑座（7）上，钻机支撑座（7）下部设有俯仰油缸（5）和推移油缸（6）；所述的环形轨道（4）套接在TBM（1）的主大梁（11）上，钻机支撑座（7）通过俯仰油缸（5）和推移油缸（6）与环形轨道（4）相连；
所述的环形轨道（4）上设有齿条（41），与齿条（41）啮合设有齿轮（42），齿轮（42）上设有支撑杆（43），支撑杆（43）一端通过俯仰油缸（5）与钻机支撑座（7）连接、另一端与钻机支撑座（7）铰接连接；所述的管棚钻机（2）下部通过推移油缸（6）与钻机支撑座（7）连接；
所述支撑杆（43）两端钻机支撑座（7）的相对侧分别设有一对行走轮，每对行走轮分别夹持在环形轨道（4）的内侧和外侧；
①隧道开挖时，在具有自稳性的岩层采用TBM（1）的刀盘（12）对待掘进区域（8）进行开挖；②当采用TBM（1）开挖隧道过程中遇到非稳固性岩土层的区域时，采用管棚钻机（2）对非稳固性岩土层进行钻孔并采用管棚（9）支护；管棚钻机沿环形轨道转动，在待掘进区域360°圆周范围内进行钻孔并采用管棚支护，对待掘进区域8产生很大的顶拱支承效果，且相邻管孔的浆液在压力灌注时，相互渗透连接，形成天幕式的管棚结构，成保护式隔离层；③管棚（9）支护完成后继续采用TBM（1）对管棚支护区进行开挖。
2.根据权利要求1所述的具备管棚施工能力的TBM，其特征在于：所述支撑杆（43）的宽度大于环形轨道（4）的宽度。
3.根据权利要求1所述的具备管棚施工能力的TBM，其特征在于：所述的管棚钻机（2）与钻机支撑座（7）滑动连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的具备管棚施工能力的TBM的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：①隧道开挖时，在具有自稳性的岩层采用TBM（1）的刀盘（12）对待掘进区域（8）进行开挖；②当采用TBM（1）开挖隧道过程中遇到非稳固性岩土层的区域时，采用管棚钻机（2）对非稳固性岩土层进行钻孔并采用管棚（9）支护；③管棚（9）支护完成后继续采用TBM（1）对管棚支护区进行开挖。
5.根据权利要求4所述的具备管棚施工能力的TBM的施工方法，其特征在于：步骤②所述的采用管棚钻机（2）对非稳固性岩土层进行钻孔时，通过液压传动系统带动齿轮（42）沿环形轨道（4）转动，齿轮（42）通过支撑杆（43）带动管棚钻机（2）转动，通过液压传动系统控制俯仰油缸（5）的伸缩，实现管棚钻机（2）向上或向下角度的调节，通过液压传动系统控制推移油缸（6）的伸缩，管棚钻机（2）在钻机支撑座（7）上滑动，实现管棚钻机（2）的前进和后退。
6.根据权利要求5所述的具备管棚施工能力的TBM的施工方法，其特征在于：所述的管棚钻机（2）沿环形轨道（4）转动，在待掘进区域（8）360°圆周范围内进行钻孔并采用管棚支护。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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