一種防卡機單護盾TBM主機結構及其防卡機方法與流程
2023-06-12 16:59:36 1
本發明涉及全斷面巖石隧道掘進機施工技術領域，具體涉及一種防卡機單護盾tbm主機結構及其防卡機方法。
背景技術：
全斷面巖石隧道掘進機簡稱tbm，其施工具有安全、高效、自動化程度高、隧洞全斷面一次成型等特點，是目前大型機械化配套隧洞施工最先進的設備之一，已被廣泛應用於鐵路、市政、水利等工程建設當中，因此對tbm設備的性能提升和優化改造極為重要，也是優良產業發展的趨勢。
單護盾tbm是硬巖隧道掘進機的其中一種機型，主機主要包括刀盤、主驅動、前盾、中盾、尾盾等。與敞開式tbm相比，由於盾體和拼裝管片的保護，主機區域人工作業安全性更高；且與雙護盾tbm相比，單護盾tbm主機長度相對較短，因此卡機風險降低。單護盾tbm具有獨特的特點和優勢，在施工安全性和施工效率兩方面達到較好的均衡，因此在圍巖強度較低、完整性較差的地質條件下成為施工方的優先考慮對象。
但是遇到高地應力、圍巖破碎（iv、v類圍巖）、圍巖收斂程度高、收斂速度快、巖石強度較低等不良地質條件時，單護盾tbm面臨的卡機風險增加，因此需要從施工設備出發，研製一種防卡機單護盾tbm主機結構及其防卡機方法，應對或減緩此類風險。
技術實現要素：
針對上述背景技術的不足，本發明提供了一種防卡機單護盾tbm主機結構及其防卡機方法，用以解決現有技術中單護盾tbm斷層、破碎帶等不良地層時易卡機、影響施工等技術問題。
本發明的技術方案是：一種防卡機單護盾tbm主機結構，包括刀盤，刀盤與盾體相連接，盾體包括前盾、中盾和尾盾，前盾的前端與刀盤相連接，前盾的後端與中盾的前端相連接，中盾的後端與尾盾相連接，前盾前端設有若干可拆卸式的前盾止漿刷，尾盾後端的盾壁上設有若干上尾刷和若干下尾刷，上尾刷與前盾止漿刷相對應，前盾和尾盾內部的盾壁上設有若干觸變泥漿接口，觸變泥漿接口通過泥漿管和泥漿輸送泵與泥漿儲存罐體相連接。
所述前盾前端盾壁的外圓周上均勻設有前盾止漿刷，前盾止漿刷位於同一圓周面內，尾盾後端盾壁的外圓周上均勻設有若干上尾刷，上尾刷位於同一圓周面內，前盾止漿刷、上尾刷、盾體外壁與開挖洞壁共同形成腔體。
所述觸變泥漿接口與腔體相連通。
所述前盾止漿刷包括刷座和第一刷體，刷座包括座頭和座尾，第一刷體通過槽板與座頭固定連接，座尾通過螺栓與前盾內壁相連接。
所述座頭上設有定位凸臺，定位凸臺與槽板相配合，座頭的前端設有耐磨層，座頭的上表面高於座尾的上表面；刷座與前盾的盾壁相配合。
所述上尾刷包括第二刷體和連接板，第二刷體通過連接板與尾盾相連接；下尾刷與尾盾的內壁固定連接。
防卡機單護盾tbm主機結構的防卡機方法，包括如下步驟：
s1、安裝單護盾tbm主機結構上的前盾止漿刷、上尾刷、下尾刷，使前盾止漿刷、上尾刷、盾體外殼與開挖洞壁組成一個腔體；
s2、單護盾tbm經過軟弱圍巖、破碎帶等地質環境時，將配製好的觸變泥漿通過泥漿管運輸到注漿位置，打開盾體內壁上的觸變泥漿接口，通過泥漿輸送泵將觸變泥漿注入到s1中的腔體中；
s3、單護盾tbm掘進時，腔體內觸變泥漿處於固體狀態，能夠阻止或減緩破碎帶或軟弱圍巖與盾體接觸；
s4、單護盾tbm進行換步時，單護盾tbm主機向前移動，觸變泥漿受到擾動處於流體狀態，從而減小盾體前進摩擦阻力；
s5、單護盾tbm換步完成後，盾體處於相對靜止狀態，觸變泥漿隨之恢復固體態，單護盾tbm主機開始下一個掘進循環。
本發明提出一種可應對軟弱圍巖、破碎帶等不良地層的防卡機單護盾tbm主機及其防卡機方法，通過在開挖洞壁與盾體間隙充填觸變泥漿，將洞壁開挖後的應力場由二次應力場變為三次應力狀態，從而減緩地層變形速率，實現單護盾tbm在破碎地層也可順利平穩通過，確保施工質量和施工安全，提高單護盾tbm在不同地層的適用性，具有較高的推廣性。
附圖說明
圖1為本發明內部結構示意圖。
圖2為本發明前盾斷面結構示意圖。
圖3為圖1中a處局部放大圖。
圖4為圖1中b處局部放大圖。
具體實施方式
如圖1-4所示，一種防卡機單護盾tbm主機結構，包括刀盤1，刀盤1與盾體相連接，盾體依次包括前盾2、中盾3和尾盾4，前盾2的前端與刀盤1相連接，前盾2的後端與中盾3的前端相連接，中盾3的後端與尾盾4相連接，前盾2前端的盾壁上可拆卸活動設有前盾止漿刷5，尾盾4後端的盾壁外表面上設有上尾刷6、尾盾4後端的盾壁內表面上設有下尾刷7，上尾刷6與前盾止漿刷5一一對應，相對應的上尾刷與前盾止漿刷在位於同一直線上，前盾2和尾盾4內部的盾壁上均勻設有觸變泥漿接口8，觸變泥漿接口8內設有流體球閥門，觸變泥漿接口8通過泥漿管9與泥漿儲存罐體10相連接，泥漿管9上設有泥漿輸送泵11，泥漿輸送泵通過泥漿管將泥漿儲存罐體中的觸變泥漿輸送到觸變泥漿接口，並通過觸變泥漿接口進入前盾止漿刷5、上尾刷6、盾體外壁與開挖洞壁共同形成一個相對密封的腔體中。
具體地，所述前盾2前端盾壁的外圓周上360°範圍內均勻設有前盾止漿刷5，前盾止漿刷5位於同一圓周面內，尾盾4後端盾壁的外圓周上360°範圍內均勻設有上尾刷6，上尾刷6位於同一圓周面內，上尾刷6與前盾止漿刷5相對應前，盾止漿刷5、上尾刷6、盾體外壁與開挖洞壁共同形成密封腔體12，密封腔體可用於充填觸變泥漿。觸變泥漿接口8與密封腔體12相連通，觸變泥漿通過觸變泥漿接口進入密封腔體12中。
具體地，所述前盾止漿刷5包括刷座和第一刷體5-1，刷座包括座頭5-3和座尾5-4，第一刷體5-1通過槽板5-2與座頭5-3固定連接，第一刷體5-1位於前盾的外側，座尾5-4通過螺栓與前盾2內壁相連接。座頭5-3上設有定位凸臺5-5，定位凸臺5-5與槽板5-2相配合，用於定位槽板的位置，座頭5-3的上表面高於座尾5-4的上表面；刷座與前盾2的盾壁相配合，前盾止漿刷位於前盾的前端，可以作為前盾的一部分，又可以單獨作為前盾的盾刷，拆裝容易，使用方便，在固定牢固的同時，又便於更換，提高工作效率；座頭的前端設有耐磨層，減少刷座的摩擦損失，提高使用壽命。
具體地，所述上尾刷6包括第二刷體6-1和連接板6-2，第二刷體6-1通過連接板6-2與尾盾4可拆卸活動連接，第二刷體6-1位於尾盾的外側；下尾刷7與尾盾4的內壁固定連接。
防卡機單護盾tbm主機結構的防卡機方法，包括如下步驟：
s1、安裝、調節單護盾tbm主機結構上的前盾止漿刷、上尾刷、下尾刷，確保前盾止漿刷、下尾刷與開挖洞壁接觸良好，使前盾止漿刷、上尾刷、盾體外殼與開挖洞壁組成一個相對密封的腔體；
s2、單護盾tbm經過軟弱圍巖、破碎帶等地質環境時，將泥漿儲存罐體中配製好的觸變泥漿通過泥漿管運輸到注漿位置，打開盾體內壁上的觸變泥漿接口，通過泥漿輸送泵將觸變泥漿注入到s1中的密封腔體中，觸變泥漿將開挖後的應力場變為三次應力狀態，可有效減緩地層變形速率；
s3、單護盾tbm掘進時，腔體內觸變泥漿處於固體狀態，能夠阻止或減緩破碎帶或軟弱圍巖與盾體接觸；
s4、單護盾tbm進行換步時，單護盾tbm主機向前移動，觸變泥漿受到擾動處於流體狀態，從而減小盾體前進摩擦阻力；
s5、單護盾tbm換步完成後，盾體處於相對靜止狀態，觸變泥漿隨之恢復固體態，單護盾tbm主機開始下一個掘進循環，根據需要通過觸變泥漿接口往腔體中補充觸變泥漿。
本方法通過在開挖洞壁與盾體間隙充填觸變泥漿，將洞壁開挖後的應力場由二次應力場變為三次應力狀態，從而減緩地層變形速率，實現單護盾tbm在破碎地層也可順利平穩通過，確保施工質量和施工安全。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。