一種適用於複合地層的硬巖複合式tbm及其掘進模式的製作方法
2023-12-10 01:03:31 2
專利名稱：一種適用於複合地層的硬巖複合式tbm及其掘進模式的製作方法
技術領域：
本發明屬於盾構及TBM工程技術領域，主要涉及一種隧道施工工程機械，具體為一種既適用於軟土、軟巖、硬巖等單一地層，同時適用於軟硬交替地層、過渡地層的硬巖複合式TBM施工裝備。
背景技術：
在具有世界地質博物館之稱的中國，地層工程、水文地質複雜，對於許多地下市政下程，施工區間以一種地質為主，同時存在其他地層及複雜地層的地質。盾構應用技術大致可以分為三種地層，以上海、鄭州為主要代表的軟弱地層；以北京、廣州為主要代表的沙層、 砂卵石地層及風化巖等軟硬不均地層；以重慶、青島、大連為代表的砂巖、板巖、花崗巖等硬巖地層。盾構及TBM對工程施工具有快速、優質、安全、經濟、環保等諸多突出優點，是隧道建設中首選施工設備。EPB盾構在城市地鐵軟土及砂卵石地質中施工優勢明顯，造價低，但設備對硬巖地質不能適應。TBM在地質單一的硬巖地層中掘進效率佔居優勢，但設備總長過長，工籌難度大，造價昂貴、特別應用於城市地鐵優勢難以充分發揮。TBM通用缺點為遇到不良地質或軟、硬巖交替地層，施工難度及風險急劇增大。針對國內市政地下工程地質中軟土、軟巖、軟硬不均地層工程地質工況，這種只具有相對單一地層適應性的EPB盾構及TBM已不能滿足複雜地層施工要求。如何利用性價比最優的隧道掘進機完成複雜地質工程項目建設的問題亟待解決， 提供一種既能在軟弱地層或圍巖較差地層中掘進又兼具有硬巖掘進機性能的隧道施工裝備，在地層地質變化時切換掘進模式，使一臺設備具有軟土、軟巖、硬巖及交替地層廣泛的地質適應性，同時對配套施工幹擾小，降低工程風險，是隧道掘進機設計及施工中的一大難題，也是制約隧道掘進機使用範圍的重要原因。
發明內容
為了克服上述現有技術中的不足，本發明公開了一種既能適用於軟土、軟巖、硬巖等單一地層，同時兼具有適用於軟硬交替地層、過渡地層具體為具體為淤、粘、粉、砂、卵礫、 風化巖地層的硬巖盾構施工裝備，具體為一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，本設備可以實現兩種掘進模式土壓平衡掘進模式和敞開掘進模式。設備具有很強的地質適應性，尤其適用於市政地鐵軟、硬複雜地層施工，同時整機造價低廉，對配套施工幹擾小、控制方便， 設備造價低廉、經濟實用。本發明的目的是這樣實現的一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，包括位於盾體最前面的刀盤1，與刀盤1 連接的前盾2，以及與前盾2連接的中盾6，與中盾6連接的尾盾8，其特徵在於所述的刀盤1為複合式刀盤，包括刀盤鋼結構20，在刀盤鋼結構20上焊接有耐磨麵板21以及保徑刀M及位於保徑刀M旁邊的刀盤外圍耐磨塊25，耐磨麵板21上設置有滾刀22、邊刮刀23 和刮刀28，滾刀22周圍設置有滾刀保護塊27，滿足刀盤雙向旋轉開挖的邊刮刀23和刮刀28 ；刀盤背部設置有前盾攪拌棒33，刀盤1前部和後部布置有渣土改良端埠，所述的改良埠為刀盤泡沫口( )、膨潤土口(四)、噴水口(36)；前盾2的前盾殼體30上設置有位於左上方與右上方的穩定器3，以及位於左下方與右下方的兩組共計四個前盾擺動缸31 ；與前盾殼體30連接的隔板上還設置有超前注漿口、螺旋機前閘門32、膨潤土 34、超前鑽機預留口 35、噴水口 36、泡沫口 37、有工業空氣口 38、土壓傳感器39、前盾攪拌棒33，前盾攪拌棒33上加焊條網狀耐磨焊條；中盾6的中盾殼體40內布置有推進油缸41，在推進油缸41的連接處間設置有超前注漿管42，以及位於左下方與右下方的兩組共計四個的中盾擺動缸15 ；所述的前盾1為錐形狀，並在前部與刀盤1之間焊有切口耐磨層19 ；所述尾盾8內還設置有管片拼裝機10，以及與管片拼裝機10連接的超前鑽機9 ；所述的硬巖複合式TBM，其包括土壓平衡掘進模式與敞開掘進模式，兩種模式掘進共有特徵為掘進過程中，以前盾2、中盾6作為驅動系統4及複合式刀盤1的支撐，由推進系統7為整機掘進提供推力，並由驅動系統4帶動複合式刀盤1迴轉開挖掘進；能適應複合式刀盤1的中心迴轉接頭18，設置有各自獨立的膨潤土及泡沫通道，可同時向刀盤前面注入膨潤土和泡沫，在第一空間內對切削的碴土進行攪拌獲得較好的混合效果；經過改良的渣土通過複合式刀盤1進入前盾2 土壓倉，在通過螺旋輸送機12輸送至皮帶輸送機13，然後經皮帶輸送機13輸送至後配套拖車，然後由編組列車或者連續皮帶機運出洞外；主機由推經系統7協調控制提供推進力向前推進，並通過多組鉸接油缸14拖拉尾盾8向前掘進； 同時，管片拼裝機10拼裝管片11循環向前掘進，由預先鋪設的管片11為掘進提供反力，伴隨管片背襯的同步注漿加固，推進系統7循環換步向前推進，最終形成由環形管片襯砌的隧道。所述的土壓平衡掘進模式為盾構在推進系統7向前推進掘進的過程中，複合式刀盤1開挖下來的渣土充滿前盾2 土壓倉，同時控制螺旋輸送機12的出渣速率，必要時通過前盾2隔板上的工業空氣口 38使土壓倉內保持一定氣壓，最終達到土倉內的渣土產生的土壓力及空氣壓力平衡刀盤掌子面水土壓力；在此中掘進模式下，穩定器3、前盾擺動缸 31、中盾擺動缸15收回不予工作，超前鑽機9可暫不安裝；土壓平衡模式掘進根據需要建立部分氣壓時利用設置在前盾2隔板上的工業空氣口 38建立部分氣壓，與土壓一起平衡掌子面水土壓力；所述的敞開掘進模式為由推進系統7提供推力，由驅動系統4帶動複合式刀盤1 切削掌子面巖土，掉落下來的巖土進入前盾2 土倉，經螺旋輸送機12排出；掘進過程中布置在前盾2左上、右上的油缸伸靴式穩定器3，掘進時伸出支撐在徑向開挖面上隨主機向前移動；穩定器3與盾體底部與開挖面的接觸點一起形成三角形支撐結構，伸靴的油缸吸收主機傳來的振動；敞開式掘進模式可以使用主機輔助調向及糾偏裝置，具體為在前盾2左下、右下梁方位布置兩組共四個擺動缸31，與中盾6中下部設置的兩組共4個中盾擺動缸15，為主機擺動提供支撐點及擺動力，每組伸靴可提供^Ot的支撐及擺動力，同時可以協助主機的轉向與糾偏；在敞開式掘進中；在尾盾8殼體外設置膨潤土注入系統，在掘進過程中起到潤滑尾盾與巖土作用，可減少大約600-1000T的推阻力，降低尾盾被卡風險；可臨時在管片拼裝機10部位布置超前鑽機9，前盾2隔板上的超前鑽機預留口 35進行平行與隧道中軸線方向地質勘測。積極有益效果本發明所述的硬巖盾構，又稱複合式TBM，是以傳統的硬巖掘進機 (TBM)為基礎，吸取了土壓平衡盾構的原理及優點的一種掘進機，適應於軟土、硬巖、及軟硬交替地層，具體為淤、粘、粉、砂、卵礫、風化巖地層的隧道施工工程機械。在軟弱地層掘進時對控制掌子面穩定，地表沉降和保證施工安全時十分有利。硬巖盾構可根據地質及埋深情況採用開敞式、土壓平衡模式兩種模式互換施工，能同時適用於軟土、軟巖、硬巖、過渡地層及交替地的地下工程施工設備。本發明克服了傳統土壓平衡盾構硬巖地層使用受限及TBM 在軟土地層中不能使用等缺點，兼顧了硬巖、軟土兩種掘進模式的優點，集硬巖掘進機技術與軟土盾構技術於一體硬巖盾構，既具有硬巖快速掘進功能，又具有開挖面平衡功能，使土壓平衡盾構技術與TBM相互滲透、相互融合，拓展了設備的地質適應範圍，使單臺隧道掘進設備具有更廣泛的地質適應性，適用於國內絕大多數市政地下工程施工。設備對配套施工幹擾小，能有效降低施工風險，有同時設備造價低廉，控制方便，經濟實用。
圖1為本發明的主機結構示意圖；圖2為是本發明的刀盤結構示意圖；圖3為本發明的主機前盾結構示意圖；圖4為本發明的中盾結構示意圖；圖中為刀盤1 ；前盾2 ；穩定器3 ；驅動系統4 ；保壓人倉系統5 ；中盾6 ；推進系統 7 ；尾盾8 ；超前鑽機9 ；管片拼裝機10 』管片11 ；螺旋輸送機12 ；皮帶輸送機13 ；鉸接油缸 14 ；中盾擺動缸15 ；螺旋機前部筒體16 ；耐磨合金塊17 ；中心迴轉接頭18 ；切口耐磨層19 ； 刀盤鋼結構20 ；耐磨麵板21 ；滾刀22 ；邊刮刀23 ；保徑M ；刀盤外圍耐磨塊25 ；刀盤泡沫口 26 ；滾刀保護塊27 ；刮28 ；膨潤土口四；前盾殼體30 ；前盾擺動缸31 ；螺機前間門32 ；前盾攪拌棒33 ；膨潤土口 34 ；超前鑽機預留口 35 ；噴水口 36 ；泡沫口 37 ；工業空氣口 38 ；土壓傳感器39 ；中盾殼體40 ；推進油缸41 ；超前注漿管42 ；米字梁43。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明作進一步的說明如圖1、圖2所示，一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，包括位於盾體最前面的刀盤1，與刀盤1連接的前盾2，以及與前盾2連接的中盾6，與中盾6連接的尾盾8，其特徵在於所述的刀盤1為複合式刀盤，包括刀盤鋼結構20，在刀盤鋼結構20上焊接有耐磨麵板21以及保徑刀M及位於保徑刀M旁邊的刀盤外圍耐磨塊25，耐磨麵板21上設置有滾刀22、邊刮刀23和刮刀觀，滾刀22周圍設置有有滾刀保護塊27，滿足刀盤雙向旋轉開挖的邊刮刀23和刮刀28 ；刀盤1背部設置有前盾攪拌棒33，刀盤1前部和後部布置有渣土改良端埠，所述的改良埠為刀盤泡沫口 26、膨潤土口四、噴水口 36 ；如圖3所示，前盾2的前盾殼體30上設置有位於左上方與右上方的穩定器3，穩定器3具有在硬巖地質條件下均進具有吸收主機振動作用，在換刀時具有防振及穩定盾體功能；以及位於左下方與右下方的兩組共計四個前盾擺動缸31 ；與前盾殼體30連接的隔板上還設置超前注漿口、螺旋機前閘門32、膨潤土 34、超前鑽機預留口 35、噴水口 36、泡沫口37、有工業空氣口 38、土壓傳感器39、前盾攪拌棒33，前盾攪拌棒33上加焊條網狀耐磨焊條；起到強制攪拌渣土和改良材料，增加渣土流動性，便於出渣；前盾2隔板上同時布置有膨潤土 34、噴水口 36、泡沫口 37、有工業空氣口 38，必要時起到改良渣土作用；前盾周圍預留有超前注漿口，在硬巖地層中遇到破碎圍巖時，可在管片拼裝機10部位設置超前鑽機9， 進行超前地質注漿加固作業；前盾隔板上預留有平行與隧道中軸線方向上的超前鑽機預留口 35，必要時可進行超前地質勘測；如圖1所示，前盾2內還設置與刀盤1連接的驅動系統4、中心迴轉接頭18，中心迴轉接頭18上設置有各自獨立的膨潤土及泡沫通道，中心迴轉接頭18與前盾2內的土壓倉連接，土壓倉與中盾6內的保壓人倉系統5連接；如圖4所示，中盾6的中盾殼體40內布置有推進油缸41，在推進油缸41的連接處間設置有超前注漿管42，以及位於左下方與右下方的兩組共計四個的中盾擺動缸15，跟前盾擺動缸31 —起其功能是通過盾體帶動刀盤1擺動獲得邊刀的更換空間，同時也可以在硬巖地質中掘進時輔助主機轉向和糾偏功能。如圖1所示，所述的前盾1為錐形狀，並在前部與刀盤1之間焊有切口耐磨層19， 增加耐磨性。所述的在前盾2、中盾6、尾盾8組成的盾體內還設置有推進系統7，以及與前盾土壓倉連接的螺旋輸送機12，以及與螺旋輸送機12連接的皮帶輸送機13。所述的中盾6與尾盾8間設置有鉸接油缸14，尾盾8內還設置有管片拼裝機10， 以及與管片拼裝機10連接的超前鑽機9。所述的螺旋輸送機12為軸式輸送機，可適應經改良後軟土及硬巖渣土輸送，焊接在軸上的葉片在筒體內形成半封閉結構利於輸送鬆散碴土，葉片軸前部鑲焊複合耐磨合金塊17，並在複合耐磨合金塊17上再堆焊耐磨焊條；螺旋輸送機12設置有底部滑塊導向裝置，補焊修復時拆除螺旋機前部筒體16與前盾的聯結法蘭螺栓，藉助人工道鏈吊拽螺旋機沿滑塊裝置抽出，在主機內對葉片軸及前部筒體進行補焊耐磨層。本發明所述主機具有巖石切削和軟土開挖雙重功能，在軟土地層EPB掘進模式下能夠保證開挖面穩定、平衡水土壓力、最大限度減小地表沉降。在硬巖TBM掘進模式下設備具有足夠的推力及扭矩保證順利掘進及渣土輸送。本發明所述的驅動系統為加強型主驅動，滿足硬巖掘進低貫入度，高轉速，大功率掘進要求及刀盤脫困所需扭矩；本發明在管片拼裝機部位布置超前鑽機9，具有在敞開式掘進模式穿越不穩定圍巖地層時通過中盾6上的超前注漿管42，進行超前地質鑽孔，起到超前注漿地質加固作用， 有效降低工程風險。本設備可根據地質特點及埋深情況，可分為兩種掘進模式進行施工土壓平衡掘進模式與敞開掘進模式如圖1所示，兩種模式掘進共有特徵為掘進過程中，以前盾2、中盾6作為驅動系統4及複合式刀盤1的支撐，由推進系統7為整機掘進提供推力，並由驅動系統4帶動複合式刀盤1迴轉開挖掘進；能適應複合式刀盤1的中心迴轉接頭18，設置有各自獨立的膨潤土及泡沫通道，可同時向刀盤前面注入膨潤土和泡沫，在第一空間內對切削的碴土進行攪拌獲得較好的混合效果；經過改良的渣土通過複合式刀盤1進入前盾2 土壓倉，在通過螺旋輸送機12輸送至皮帶輸送機13，然後經皮帶輸送機13輸送至後配套拖車，然後由編組列車或者連續皮帶機運出洞外。主機由推經系統7協調控制提供推進力向前推進，並通過多組鉸接油缸14拖拉尾盾8向前掘進；同時，管片拼裝機10拼裝管片11循環向前掘進，由預先鋪設的管片11為掘進提供反力，伴隨管片背襯的同步注漿加固，推進系統7循環換步向前推進，最終形成由環形管片襯砌的隧道。土壓平衡掘進模式當掘進地質為淤、粘、粉、砂等軟土、礫卵石複雜地層時，採用土壓平衡模式掘進。 盾構在推進系統7向前推進掘進的過程中，複合式刀盤1開挖下來的渣土充滿前盾2 土壓倉，同時控制螺旋輸送機12的出渣速率，必要時通過前盾2隔板上的工業空氣口 38使土壓倉內保持一定氣壓，最終達到土倉內的渣土產生的土壓力及空氣壓力平衡刀盤掌子面水土壓力，防止掌子面坍塌，湧水，最大限度的控制地表沉降，達到安全施工的目的。在此中掘進模式下，穩定器3、前盾擺動缸31、中盾擺動缸15收回不予工作，超前鑽機9可暫不安裝。前盾2切口耐磨層19可增強此處耐磨性。土壓平衡模式掘進必要建立部分氣壓時利用設置在前盾2隔板上的工業空氣口 38建立部分氣壓，與土壓一起平衡掌子面水土壓力。在進行保壓檢修需要進入土倉時，通過保壓人倉系統5作為進入土倉過渡空間，為作業人員安全提供保障。敞開式掘進模式當掘進地層為砂巖，泥巖、板巖等自穩性良好的硬質巖層或者一個區間地層變化為硬巖地層時，刀盤掌子面穩定，採用敞開掘進模式。由推進系統7提供推力，由驅動系統4 帶動複合式刀盤1切削掌子面巖土，掉落下來的巖土進入前盾2 土倉，經螺旋輸送機12排
出ο敞開掘進模式中複合式刀盤1，包括刀盤鋼結構20，刀盤結構強度能滿足硬巖掘進強度要求，其上焊接有耐磨麵板21，適應硬巖掘進要求的滾刀22，滾刀22周圍有刀具保護快27，滿足刀盤雙向旋轉開挖有求邊刮刀23和刮刀觀，刀具在磨損時或者在不同地層施工時可以更換。邊刮刀23形成的刮渣鬥進碴口板具有較寬的寬度，能夠將進入開口的碴土全部帶走，其作用相當於硬巖TBM 刀盤的溜碴板，將碴土帶到上部後直接落到螺機葉片處輸出。刀盤背部設置有主動攪拌棒，刀盤前部和後部布置有渣土改良埠如泡沫口 26、膨潤土口 29，可改善渣土流動性，便於出渣、防止渣土粘結，降低土倉面板及後續渣土輸送裝置螺旋輸送機的磨損等多種功能。複合式刀盤1上布置的噴水口可在滾刀破碎圍巖時降低巖面溫度，減小刀具過快磨損作用，降低刀具結泥餅的概率。這一系列措施都可以改善刀具適應掌子面的能力，改良渣土等功能，保證刀盤能適應不同地質地層掘進要求。敞開模式掘進過程中布置在前盾2左上、右上的油缸伸靴式穩定器3，掘進時伸出支撐在徑向開挖面上隨主機向前移動。穩定器3與盾體底部與開挖面的接觸點一起形成三角形支撐結構，伸靴的油缸可以吸收主機傳來的振動，對刀盤振動形成半剛性約束，可有效減少刀盤的振動及噪音。同時由於增加了約束點，增大了盾體與開挖面的摩擦力以獲得較大的反扭矩，減少盾體由於刀盤1扭矩引起的滾轉速率。如遇盾體發生滾轉時，刀盤1可向相反方向旋轉開挖掘進，使盾體逐步回到正常位置。敞開式掘進模式可以使用主機輔助調向及糾偏裝置。具體為在前盾2左下、右下梁方位布置兩組共四個擺動缸31，與中盾6中下部設置的兩組共4個中盾擺動缸15，為主機擺動提供支撐點及擺動力，每組伸靴可提供^Ot的支撐及擺動力，其功能是通過盾體帶動複合式刀盤1擺動獲得邊刀的更換空間。同時也可以在必要時協助主機的轉向與糾偏。在敞開式掘進中為了防止卡盾在尾盾8殼體外設置膨潤土注入系統，在掘進過程中起到潤滑尾盾與巖土作用，可減少大約600-1000T的推阻力，降低尾盾被卡風險。敞開掘進模式中如遇到破碎圍巖，需要超前地質加固時，可臨時在管片拼裝機10 部位布置超前鑽機9，具有在穿越不穩定圍巖地層時進行超前地質鑽孔，超前注漿地質加固作用，有效降低工程施工風險。在需要進行超前地質勘測時利用布置在前盾2隔板上的超前鑽機預留口 35進行平行與隧道中軸線方向地質勘測。本發明所述的硬巖盾構，又稱複合式TBM，是以傳統的硬巖掘進機(TBM)為基礎， 吸取了土壓平衡盾構的原理及優點的一種掘進機，適應於軟土、硬巖、及軟硬交替地層，具體為淤、粘、粉、砂、卵礫、風化巖地層的隧道施工工程機械。在軟弱地層掘進時對控制掌子面穩定，地表沉降和保證施工安全時十分有利。硬巖盾構可根據地質及埋深情況採用開敞式、土壓平衡模式兩種模式互換施工，能同時適用於軟土、軟巖、硬巖、過渡地層及交替地的地下工程施工設備。本發明克服了傳統土壓平衡盾構硬巖地層使用受限及TBM在軟土地層中不能使用等缺點，兼顧了硬巖、軟土兩種掘進模式的優點，集硬巖掘進機技術與軟土盾構技術於一體硬巖盾構，既具有硬巖快速掘進功能，又具有開挖面平衡功能，使土壓平衡盾構技術與TBM相互滲透、相互融合，拓展了設備的地質適應範圍，使單臺隧道掘進設備具有更廣泛的地質適應性，適用於國內絕大多數市政地下工程施工。設備對配套施工幹擾小，能有效降低施工風險，有同時設備造價低廉，控制方便，經濟實用。以上實施例僅用於說明本發明的優選實施方式，但本發明並不限於上述實施方式，在所述領域普通技術人員所具備的知識範圍內，本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍之內。
權利要求
1.一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，包括位於盾體最前面的刀盤(1)，與刀盤 ⑴連接的前盾O)，以及與前盾⑵連接的中盾(6)，與中盾(6)連接的尾盾(8)，其特徵在於所述的刀盤(1)為複合式刀盤，包括刀盤鋼結構(20)，在刀盤鋼結構00)上焊接有耐磨麵板以及保徑刀04)及位於保徑刀04)旁邊的刀盤外圍耐磨塊(25)，耐磨麵板 (21)上設置有滾刀(22)、邊刮刀(23)和刮刀( )，滾刀(22)周圍設置有滾刀保護塊(27)， 滿足刀盤雙向旋轉開挖的邊刮刀03)和刮刀08)；刀盤(1)背部設置有前盾攪拌棒(33)， 刀盤(1)前部和後部布置有渣土改良端埠。
2.根據權利要求1所述的一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，其特徵在於所述的改良埠為刀盤泡沫口 06)、膨潤土口 09)、噴水口(36)。
3.根據權利要求1所述的一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，其特徵在於所述的前盾的前盾殼體(30)上設置有位於左上方與右上方的穩定器(3)，以及位於左下方與右下方的兩組共計四個前盾擺動缸(31)；與前盾殼體(30)連接的隔板上還設置有超前注漿口、螺旋機前閘門(32)、膨潤土(34)、超前鑽機預留口(35)、噴水口(36)、泡沫口(37)、有工業空氣口(38)、土壓傳感器(39)、前盾攪拌棒(33)，前盾攪拌棒(3 上加焊條網狀耐磨焊條。
4.根據權利要求1所述的一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，其特徵在於所述的中盾(6)的中盾殼體GO)內布置有推進油缸(41)，在推進油缸的連接處間設置有超前注漿管(42)，以及位於左下方與右下方的兩組共計四個的中盾擺動缸(15)。
5.根據權利要求1所述的一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，其特徵在於所述的前盾(1)為錐形狀，並在前部與刀盤1之間焊有切口耐磨層(19)。
6.根據權利要求1所述的一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，其特徵在於所述尾盾⑶內還設置有管片拼裝機(10)，以及與管片拼裝機(10)連接的超前鑽機(9)。
7.如權利要求1所述的所述的一種適用於複合地層的硬巖複合式TBM，其包括土壓平衡掘進模式與敞開掘進模式，兩種模式掘進共有特徵為掘進過程中，以前盾O)、中盾(6) 作為驅動系統(4)及複合式刀盤(1)的支撐，由推進系統(7)為整機掘進提供推力，並由驅動系統(4)帶動複合式刀盤(1)迴轉開挖掘進；能適應複合式刀盤(1)的中心迴轉接頭 (18)，設置有各自獨立的膨潤土及泡沫通道，可同時向刀盤(1)前面注入膨潤土和泡沫，在第一空間內對切削的碴土進行攪拌獲得較好的混合效果；經過改良的渣土通過複合式刀盤 (1)進入前盾( 土壓倉，在通過螺旋輸送機(1 輸送至皮帶輸送機(13)，然後經皮帶輸送機(1 輸送至後配套拖車，然後由編組列車或者連續皮帶機運出洞外；主機由推經系統 (7)協調控制提供推進力向前推進，並通過多組鉸接油缸(14)拖拉尾盾(8)向前掘進；同時，管片拼裝機(10)拼裝管片(11)循環向前掘進，由預先鋪設的管片(11)為掘進提供反力，伴隨管片(11)背襯的同步注漿加固，推進系統(7)循環換步向前推進，最終形成由環形管片襯砌的隧道。
8.根據權利要求7所述的土壓平衡掘進模式，其特徵在於盾構在推進系統(7)向前推進掘進的過程中，複合式刀盤(1)開挖下來的渣土充滿前盾( 土壓倉，同時控制螺旋輸送機(12)的出渣速率，必要時通過前盾O)隔板上的工業空氣口(38)使土壓倉內保持一定氣壓，最終達到土倉內的渣土產生的土壓力及空氣壓力平衡刀盤掌子面水土壓力；在此中掘進模式下，穩定器C3)、前盾擺動缸(31)、中盾擺動缸(1 收回不予工作，超前鑽機(9)可暫不安裝；土壓平衡模式掘進根據需要建立部分氣壓時利用設置在前盾O)隔板上的工業空氣口(38)建立部分氣壓，與土壓一起平衡掌子面水土壓力。
9.根據權利要求7所述的敞開掘進模式，其特徵在於由推進系統(7)提供推力，由驅動系統(4)帶動複合式刀盤(1)切削掌子面巖土，掉落下來的巖土進入前盾( 土倉，經螺旋輸送機(12)排出；掘進過程中布置在前盾(2)左上、右上的油缸伸靴式穩定器(3)，掘進時伸出支撐在徑向開挖面上隨主機向前移動；穩定器(3)與盾體底部與開挖面的接觸點一起形成三角形支撐結構，伸靴的油缸吸收主機傳來的振動；敞開式掘進模式可以使用主機輔助調向及糾偏裝置，具體為在前盾( 左下、右下梁方位布置兩組共四個擺動缸(31)，與中盾(6)中下部設置的兩組共4個中盾擺動缸(15)， 為主機擺動提供支撐點及擺動力，每組伸靴可提供^Ot的支撐及擺動力，同時可以協助主機的轉向與糾偏；在敞開式掘進中；在尾盾(8)殼體外設置膨潤土注入系統，在掘進過程中起到潤滑尾盾與巖土作用，；可臨時在管片拼裝機(10)部位布置超前鑽機(9)，前盾(2)隔板上的超前鑽機預留口 35進行平行與隧道中軸線方向地質勘測。
全文摘要
本發明公開一種既能適用於軟土、軟巖、硬巖等單一地層，同時兼具有適用於軟硬交替地層、過渡地層，具體為淤、粘、粉、砂、卵礫、風化巖地層的硬巖盾構施工裝備。本發明可以實現兩種掘進模式土壓平衡掘進模式和敞開掘進模式。當開挖面穩定性差或者含水較多的軟土、沙層、砂卵石地層時，採片土壓平衡模式模式施工；當開挖面圍巖能夠自穩，巖層穩定性較好時採用敞開模式施工，具體為採用複合式刀盤掘進。本設備具有很強的地質適應性，尤其適用於市政地鐵軟、硬複雜地層施工，同時施工幹擾小、控制方便，整機造價較硬巖掘進機大幅度降低。
文檔編號E21D11/04GK102364049SQ201110317470
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者李建斌, 韓亞麗 申請人:中鐵隧道裝備製造有限公司