集成支護系統及裝有該集成支護系統的隧道掘進的製造方法

2023-11-11 12:54:07 1

集成支護系統及裝有該集成支護系統的隧道掘進的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於隧道掘進機(TBM)的集成支護系統，其包括：管片/仰拱塊拼裝系統；超前鑽探/加固系統；錨杆鑽機系統以及以上三個系統共有的迴轉系統以及平移支撐系統。本實用新型還公開了一種具有集成支護系統的隧道掘進機(TBM)。本實用新型的隧道掘進機(TBM)用集成支護系統，集管片/仰拱塊拼裝、超前鑽探/加固、錨杆加固等功能於一體，可實現錨固支護及管片襯砌兩種隧道支護模式，且通過結構優化及合理布置，管片/仰拱塊拼裝系統、超前鑽探/加固系統及錨杆鑽機系統共用一套迴轉、平移系統，減少了迴轉支撐以及液壓電氣控制系統的布置，從而縮短了隧道掘進機(TBM)長度，降低了設備製造維護成本，更能適應隧道施工尤其是城市地鐵隧道施工掘進機始發、拆卸空間小的工程實際，更能適用於不同地質條件下的隧道襯砌、支護要求。
【專利說明】集成支護系統及裝有該集成支護系統的隧道掘進機

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種集成支護系統，尤其是隧道掘進機(TBM)用集成支護系統及具有該系統的隧道掘進機(TBM)。

【背景技術】
[0002]全斷面隧道掘進機(TBM)集機械、電氣、液壓、控制、測量技術於一體，可實現隧道開挖、出碴、支護的連續作業。相對於傳統的鑽爆法隧道施工模式，利用隧道掘進機(TBM)施工更加安全、可靠、高效、環保，現已廣泛應用於水利水電、礦山開採、軌道交通、市政、國防等工程中。
[0003]使用掘進機施工，應充分考慮到地質的變化因素，確保掘進機既具有快速掘進的能力，又具有在軟弱地質條件下安全通過的能力。在中風化、微風化等圍巖條件較好時，可採用錨杆加固、並於底部敷設仰拱塊的支護模式；在砂土及軟弱地層時可採用全環管片襯砌的支護模式；遇到斷裂破碎帶時，則需考慮超前加固。
[0004]隧道掘進機(TBM)支護系統包括超前鑽探/加固系統、管片/仰拱塊拼裝系統及錨杆鑽機系統等。超前鑽探/加固系統用來鑽探取芯、超前預報及超前加固；管片/仰拱塊拼裝系統是隧道掘進機(TBM) —個重要組成部分，主要用來將預製好的鋼筋混凝土管片拼裝成隧道襯砌，以支護隧道表面、防止地下水土的滲透和地表沉降；錨杆鑽機系統用於圍巖的鑽孔並通過錨杆加固。
[0005]傳統的隧道掘進機(TBM)支護系統，超前鑽探/加固系統與錨杆鑽機系統使用專用的迴轉系統，與管片/仰拱塊拼裝系統分開布置，結構複雜，所佔空間大，製造維護成本高，不能適應隧道施工尤其是城市地鐵隧道施工掘進機始發、拆卸空間小的工程實際及不同地質條件下的支護襯砌要求。


【發明內容】

[0006]本實用新型的目的在於克服上述現有技術中存在的不足，提供一種集成支護系統，集管片/仰拱塊拼裝、超前鑽探/加固、錨杆加固等功能於一體，可實現仰拱塊+錨杆支護及全環管片襯砌兩種隧道支護模式，且共用一個迴轉、平移支撐系統，優化了機械結構，縮短了隧道掘進機(TBM)長度，減少了相關液壓電氣控制系統配置，降低了設備製造維護成本，更能適應隧道施工尤其是城市地鐵隧道施工掘進機始發、拆卸空間小的工程實際，更能適用於不同地質條件下的隧道襯砌、支護要求。
[0007]為實現本實用新型的上述目的，本實用新型的技術方案是:一種集成支護系統，包括:管片/仰拱塊拼裝系統、超前鑽探/加固系統、錨杆鑽機系統、迴轉系統和平移支撐系統，其特徵在於，所述的管片/仰拱塊拼裝系統、超前鑽探/加固系統和錨杆鑽機系統均安裝在迴轉系統和平移支撐系統上，實現管片/仰拱塊拼裝系統、超前鑽探/加固系統和錨杆鑽機系統共用一套迴轉系統和平移支撐系統。
[0008]所述的管片/仰拱塊拼裝系統主要包括管片夾取裝置和提升機構。
[0009]所述的迴轉系統主要包括:移動支架、旋轉支架、液壓馬達及減速器、小齒輪、迴轉軸承外圈、軸承內圈及其液壓電氣控制系統；管片/仰拱塊拼裝系統的管片夾取裝置安裝在旋轉支架的底部，提升機構通過螺栓與旋轉支架連接。
[0010]所述的超前鑽探/加固系統主要包括:一套易拆卸式超前鑽機、超前鑽機系統安裝支座及其液壓電氣控制系統；超前鑽探/加固系統通過安裝支座採用螺栓可拆卸的連接在迴轉系統的旋轉支架上，安裝支座通過銷連接，從而超前鑽機的俯仰角可通過該支座進行調節，以便實現不同位置的鑽孔、加固作業。
[0011]所述的錨杆鑽機系統主要包括:兩套易拆卸式錨杆鑽機、兩個錨杆鑽機系統安裝支座及其液壓電氣控制系統；錨杆鑽機系統通過安裝支座採用螺栓可拆卸的連接在提升機構上，而提升機構和旋轉支架通過螺栓連接，從而錨杆鑽機可拆卸地連接在旋轉支架上。
[0012]所述的共有平移支撐系統主要包括:行走大梁、直線往復油缸及其液壓電氣控制系統；移動支架和旋轉支架連接在行走大梁上；行走大梁起支撐作用，利用直線往復油缸運動，帶動連接在其上的迴轉系統實現直線往復運動。
[0013]一種裝有所述的集成支護系統的隧道掘進機，包括主機、支撐橫梁和皮帶機，支撐橫梁連接在主機後部內，皮帶機設在主機內的中部，其特徵在於，所述的主皮帶機穿過所述的集成支護系統，集成支護系統的平移支撐系統行走大梁的前端與支撐橫梁相連接。
[0014]相對於現有技術，本實用新型的優點是:通過結構優化及合理布置，將管片/仰拱塊拼裝系統、超前鑽探/加固系統、錨杆鑽機系統連接在同一套旋轉及平移支撐機構上，共用一套迴轉、平移系統，結構相對簡單且緊湊，節約了不必要的機械、液壓、電氣配置，降低了製造維護成本，縮短了隧道掘進機(TBM)的長度，更能適應隧道施工尤其是城市地鐵隧道施工掘進機始發、拆卸空間小的工程實際。
[0015]通過錨杆鑽機的自身伸縮實現準確定位，且通過插入角微調(±5° )，可實現兩個錨杆鑽機同時在洞壁鑽孔、加固，提高了工作效率。
[0016]集管片/仰拱塊拼裝、超前鑽探/加固、錨杆加固等功能於一體，可實現仰拱塊+錨杆支護及全環管片襯砌兩種支護模式，更能適用於不同地質條件下的隧道襯砌、支護要求。
[0017]下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型隧道掘進機(TBM)用集成支護系統的整體結構示意圖；
[0019]圖2是圖1的右視圖；
[0020]圖3本實用新型隧道掘進機(TBM)用集成支護系統共有的迴轉系統的結構示意圖；
[0021]圖4是圖3的右視圖；
[0022]圖5是本實用新型隧道掘進機(TBM)用集成支護系統的共有平移支撐系統的結構示意圖；
[0023]圖6是本實用新型隧道掘進機(TBM)用集成支護系統與隧道掘進機(TBM)組裝結構示意圖。
[0024]附圖標記:1_管片/仰拱塊拼裝系統；2-平移支撐系統；3-迴轉系統；4-管片夾取裝置；5-超前鑽探/加固系統；6_錨杆鑽機系統；7_提升機構(油缸)；8-銷；9-超前鑽機系統安裝支座；10_錨杆鑽機系統安裝支座；11_平移支撐系統行走大梁；12-錨杆鑽機；13-超前鑽機；14-液壓馬達及減速器；15-移動支架；16-小齒輪；17_迴轉軸承外圈；18-軸承內圈；19-旋轉支架；20_直線往復油缸；21-TBM主機；22_TBM支撐橫梁；23_集成支護系統；24_皮帶機；25_刀盤。

【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本實用新型的隧道掘進機(TBM)用集成支護系統包括:管片/仰拱塊拼裝系統I，超前鑽探/加固系統5，錨杆鑽機系統6，共有迴轉系統3，共有平移支撐系統2。
[0026]其中，管片/仰拱塊拼裝系統I主要包括:管片夾取裝置4，提升機構7等。
[0027]超前鑽探/加固系統5主要包括:一套易拆卸式超前鑽機13、超前鑽機系統安裝支座9及其液壓電氣控制系統。
[0028]錨杆鑽機系統6主要包括:兩套易拆卸式錨杆鑽機12、錨杆鑽機系統安裝支座10及其液壓電氣控制系統。
[0029]迴轉系統3主要包括:移動支架15、旋轉支架19、2個液壓馬達及減速器14、小齒輪16、迴轉軸承外圈17、軸承內圈18及其液壓電氣控制系統。
[0030]平移支撐系統2主要包括:行走大梁11、直線往復油缸20及其液壓電氣控制系統。利用直線往復油缸20帶動行走大梁11及迴轉系統3等實現直線往復運動。
[0031]具體的，管片/仰拱塊拼裝系統I的管片夾取裝置4安裝在旋轉支架19的底部，提升機構7通過螺栓與旋轉支架19連接。
[0032]超前鑽探/加固系統5通過安裝支座9採用螺栓可拆卸的連接在迴轉系統3的旋轉支架19上。安裝支座9通過銷8連接，從而超前鑽機13的俯仰角可通過該支座進行調節，以便實現不同位置的鑽孔、加固作業。
[0033]錨杆鑽機系統6通過安裝支座10採用螺栓可拆卸的連接在提升機構7上，而提升機構7和旋轉支架19通過螺栓連接，從而錨杆鑽機12可拆卸地連接在旋轉支架19上。
[0034]這樣，管片/仰拱塊拼裝系統1、超前鑽探/加固系統5、錨杆鑽機系統6直接或間接地連接在旋轉支架19上，共用一套迴轉系統3。2個液壓馬達及減速器14帶動2個小齒輪16旋轉，2個小齒輪16與迴轉軸承內圈18嚙合帶動軸承內圈18轉動，軸承內圈18通過螺栓與旋轉支架19連接，從而帶動旋轉支架19實現旋轉。軸承外圈17與移動支架15連接並固定。旋轉支架19旋轉帶動整個迴轉系統進行旋轉、定位。迴轉系統3可正反轉，具有覆蓋全環管片的旋轉範圍。
[0035]移動支架15和旋轉支架19連接在行走大梁11上，因此連接在旋轉支架19上的管片/仰拱塊拼裝系統1、超前鑽探/加固系統5、錨杆鑽機系統6共用一套平移支撐系統。行走大梁11起支撐作用，利用直線往復油缸20運動，帶動連接在其上的迴轉系統3實現直線往復運動。
[0036]通過共用的平移支撐系統2平移及共用的迴轉系統3旋轉，可實現管片/仰拱塊拼裝系統1、超前鑽探/加固系統5、錨杆鑽機系統6沿隧道軸線方向及隧道徑向的定位，從而便於在合適的範圍內進行支護、襯砌作業。管片/仰拱塊拼裝系統I通過管片夾取裝置4及提升裝置7實現管片/仰拱塊的準確定位；超前鑽探/加固系統5通過安裝支座9及超前鑽機13自身的前後及俯仰運動實現準確定位；錨杆鑽機系統6通過錨杆鑽機12的伸縮實現準確定位，且通過插入角微調(±5° )，可實現兩個錨杆鑽機12同時在洞壁鑽孔、力口固，提高了工作效率。
[0037]本實用新型還提供一種隧道掘進機(TBM)，其包括上述的集成支護系統。主皮帶機24需要穿過集成支護系統，集成支護系統通過與支撐橫梁22相連接，從而實現與TBM主機21的連接。
[0038]本實用新型各單元的工作原理:
[0039]管片/仰拱塊拼裝系統I功能實現:首先通過迴轉系統3(具有可覆蓋全環襯砌的旋轉範圍)及平移支撐系統2將管片夾取裝置4中的螺栓卡座套在管片的連接螺栓上，然後通過管片夾取裝置4的橫搖、偏轉、俯仰對管片進行微調，使管片上的螺栓孔相互對齊，再將螺栓按一定的預緊扭矩緊固好，完成一塊管片的拼裝。然後重複上述過程，直到安裝完一環，從而實現管片拼裝功能。同樣地，該系統也可實現仰拱塊的敷設。
[0040]超前鑽探/加固系統5功能實現:通過平移支撐系統2和迴轉系統3(具有可覆蓋全環襯砌的旋轉範圍)及實現沿隧道軸線方向及沿隧道圓周方向的定位，並通過超前鑽機13自身的前後及俯仰運動實現準確定位，穿過主機盾體和刀盤上具有足夠大直徑的導管來實現鑽取巖芯和鑽孔進行地層加固的功能。
[0041]錨杆鑽機系統6功能實現:通過平移系統2和迴轉系統3實現沿隧道軸線方向及沿隧道圓周方向的定位，並可通過錨杆鑽機12的伸縮實現準確定位，且通過插入角微調(±5° )，可實現兩個錨杆鑽機12同時在洞壁鑽孔、加固，提高了工作效率。
[0042]在中風化、微風化等圍巖條件較好時，可採用錨杆加固、並於底部敷設仰拱塊的支護模式。具體的通過管片/仰拱塊拼裝系統I實現仰拱塊的鋪設，首先通過管片夾取裝置4實現仰拱塊的準確定位，從而按規定位置實現仰拱塊的鋪設。在仰拱塊鋪設完畢後，通過平移系統3及迴轉系統2實現錨杆鑽機系統6沿隧道軸線及沿隧道圓周方向的定位，利用錨杆鑽機13實現準確定位，可進行後續的在洞壁鑽孔、加固作業，從而完成錨杆加固、並於底部敷設仰拱塊的支護模式。
[0043]在砂土及軟弱地層時可採用全環管片襯砌的支護模式，此時錨杆鑽機系統6可拆除。具體的通過迴轉系統3 (具有可覆蓋全環襯砌的旋轉範圍)及平移支撐系統2將管片夾取裝置4中的螺栓卡座套在管片的連接螺栓上，然後通過管片夾取裝置4的橫搖、偏轉、俯仰對管片進行微調，使管片上的螺栓孔相互對齊，再將螺栓按一定的預緊扭矩緊固好，完成一塊管片的拼裝。然後重複上述過程，直到安裝完一環，從而實現管片拼裝功能。
[0044]遇到斷裂破碎帶時，需考慮超前加固。此時通過平移支撐系統2和迴轉系統3(具有可覆蓋全環襯砌的旋轉範圍)及實現沿隧道軸線方向及沿隧道圓周方向的定位，並通過超前鑽機13自身的前後及俯仰運動實現準確定位，穿過主機盾體和刀盤上具有足夠大直徑的導管來實現鑽取巖芯和鑽孔進行地層加固的功能。
[0045]本實用新型的隧道掘進機(TBM)具有上述的隧道掘進機(TBM)用集成支護系統。
[0046]儘管上文對本實用新型作了詳細說明，但本實用新型不限於此，本【技術領域】的技術人員可以根據本實用新型的原理進行修改，因此，凡按照本實用新型的原理進行的各種修改都應當理解為落入本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種集成支護系統，包括:管片/仰拱塊拼裝系統(I)、超前鑽探/加固系統(5)、錨杆鑽機系統(6)、迴轉系統(3)和平移支撐系統(2)，其特徵在於，所述的管片/仰拱塊拼裝系統(I)、超前鑽探/加固系統(5)和錨杆鑽機系統(6)均安裝在迴轉系統(3)和平移支撐系統⑵上，實現管片/仰拱塊拼裝系統(I)、超前鑽探/加固系統(5)和錨杆鑽機系統(6)共用一套迴轉系統(3)和平移支撐系統(2)。
2.根據權利要求1所述的集成支護系統，其特徵在於，所述的管片/仰拱塊拼裝系統(I)主要包括管片夾取裝置(4)和提升機構(7)。
3.根據權利要求2所述的集成支護系統，其特徵在於，所述的迴轉系統(3)主要包括:移動支架(15)、旋轉支架(19)、液壓馬達及減速器(14)、小齒輪(16)、迴轉軸承外圈(17)、軸承內圈(18)及其液壓電氣控制系統；管片/仰拱塊拼裝系統(I)的管片夾取裝置(4)安裝在旋轉支架(19)的底部，提升機構(7)通過螺栓與旋轉支架(19)連接。
4.根據權利要求3所述的集成支護系統，其特徵在於，所述的超前鑽探/加固系統(5)主要包括:一套易拆卸式超前鑽機(13)、超前鑽機系統安裝支座(9)及其液壓電氣控制系統；超前鑽探/加固系統(5)通過安裝支座(9)採用螺栓可拆卸的連接在迴轉系統(3)的旋轉支架(19)上，安裝支座(9)通過銷(8)連接，從而超前鑽機(13)的俯仰角可通過該支座進行調節，以便實現不同位置的鑽孔、加固作業。
5.根據權利要求3所述的集成支護系統，其特徵在於，所述的錨杆鑽機系統(6)主要包括:兩套易拆卸式錨杆鑽機(12)、兩個錨杆鑽機系統安裝支座(10)及其液壓電氣控制系統；錨杆鑽機系統(6)通過安裝支座(10)採用螺栓可拆卸的連接在提升機構(7)上，而提升機構(7)和旋轉支架(19)通過螺栓連接，從而錨杆鑽機(12)可拆卸地連接在旋轉支架(19)上。
6.根據權利要求3所述的集成支護系統，其特徵在於，所述的共有平移支撐系統(2)主要包括:行走大梁(11)、直線往復油缸(20)及其液壓電氣控制系統；移動支架(15)和旋轉支架(19)連接在行走大梁(11)上；行走大梁(11)起支撐作用，利用直線往復油缸(20)運動，帶動連接在其上的迴轉系統(3)實現直線往復運動。
7.一種裝有權利要求1-6中任一項所述的集成支護系統的隧道掘進機，包括主機(21)、支撐橫梁(22)和皮帶機(24)，支撐橫梁(22)連接在主機(21)後部內，皮帶機(24)設在主機(21)內的中部，其特徵在於，所述的主皮帶機(24)穿過所述的集成支護系統(23)，集成支護系統(23)的平移支撐系統行走大梁(11)的前端與支撐橫梁(22)相連接。
【文檔編號】E21D11/00GK204082166SQ201420510550
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】劉麗歡, 韓傳強, 李合華, 王斌, 朱厚軍, 初興仁 申請人:中船重工（青島）軌道交通裝備有限公司