[发明专利]新型双模式TBM及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于盾构及TBM工程技术领域，具体为一种新型双模式TBM(混合式TBM)及其控制方法。

背景技术

EPB盾构(土压平衡掘进机)及TBM(全断面硬岩掘进机)是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成全断面隧道的一种新型、先进的隧道施工机械，被广泛应用于铁路、水利、电力、核电、交通等领域，对工程施工具有快速、优质、安全、经济、环保等诸多突出优点，是隧道建设中首选施工方案。目前，国外相关盾构及TBM技术已经基本成熟，国内整套技术国产化能力正在稳步提升。随着国家十一五、十二五期间铁路、地铁、水利、核电等诸多大型项目建设，国内盾构及TBM行业引领国内制造业制造技术水平将向产业更深层次延伸。

硬岩TBM在良好地层中掘进效率占居优势，但设备总长过长，占用场地大，TBM掘进与车站施工、后续施工存在一定干扰，工筹难度加大，造价昂贵、耗资严重。TBM通用缺点为遇到不良地质或软岩、硬岩交替地层，施工风险及难度急剧增大。双护盾TBM主机较长，在围岩急剧收敛或者小曲线掘进过程中主机被卡风险急剧增大。EPB盾构则在软土中掘进具有无可比拟的优势，成套技术成熟、造价低廉，对其他各项施工干扰小。针对部分线路地质中既有硬岩也有软岩工程地质特殊工况，导致TBM在软岩中不能顺利掘进而常规EPB盾构又不能应用于硬岩情况。

因此，急需一种既能在较软地层或围岩较差地层中掘进又兼具有硬岩掘进机性能的隧道施工装备，使一台设备具有更广泛的地质适应性，同时对配套施工干扰小，降低工程风险，是隧道掘进机设计及施工中的一大难题，也是制约隧道掘进机使用范围的重要原因。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种可同时满足软岩及硬岩地层掘进的双模式TBM及其控制方法。本发明可实现两种掘进模式，开挖面不能自稳时为EPB盾构模式软岩掘进，开挖面自稳性良好时为TBM模式硬岩掘进；设备具有较强地质适应性，同时整机结构相对简单，模式转换方便，对配套施工干扰小、控制方便，设备造价低廉、经济实用。

本发明的的目的是这样实现的：

新型双模式TBM，其特征在于：包括刀盘1、以及与刀盘1连接的若干筒节的盾体系统、以及位于盾体系统内的主驱动4、保压人仓5、推进油缸7，位于螺旋输送机12、管片拼装机10、反力系统及超前钻机17；

所述的盾构体系统包括与刀盘1连接的前盾2，与前盾2连接的中盾6，与中盾6连接的尾盾8；前盾2的左上、右上方位布置有稳定器3，左下、右下部位布置有摆动缸18；刀盘1连接有位于盾体系统内的主驱动4，主驱动4连接有位于中盾6内的推进油缸7，中盾6的左下、右下方位同时布置有摆动缸18；中盾6与尾盾8间设置有多组铰接油缸16；

所述的反力系统包括挡环9、钢支撑13、撑靴环11、导向环15，挡环9、钢支撑13、撑靴环11为一可随时拆卸组装的连接结构；撑靴环11为可拆解环形钢结构，钢支撑位置22与撑靴环11筋板对应布置在撑靴环11的左上、右上、左下、右下四个区域对称布置有撑靴缸20；每个撑靴缸20与靴板23间均为球角柔性连接；撑靴环11下部分布有耐磨条21，撑靴环11的环片间通过连接法兰19连接；挡环9与中盾6周围对称点位推进油缸7撑靴间设置有撑靴环拖拉装置；导向环15为设置在尾盾8内侧的可拆卸导向环；管片14通过位于尾盾8内的管片拼装机10在盾构壳体23外进行拼装。

所述的前盾6周围预留有超前注浆口，位于尾部盾8管片拼装机10部位布置有超前钻机17。

所述的新型双模式TBM的控制方法为：

1)、EPB掘进模式：

软土地质模式掘进时，在刀盘掌子面建立压力以平衡水土压力，防止掌子面坍塌，涌水，减小沿线地表沉降；同时利用刀盘1推进，管片拼装机10拼装管片14循环向前掘进，由预先铺设的管片14为掘进提供反力，伴随管片14背衬的同步注浆加固，推进油缸7循环换步向前推进，最终形成由环形管片衬砌的隧道；

2)、TBM掘进模式：