[实用新型]单凯支撑型敞开式全断面隧道硬岩掘进机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种隧道掘进机械领域，具体涉及一种单凯支撑型敞开式全断面隧道硬岩掘进机。

背景技术

敞开式全断面隧道硬岩掘进机(简称敞开式TBM)以施工进度快、安全可靠性高、环保及对围岩扰动小等特点在国内外隧道建设中得到了广泛应用。它是一种集开挖、出碴、支护和通风防尘等多种功能为一体的大型高效隧道施工机械。开敞式TBM主要适用于硬岩地质的隧道施工，采用盘形滚刀挤压破碎的方法进行开挖，与传统的钻爆方法相比，具有以下明显特点：其一、快速。敞开式TBM集多种功能于一体，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高；其二、TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，围岩不会受爆破振动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少；其三、高效。TBM施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效益和社会效益；同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用；TBM施工机械化程度高，降低了劳动强度、降低了材料消耗；其四、安全。改善了作业人员的作业环境，减轻了劳动强度，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少；其五、环保。TBM施工不用炸药爆破，施工现场环境污染小；施工沉降小，有利于地面建筑物的保护； TBM施工减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境；其六、自动化、信息化程度高。TBM采用了计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，具有自动化程度高的优点。TBM具有施工数据采集功能，TBM姿态管理功能，施工数据管理功能，施工数据实时远传功能，实现信息化施工。由于TBM具有以上诸多优点，在地下隧道施工中被广泛应用。

1851年美国人Charles Wilson发明第一台连续掘进TMB，至今已有100多年的历史。直到上世纪70~80年代，随着机械工业技术的进步，国外TBM技术得到了突飞猛进的发展，而这期间国内TBM基本处于停滞状态。早在上世纪60年代中期我国已开始研制TBM，70年代上海水工机械厂研制了3.5m、5.8m、6m直径的掘进机，这期间国内共研制了50多台TBM，由于加工工艺、设备的可靠性和技术性能存在问题，未能得到推广。80年代后期，我国的引水工程、铁路隧道工程开始引进国外TBM，国外TBM承包商将TBM施工技术引入了中国，在这些工程上，TBM创造了可喜成绩，推动了国内TBM技术的应用和发展。目前大多数的长大和特长隧道大都优先采用TBM施工，TBM已成我国工程施工不可缺少的机械设备之一。本世纪以来，随着我国的机械工业的快速发展，敞开式TBM的研制开发已被列入国家973计划，研制开发敞开式TBM的条件已经成熟。 

随着我国对掘进机需求量的大幅增加，国家对掘进机的研发也加大了力度，通过国家的大力开发，用于软岩隧道施工的盾构机在国内已有多家厂商能够自主地完成各类盾构机的设计和生产，技术已较为成熟，在市场占有率上已能和国外强手进行抗衡。但用于硬岩隧道施工的敞开式TBM仍被几个发达国的几家制造商所垄断，主要有美国罗宾斯公司、德国海瑞克公司、德国维尔特公司，造成这种现象的主要原因是我们没有硬岩掘进机的关键技术和自主产权，加大硬岩掘进机的研发工作已是当务之急。

为了更好地研究敞开式TBM，我们把这几个厂家的产品按结构型式进行分类，大致如下：单撑靴式，其结构特点是具有一对巨大的撑靴机构,推进油缸以一定的夹角连接在靴板上,掘进时主机前部不能离开隧道底面。该类设备的主要缺点为：其一、单对水平浮动支撑，若随洞底岩石破碎，整机易下沉，一旦机头下沉，纠正较难；其二、在软岩地质下，在撑靴区域有塌陷时，撑靴不能有效避开塌陷区，影响换步和掘进；其三、遇软岩时，由于单对水平支撑板与岩石接触面积所限，接地比压较大，岩壁易塌陷；其四、撑靴姿态控制较困难，钢拱架密集区换步时易损坏钢拱架，换步速度慢；其五、单个撑靴油缸，体积庞大；调向油缸安装在撑靴油缸上，功能过于集中，造成设备的局部空间狭小，特别是小直径TBM更为明显，主大梁内部清碴困难。其次为双凯支撑式，其结构特点是具有两组套在内凯上并可在内凯上前后移动的外凯撑靴，两组外凯把整个TBM支撑起来，掘进时主机前部不接触隧道底部，该类设备的主要缺点为： 其一、有两对外凯，主机前部还有夹紧缸装置和前支撑油缸，机械长度较长，结构复杂，转弯半径较大，欠灵活；其二、整个主机为悬臂结构，掘进时振动大，硬岩地质段更为明显；其三、掘进中不能调向，只能换步时调向。

实用新型内容