[发明专利]一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法

说明书

本发明公开了一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法，在刀盘盾体上设计一套钢结构组成的接收架，并通过焊接机构与刀盘盾体紧焊接密贴合，从而改变掘进机刀盘盾体顶撑面结构形状，使刀盘盾体顶撑范围结构形状与隧洞二衬结构形状保持一致，达到快速空推步进的目的，且由于该方法无需新增液压泵站、无需再新增推进油缸以及无需牵引装置，并且，在刀盘盾体与接收架定位过程中遇到阻碍物时，压力传感器向PLC控制箱发送压力过载信号，通过PLC控制箱控制激光切割头对阻碍物进行切割去除。

技术领域

本发明涉及TBM施T工艺，具体来说，涉及一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法。

背景技术

TBM施工工艺目前在国内大型输水隧洞工程、铁路隧道工程以及市政隧道工程等各类隧道工程中得到了较多的应用。TBM除具备完备的掘进功能外(开挖、支护、出渣一整套隧洞施工工艺)，在某些特定工程，TBM在完成隧洞掘进任务后贯通在另一段已开挖隧洞内，需空推步进至特定吊出位置(如竖井、具备吊出条件的开阔地带等)方可解体吊出，实现TBM设备的重复利用。目前国内的空推步进技术需根据TBM掘进机结构设计特点，设计一套小行程推进装置(新增液压泵站或利用TBM设备的某个系统的液压泵站、加装推进油缸(含油缸基座)以及一套牵引装置等)，才能实现TBM的空推步进，如图8所示。该方法成本高，步进效率低(每行程40～60cm不等)，如何在隧洞内实现TBM快速空推步进，提高效率，降低成本，是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种敞开式隧道掘进机空推步进装置及方法，通过PLC控制箱修改TBM掘进PLC程序，即在不转动刀盘的情况下，TBM可往前推进，直接利用TBM设备的掘进功能，将改造完成的TBM刀盘盾体撑紧在隧洞的洞壁上，利用TBM设备行程油缸收缩/伸长，达到快速空推步进的目的，且由于该方法无需新增液压泵站、无需再新增推进油缸以及无需牵引装置，大大降低了施工成本，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种敞开式隧道掘进机空推步进装置，包括刀盘盾体和与刀盘盾体传动连接的推进机构，所述刀盘盾体的前端焊接接收架；所述推进机构上安装用于固定接收架的焊接机构；所述推进机构在刀盘盾体后端还设有激光切割头，激光切割头和焊接机构安装在转盘上，转盘固定在推进机构上；所述推进机构的末端设有PLC控制箱，PLC控制箱与激光切割头、焊接机构电连接。

更进一步地，所述刀盘盾体的前端面加工有多个球状的凸起，刀盘盾体在球状的凸起的内部分别填装压力传感器，每个压力传感器分别与PLC控制箱内的控制元件连接。

更进一步地，所述PLC控制箱内的控制元件包括一台工控机、一台用于编程的笔记本电脑和一个触摸屏，所述工控机用于记录各种由自动化元件所采集的数据，并通过一个OPC服务器适时的传输到操作室的触摸屏上。

更进一步地，所述接收架的内端面设为与刀盘盾体前端面相匹配的弧形，并在弧形面上设有与球状的凸起相匹配的凹面槽；所述接收架的内端面安装在刀盘盾体前端面上，并通过凹面槽与球状的凸起定位安装，在所述的凹面槽与球状的凸起之间还通过焊接机构焊接固定；所述接收架的外轮廓由四个断面构成，其包括顶部水平断面、与顶部水平断面相接的弧形断面、设置在弧形断面与底部水平断面之间的竖直断面构成。

更进一步地，所述接收架外轮廓的四个断面结构与待掘进的隧洞的内侧墙面相匹配，在隧洞的底部埋设钢筋砼底板，隧洞的底部在钢筋砼底板的两侧浇筑钢筋砼边墙。

更进一步地，所述焊接机构设有里外两组安装在转盘上，焊接机构包括焊接箱、电动气缸、菱形伸缩架、转台和喷嘴；所述焊接箱和电动气缸通过导线与PLC控制箱电连接，电动气缸的前端传动连接菱形伸缩架，菱形伸缩架的另一端安装转台，转台上安装喷嘴，喷嘴由焊接箱提供焊接动力。

更进一步地，所述推进机构包括液压缸、转轴和联轴器；所述液压缸受控于PLC控制箱，液压缸的输出端连接转轴，转轴的另一端通过联轴器与刀盘盾体固定安装。