一种适用软岩地质的掘进机及掘进方法技术

本发明专利技术公开一种适用软岩地质的掘进机，包括刀盘、前盾、主驱动、推进系统、撑紧盾以及辅助支撑系统；辅助支撑系统包括安装件、撑靴组件、动力件、第一伸缩件以及第二伸缩件；动力件能根据工况带动撑靴组件撑紧在洞壁上，为撑紧盾提供支撑反力，并且在极限工况下撑紧盾不能提供支撑反力以及不能进行换步，辅助支撑系统能撑紧洞壁提供支撑反力并将撑紧盾向前推进，从而完成换步；同时掘进机在斜井掘进时，辅助支撑系统可以提供额外支撑，防止掘进机整体下滑。本发明专利技术还公开了一种掘进方法，包括使用适用软岩地质的掘进机在三种工况下进行掘进，通过三种不同工况下的掘进方法，能适应施工过程中的各种突发情况，便于施工的有序进行。

【技术实现步骤摘要】
一种适用软岩地质的掘进机及掘进方法
本专利技术涉及掘进机领域，具体涉及一种适用软岩地质的掘进机及掘进方法。
技术介绍
TBM(隧道掘进机)在软岩地层施工过程中，常遇到围岩收缩变形或塌落等情况，如何解决TBM快速支护问题，对提高软岩地层的TBM施工安全极其重要。现有技术中，1、敞开式TBM，空顶距较大(即沿掘进方向，掌子面至支护系统的距离)，从掌子面到支护系统有很长范围的围岩裸露在外，没有对围岩进行及时有效支撑，存在塌方等危害；2、护盾式TBM，采用护盾支撑围岩，当遇到软岩收缩大变形时，易出现卡机和卡盾；3、现有TBM在软岩地层掘进时，单靠撑紧盾的撑靴难以保证向推进系统提供足够大的支撑反力，导致掘进失效。综上所述，急需一种能提供有效支反力且适用软岩地质的掘进机及掘进方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种能提供有效支反力且适用软岩地质的掘进机及掘进方法，具体技术方案如下：一种适用软岩地质的掘进机，包括刀盘、前盾、主驱动、推进系统、撑紧盾以及辅助支撑系统；所述刀盘、前盾、撑紧盾以及辅助支撑系统沿掘进方向依次设置；所述主驱动设置在前盾内；所述主驱动与刀盘连接；所述推进系统两端分别连接撑紧盾和前盾，用于推动刀盘掘进；所述撑紧盾用于为掘进机提供支反力；所述辅助支撑系统包括安装件、撑靴组件、动力件、第一伸缩件以及第二伸缩件；所述安装件滑动设置在外部辅助设备上，能沿掘进方向滑移；所述动力件设置在安装件上；所述撑靴组件设置在动力件上，通过动力件带动撑靴组件撑紧洞壁或与洞壁脱离接触；所述第一伸缩件的两端分别与撑紧盾以及安装件活动连接；所述第二伸缩件的两端分别与撑紧盾以及外部辅助设备活动连接。以上技术方案优选的，所述撑靴组件数量为两组；两组撑靴组件分别设置在动力件的两端。以上技术方案优选的，所述撑靴组件包括内套筒和第一撑靴；所述第一撑靴设置在内套筒上；所述动力件与内套筒连接，动力件用于带动内套筒沿垂直于洞壁方向运动。以上技术方案优选的，所述第一伸缩件和第二伸缩件的数量均为两组。以上技术方案优选的，还包括超前支护组件；所述前盾的上端设有安装部；所述超前支护组件设置在安装部上，用于围岩的支撑和稳固。以上技术方案优选的，所述超前支护组件包括支撑件和锚固件；所述支撑件和锚固件均设置在安装部上，支撑件用于支撑围岩；锚固件用于锚固围岩。以上技术方案优选的，所述撑紧盾包括护盾、撑靴伸缩件以及第二撑靴；所述第一伸缩件和第二伸缩件均与护盾活动连接；所述撑靴伸缩件设置在护盾上；所述第二撑靴设置在撑靴伸缩件上，通过撑靴伸缩件带动第二撑靴撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。以上技术方案优选的，所述撑靴伸缩件和第二撑靴的数量均为两组，且撑靴伸缩件和第二撑靴一一对应设置；沿撑靴伸缩件的伸缩方向，两组撑靴伸缩件之间形成安装部位；所述护盾的上端设有用于支护作业的作业平台。以上技术方案优选的，还包括固定件；所述安装件和外部辅助设备均设有相互配合的固定部；所述固定件设置在固定部内，固定件用于安装件和外部辅助设备的固定。一种掘进方法，包括使用所述的适用软岩地质的掘进机在三种工况下进行掘进，具体如下：第一种工况：步骤A1：撑紧盾的撑靴伸缩件带动第二撑靴撑紧在洞壁上，为推进系统提供支反力；步骤A2：推进系统推动刀盘掘进；步骤A3：掘进完成后，撑紧盾的撑靴伸缩件带动第二撑靴与洞壁脱离接触，推进系统将撑紧盾、辅助支撑系统以及外部辅助设备朝向掌子面向前拖进，从而完成掘进的一个循环；第二种工况：步骤B1：撑紧盾的撑靴伸缩件带动第二撑靴撑紧在洞壁上，为推进系统提供支反力；辅助支撑系统的动力件带动撑靴组件撑紧在洞壁上，为撑紧盾提供支反力；步骤B2：推进系统推动刀盘掘进；步骤B3：撑紧盾的第二撑靴与洞壁脱离接触；辅助支撑系统的撑靴组件保持撑紧洞壁状态；第一伸缩件以及推进系统将撑紧盾以及外部辅助设备朝向掌子面向前推进；推进完成后，撑靴组件与洞壁脱离接触，第一伸缩件将安装件朝向掌子面向前拖进，从而完成掘进的一个循环；第三种工况：步骤C1：安装件与外部辅助设备通过固定件固定连接；辅助支撑系统的撑靴组件撑紧洞壁，辅助支撑系统以及外部辅助设备为撑紧盾提供支反力；步骤C2：推进系统推动刀盘掘进；步骤C3：第一伸缩件和第二伸缩件朝向掌子面伸出，将撑紧盾朝向掌子面向前推出一定距离后，撑紧盾的第二撑靴撑紧洞壁；辅助支撑系统的撑靴组件与洞壁脱离接触；第一伸缩件和第二伸缩件收缩，从而将辅助支撑系统以及外部辅助设备朝向掌子面向前拖进，从而完成掘进的一个循环。应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术的适用软岩地质的掘进机包括刀盘、前盾、主驱动、推进系统、撑紧盾以及辅助支撑系统；所述辅助支撑系统包括安装件、撑靴组件、动力件、第一伸缩件以及第二伸缩件；所述撑紧盾用于为掘进机提供支反力；动力件能根据工况带动撑靴组件撑紧在洞壁上，为撑紧盾提供支撑反力，保证为推进系统提供足够的支撑反力，并且在极限工况下(即掘进前方因塌方破损，撑紧盾不能撑紧固定)撑紧盾不能提供支撑反力以及不能进行换步，辅助支撑系统能撑紧洞壁提供支撑反力并将撑紧盾向前推进，从而完成换步；同时掘进机在斜井掘进时，辅助支撑系统可以提供额外支撑，防止掘进机整体下滑。(2)本专利技术的撑靴组件数量为两组；通过两组撑靴组件撑紧在洞壁上，保证稳定性，从而为推进系统提供足够的支撑反力。(3)本专利技术的撑靴组件包括内套筒和第一撑靴；内套筒设置在动力件的一端上，第一撑靴设置在内套筒靠近洞壁一端的端部上，通过动力件带动内套筒运动，使得第一撑靴撑紧在洞壁上或与洞壁脱离接触。(4)本专利技术的第一伸缩件和第二伸缩件的数量均为两组，通过对称设置的两组第一伸缩件和第二伸缩件，能为撑紧盾提供有效的支反力，并且便于带动外部辅助设备朝向掌子面换步前进。(5)本专利技术还包括超前支护组件；通过在前盾上端设置安装部，从而让出了前盾的顶部空间；超前支护组件设置在安装部上，使得空顶距缩短，能快速对围岩进行支护，从而适应软岩工况。(6)本专利技术的超前支护组件包括支撑件和锚固件；通过支撑件支撑裸露的围岩，防止围岩塌落；锚固件便于对围岩进行锚固。(7)本专利技术的撑紧盾包括护盾、撑靴伸缩件以及第二撑靴；通过撑靴伸缩件带动第二撑靴撑紧在洞壁上，从而为推进系统提供支反力。(8)本专利技术的撑靴伸缩件和第二撑靴的数量均为两组；传统的撑紧盾是通过一组或两组水平设置的油缸同时推动左右两端的第二撑靴撑紧洞壁，本专利技术通过设置两组撑靴伸缩件与两组第二撑靴一一对应设置，从而让出了护盾的中部空间(即安装部位)，便于安装掘进机的其他设备。护盾的上端设有作业平台，操作人员可在作业平台上通行，便于对围岩进行支护作业；护盾下端设有溜渣通道；溜渣通道与护盾内部连通，护盾内的渣土进入溜渣通道内，从而减少护盾内部渣土，便于减轻换步压力。(9)本专利技术还包括固定件；固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用软岩地质的掘进机，其特征在于，包括刀盘(1)、前盾(2)、主驱动(4)、推进系统(5)、撑紧盾(7)以及辅助支撑系统(8)；/n所述刀盘(1)、前盾(2)、撑紧盾(7)以及辅助支撑系统(8)沿掘进方向依次设置；所述主驱动(4)设置在前盾(2)内；所述主驱动(4)与刀盘(1)连接；所述推进系统(5)两端分别连接撑紧盾(7)和前盾(2)，用于推动刀盘(1)掘进；所述撑紧盾(7)用于为掘进机提供支反力；/n所述辅助支撑系统(8)包括安装件(8.1)、撑靴组件(8.2)、动力件(8.3)、第一伸缩件(8.4)以及第二伸缩件(8.5)；/n所述安装件(8.1)滑动设置在外部辅助设备(10)上，能沿掘进方向滑移；所述动力件(8.3)设置在安装件(8.1)上；所述撑靴组件(8.2)设置在动力件(8.3)上，通过动力件(8.3)带动撑靴组件(8.2)撑紧洞壁或与洞壁脱离接触；所述第一伸缩件(8.4)的两端分别与撑紧盾(7)以及安装件(8.1)活动连接；所述第二伸缩件(8.5)的两端分别与撑紧盾(7)以及外部辅助设备(10)活动连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用软岩地质的掘进机，其特征在于，包括刀盘(1)、前盾(2)、主驱动(4)、推进系统(5)、撑紧盾(7)以及辅助支撑系统(8)；
所述刀盘(1)、前盾(2)、撑紧盾(7)以及辅助支撑系统(8)沿掘进方向依次设置；所述主驱动(4)设置在前盾(2)内；所述主驱动(4)与刀盘(1)连接；所述推进系统(5)两端分别连接撑紧盾(7)和前盾(2)，用于推动刀盘(1)掘进；所述撑紧盾(7)用于为掘进机提供支反力；
所述辅助支撑系统(8)包括安装件(8.1)、撑靴组件(8.2)、动力件(8.3)、第一伸缩件(8.4)以及第二伸缩件(8.5)；
所述安装件(8.1)滑动设置在外部辅助设备(10)上，能沿掘进方向滑移；所述动力件(8.3)设置在安装件(8.1)上；所述撑靴组件(8.2)设置在动力件(8.3)上，通过动力件(8.3)带动撑靴组件(8.2)撑紧洞壁或与洞壁脱离接触；所述第一伸缩件(8.4)的两端分别与撑紧盾(7)以及安装件(8.1)活动连接；所述第二伸缩件(8.5)的两端分别与撑紧盾(7)以及外部辅助设备(10)活动连接。


2.根据权利要求1所述的适用软岩地质的掘进机，其特征在于，所述撑靴组件(8.2)数量为两组；两组撑靴组件(8.2)分别设置在动力件(8.3)的两端。


3.根据权利要求2所述的适用软岩地质的掘进机，其特征在于，所述撑靴组件(8.2)包括内套筒(8.21)和第一撑靴(8.22)；所述第一撑靴(8.22)设置在内套筒(8.21)上；所述动力件(8.3)与内套筒(8.22)连接，动力件用于带动内套筒沿垂直于洞壁方向运动。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的适用软岩地质的掘进机，其特征在于，所述第一伸缩件(8.4)和第二伸缩件(8.5)的数量均为两组。


5.根据权利要求1所述的适用软岩地质的掘进机，其特征在于，还包括超前支护组件(3)；所述前盾(2)的上端设有安装部(2.1)；所述超前支护组件(3)设置在安装部上，用于围岩的支撑和稳固。


6.根据权利要求5所述的适用软岩地质的掘进机，其特征在于，所述超前支护组件(3)包括支撑件(3.1)和锚固件(3.2)；所述支撑件和锚固件均设置在安装部(2.1)上，支撑件用于支撑围岩；锚固件用于锚固围岩。


7.根据权利要求1所述的适用软岩地质的掘进机，其特征在于，所述撑紧盾(7)包括护盾(7.1)、撑靴伸缩件(7.2)以及第二撑靴(7.3)；所述第一伸缩件(8.4)和第二伸缩件(8.5)均与护盾(7.1)活动连接；所述撑靴伸缩件(7.2)设置在护盾(7.1)上；所述第二撑靴(7.3)设置在撑靴伸缩件(7.2)上，通过撑靴伸缩件带动第二撑靴...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭正阳，龙斌，李深远，黄强，苏翠侠，欧阳涛，刘龙，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43