【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石隧道掘进机（tbm）施工，特别是涉及一种破碎坍塌与挤压变形地层护盾式tbm的支护系统及方法。
技术介绍
1、随着水利、交通、能源等领域重大工程建设的全面爆发，越来越多的深埋超长隧道急需被修建，这些隧道所要穿越的地质越来越复杂，苛刻的作业环境对岩石隧道掘进机（tbm）施工技术提出了新的挑战。tbm在破碎强坍塌地层施工，刀盘被卡、护盾被困；tbm在挤压大变形地层施工，主机与后配套被困、支护结构破坏、隧道断面侵限。护盾式tbm相比敞开式tbm，护盾长度更长，脱困难度更大；支护结构管片相比钢拱架更重，拆换难度更大。护盾式tbm一旦被卡被困或支护结构破坏，严重影响隧道施工工期与结构安全。
2、因此，开发破碎坍塌与挤压变形地层护盾式tbm的有效支护方法，是本领域技术人员目前急需解决的技术难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种破碎坍塌与挤压变形地层护盾式tbm的支护系统及方法。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
3、一种破碎坍塌与挤压变形地层护盾式tbm的支护系统，包括前盾位置的管棚支护系统、中盾位置的管棚支护系统、盾尾位置的管片支护系统、出护盾位置的锚索支护系统。
4、优选地：所述前盾位置的管棚支护系统包括手持式钻机、设置于前盾上的预留管棚孔及管棚，通过手持式钻机在前盾预留的至少8个管棚孔中钻孔并安装管棚，注浆加固围岩，所述前盾预留管棚孔布置在拱顶铰接油缸之间的间隙，覆盖隧道拱顶
5、优选地：所述中盾位置的管棚支护系统包括机载式钻机、设置于中盾上的预留管棚孔及管棚，通过机载式钻机在中盾预留的至少5个管棚孔中钻孔并安装管棚，注浆对拱顶围岩进行补充加固，所述中盾预留管棚孔布置在拱顶推进油缸之间的间隙，覆盖隧道拱顶至少64°的范围。
6、优选地：所述盾尾位置的管片支护系统包括管片拼装机、管片、同步注浆管及豆粒石泵，利用管片拼装机安装整环管片，通过盾尾配置的同步注浆管向管片壁后注入速凝水泥砂浆，填充隧道底部至少90°范围管片与围岩间隙，并通过豆粒石泵向管片壁后吹填豆粒石，填充隧道顶部至少270°范围管片与围岩间隙。
7、优选地：所述出护盾位置的锚索支护系统包括锚索钻机、预应力锚索，通过隧道顶部管片上预留的至少12个锚索孔，利用锚索钻机钻孔并安装预应力锚索，覆盖拱顶至少130°的范围。
8、一种破碎坍塌与挤压变形地层护盾式tbm的支护方法，使用以上所述的支护系统，具体包括以下步骤：
9、s1：利用手持式钻机通过前盾预留管棚孔钻孔并安装管棚，注浆加固围岩；
10、s2：利用机载式钻机通过中盾预留管棚孔钻孔并安装管棚，注浆对拱顶围岩进行补充加固；
11、s3：利用管片拼装机安装整环管片，通过同步注浆管向管片壁后注入速凝水泥砂浆填充隧道底部管片与围岩间隙，并通过豆粒石孔向管片壁后吹填豆粒石填充隧道顶部管片与围岩间隙；
12、s4：利用锚索钻机通过拱顶管片上预留的锚索孔钻孔并安装预应力锚索。
13、优选地：步骤s1中前盾预留的管棚孔数量为8个，布置在拱顶铰接油缸之间的间隙，覆盖隧道拱顶120°的范围。
14、优选地：步骤s2中中盾预留的管棚孔数量为5个，布置在拱顶推进油缸之间的间隙，覆盖隧道拱顶64°的范围。
15、优选地：步骤s3中填充隧道底部90°范围管片与围岩间隙，填充隧道顶部270°范围管片与围岩间隙。
16、优选地：步骤s4中每个标准管片块上预留4个锚索孔，拱顶3块标准块共有12个锚索孔，覆盖隧道拱顶130°的范围。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：在破碎坍塌地层，充分发挥管棚的棚护作用，防止现有技术护盾范围无支护导致tbm被卡被困；在挤压变形地层，既能发挥管片的被动强支撑作用，又能发挥预应力锚索主动控变形的作用，防止现有技术仅采用管片被动支撑而被挤压破坏。本专利技术能够有效保障护盾式tbm设备与隧道结构安全。
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1.一种破碎坍塌与挤压变形地层护盾式TBM的支护系统，其特征在于：包括前盾（1）位置的管棚支护系统、中盾（6）位置的管棚支护系统、盾尾（9）位置的管片支护系统、出护盾位置的锚索支护系统。
2.根据权利要求1所述的支护系统，其特征在于：所述前盾（1）位置的管棚支护系统包括手持式钻机（5）、设置于前盾（1）上的预留管棚孔及管棚（3），通过手持式钻机（5）在前盾（1）预留的至少8个管棚（3）孔中钻孔并安装管棚（3），注浆加固围岩，所述前盾（1）预留管棚孔布置在拱顶铰接油缸（4）之间的间隙，覆盖隧道拱顶至少120°的范围。
3.根据权利要求1所述的支护系统，其特征在于：所述中盾（6）位置的管棚支护系统包括机载式钻机（14）、设置于中盾（6）上的预留管棚孔及管棚（3），通过机载式钻机（14）在中盾（6）预留的至少5个管棚（3）孔中钻孔并安装管棚（3），注浆对拱顶围岩进行补充加固，所述中盾（6）预留管棚孔布置在拱顶推进油缸（8）之间的间隙，覆盖隧道拱顶至少64°的范围。
4.根据权利要求1所述的支护系统，其特征在于：所述盾尾（9）位置的管片支护系统包括管片
5.根据权利要求1所述的支护系统，其特征在于：所述出护盾位置的锚索支护系统包括锚索钻机（16）、预应力锚索（15），通过隧道顶部管片（13）上预留的至少12个锚索孔（12），利用锚索钻机（16）钻孔并安装预应力锚索（15），覆盖拱顶至少130°的范围。
6.一种破碎坍塌与挤压变形地层护盾式TBM的支护方法，其特征在于：使用如权利要求1-5任意一项所述的支护系统，具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的支护方法，其特征在于：步骤S1中前盾（1）预留的管棚（3）孔数量为8个，布置在拱顶铰接油缸（4）之间的间隙，覆盖隧道拱顶120°的范围。
8.根据权利要求6所述的支护方法，其特征在于：步骤S2中中盾（6）预留的管棚（3）孔数量为5个，布置在拱顶推进油缸（8）之间的间隙，覆盖隧道拱顶64°的范围。
9.根据权利要求6所述的支护方法，其特征在于：步骤S3中填充隧道底部90°范围管片（13）与围岩间隙，填充隧道顶部270°范围管片（13）与围岩间隙。
10.根据权利要求6所述的支护方法，其特征在于：步骤S4中每个标准管片（13）块上预留4个锚索孔（12），拱顶3块标准块共有12个锚索孔（12），覆盖隧道拱顶130°的范围。
...【技术特征摘要】
1.一种破碎坍塌与挤压变形地层护盾式tbm的支护系统，其特征在于：包括前盾（1）位置的管棚支护系统、中盾（6）位置的管棚支护系统、盾尾（9）位置的管片支护系统、出护盾位置的锚索支护系统。
2.根据权利要求1所述的支护系统，其特征在于：所述前盾（1）位置的管棚支护系统包括手持式钻机（5）、设置于前盾（1）上的预留管棚孔及管棚（3），通过手持式钻机（5）在前盾（1）预留的至少8个管棚（3）孔中钻孔并安装管棚（3），注浆加固围岩，所述前盾（1）预留管棚孔布置在拱顶铰接油缸（4）之间的间隙，覆盖隧道拱顶至少120°的范围。
3.根据权利要求1所述的支护系统，其特征在于：所述中盾（6）位置的管棚支护系统包括机载式钻机（14）、设置于中盾（6）上的预留管棚孔及管棚（3），通过机载式钻机（14）在中盾（6）预留的至少5个管棚（3）孔中钻孔并安装管棚（3），注浆对拱顶围岩进行补充加固，所述中盾（6）预留管棚孔布置在拱顶推进油缸（8）之间的间隙，覆盖隧道拱顶至少64°的范围。
4.根据权利要求1所述的支护系统，其特征在于：所述盾尾（9）位置的管片支护系统包括管片拼装机（11）、管片（13）、同步注浆管（10）及豆粒石（17）泵，利用管片拼装机（11）安装整环管片（13），通过盾尾（9）配置的同步注浆管（10）向管片（13）壁后注入速凝水泥砂浆（18），填充隧道底部至少90°范围管片（13）与...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永胜，杨延栋，徐鹏祖，卢高明，徐海峰，鲁义强，张洋凯，耿超，颜仁富，吕乾乾，赵云，王凯，李帅远，刘超尹，许自文，孔德卿，卢智勇，范文超，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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