[发明专利]一种具有多重掘进模式及隧道支护方式的混合式TBM

权利要求书

1.一种具有多重掘进模式及隧道支护方式的混合式TBM，其特征在于：包括土压平衡掘进模式、盾构敞开掘进模式、TBM掘进模式三种施工掘进模式，三种施工掘进模式相互转换，以及根据相应地质工况及施工需要与三种施工方式配套的螺旋输送机出渣或者主机皮带机出渣方式，及相应管片拼装衬砌及后期洞壁支护方式；

所述的三种掘进模式的发明包括刀盘，以及与刀盘(1)连接的驱动系统(4)，支撑驱动系统(4)与刀盘(1)的前盾(2)、前盾(2)连接保压人仓(5)及中盾(6)、安装在中盾(6)内部的推进系统(7)、与中盾(6)相连的主梁(44)、安装在前盾(2)上的稳定器(3)、安装在前盾(2)上的前盾摆动缸(31)与安装在中盾(6)上的与中盾摆动缸(15)、与主梁(44)连的后配套皮带机(13)；土压平衡模式与盾构敞开式还包括与刀盘(1)相连的中心回转接头(18)，连接于前盾(2)的螺旋输送机(12)、与中盾(6)通过铰接油缸(14)与尾盾(8)铰接；安装在主梁(44)上的管片拼装机(10)；TBM模式还包括与布置在刀盘上的刮渣斗(16)及刀盘(1)背部的溜渣板(17)、连接在驱动系统(4)上的溜槽(21)、撑靴系统(47)，支撑环(48)、控制主机皮带机一段(22)后退的主机皮带机伸缩油缸(27)、主机皮带机二段(28)及皮带张紧油缸(29)、橡胶板防尘(23)、链条防尘(24)、喷水降尘(25)，防尘护罩(26)，位于中盾(6)部位的超前钻机(9)。

2.根据权利要求1所述的一种具有多重掘进模式及隧道支护方式的混合式TBM，其特征在于：当开挖面稳定性差或者为含水较多的软土、软岩、沙砾及软硬不均地层，具体为淤、粘、粉、砂、卵砾地层时，可根据地质及埋深情况采用土压平衡掘进模式施工，由螺旋输送机(12)配合后配套皮带机(13)出渣，伴随管片拼装机(10)拼装管片(11)、背衬注浆支护方式施工；在此种模式掘进时，刀盘(1)带压推进，利用刀盘(1)及土仓内土压及气压实现与开挖面的水压、土压动态平衡；同时管片拼装机(10)拼装管片循环向前掘进，由预先铺设的管片(11)为掘进提供反力，伴随管片(11)背衬的同步注浆加固，推进油缸循(41)环换步向前推进，最终形成由环形管片衬砌的隧道。

3.根据权利要求1所述的一种具有多重掘进模式及隧道支护方式的混合式TBM，其特征在于：当地层地质为硬岩地层，开挖掌子面能够自稳，根据施工要求采用管片支护隧道时可以采用盾构敞开模式掘进；洞壁采用管片拼装、衬砌支护，出渣方式可以采用主机皮带机配合后配套皮带机(13)出渣方式施工；硬岩地质中盾构敞开模式施工，具体为复合式刀盘(1)在开挖掌子面时不需要建立水土压力，刀盘切削下来的渣土通过螺旋输送机配合后配套皮带机(13)出渣；同时管片拼装机(10)拼装管片(11)循环向前掘进，由预先铺设的管片(11)为掘进提供反力，伴随管片背衬的同步注浆加固，推进油缸(41)循环换步向前推进，最终形成由环形管片衬砌的隧道。

4.根据权利要求1所述的一种具有多重掘进模式及隧道支护方式的混合式TBM，其特征在于：当开挖地层为硬岩地层，施工要求采用后期洞壁支护方式时，可根据施工要求采用TBM掘进模式；出渣方式采用主机皮带机配合后配套皮带机13出渣，洞壁支护采用灵活的后期洞壁支护进行施工；此时主机无尾盾(8)、管片拼装机(10)、螺旋输送机(12)，并更换刀具，增加溜渣板(17)、溜槽(21)、主机皮带机、撑靴系统(47)、支撑环(48)；掘进时无需建立掌子面水土压力，推进反力由撑靴系统(47)中的撑靴支撑在岩壁上产生的摩擦反力提供，调向由推进油缸(41)撑紧支撑环(48)获得行程差来实现；隧道支护可采用灵活的后期支护方式，打锚杆、挂钢筋网、喷砼、钢支撑方式施工，最终形成由后期支护结构形成的连续隧道。

5.根据权利要求1所述的一种具有多重掘进模式及隧道支护方式的混合式TBM，其特征在于：当开挖地层软弱底层转变为稳定性较好的硬岩地层，根据施工需求采用灵活的后期洞壁支护进行施工时，需将掘进模式由土压平衡模式或盾构敞开式转换为TBM模式；需拆除管片拼装机(10)、尾盾(8)、中心回转接头(18)，安装溜渣板(17)、溜槽(21)、主机皮带机、撑靴系统(47)、支撑环(48)；由撑靴油缸(49)伸出撑靴系统(47)中的撑靴撑紧岩壁产生的摩擦力作为推进反力，由推进油缸(41)推进调向，循环换步向前掘进，按照隧道先贯通再洞壁支护的方式施工，最终形成成型隧道。