[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

说明书

技术领域

本发明属于盾构及TBM工程技术领域，具体为一种混合式TBM隧道施工工程装备，具体为一种既适用于软土、软岩、硬岩等单一地层，同时适用于软硬交替地层、复合过渡地层，并具有双重掘进模式、多重出渣方式、灵活支护方式的隧道工程施工装备。

背景技术

在具有世界地质博物馆之称的中国，地层工程、水文地质复杂，对于许多地下市政工程，施工区间以一种地质为主，同时存在其它过渡地层及复杂地层的地质。盾构法施工因具有对周围环境影响小、施工速度快、工程质量优良、施工安全环保、地质适应性广等优点，成为城市地下工程建设中首选施工方式。盾构机的地质适应性、整机性能是盾构隧道施工成败的关键。

地下市政工程盾构及TBM应用技术大致可以分为三种地层，以上海、郑州等为主要代表的软弱地层；以北京、广州、成都等为代表的沙层、砂卵石及风化岩等软硬不均地层；以重庆、大连、青岛等为代表的砂岩、板岩、花岗岩等硬岩地层。EPB盾构在软岩地质中施工优势明显，造价低廉，但设备对于超强硬岩地质需要特殊设计。TBM在地质单一的硬岩地层中掘进效率占居优势，但设备总长过长，工筹难度大，造价昂贵、应用于市政地下工程优势难以充分发挥。TBM通用缺点为遇到不良地质或软、硬岩交替地层，施工难度及风险急剧增大。

具有多重开挖模式、出渣方式及灵活支护模式功能的复合式TBM是今后地下市政工程施工装备发展方向。针对国内市政地下工程地质中可能存在软岩、硬岩、过渡复合地层工程地质工况，并能够根据具体特定地层选用合适的支护方式的隧道施工装备，具有越来越广泛的应用前景。传统的只具有相对单一地层适应性及单一洞壁支护方式的EPB盾构及TBM已不能满足复杂地层现代施工要求。提供一种既能在软弱地层或围岩较差地层中掘进又兼具有硬岩掘进机功能，特别是适用于市政地下工程项目的隧道施工装备，在地层地质变化时转换掘进模式及支护模式，使一台设备具有更广泛的地质适应性，并具有灵活的支护模式，同时配套施工干扰小，能有效降低工程风险，是隧道掘进机设计及施工中的一大难题，也是制约隧道掘进机使用范围的重要原因。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明公开一种既能适用于软土、软岩、硬岩等相对单一地层，同时兼具有适用于软硬交替地层、复合过渡地层，具体为淤泥、粘土、砂土、沙砾、风化岩、硬岩以及复合过渡地层的混合式TBM隧道施工装备。本发明可以根据不同地层地质情况及施工隧道支护要求可以采用土压平衡模式、盾构敞开模式、TBM模式三种模式施工；同时可根据地层及施工要求采用两种出渣方式：螺旋输送机出渣和主机皮带机出渣方式；并可根据实际情况采取两种洞壁支护方式：管片衬砌支护方式及灵活的后期支护方式。设备具有很强的地质适应性，尤其适用于市政地下工程软、硬、复合地层施工，同时整机造价低廉，对配套施工干扰小、控制方便，设备造价低廉、经济实用，满足灵活支护施工功能需求。

所述的具有多重掘进模式的混合式TBM，包括刀盘1，以及与刀盘连接的驱动系统4，支撑驱动系统4与刀盘1的前盾2、与前盾2连接的中盾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，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、主机皮带机一段22、主机皮带机二段28。

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掘进模式三种施工模式，三种施工模式相互转换，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12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；具体为：

(1)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；