[发明专利]一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置及其掘进方法

权利要求书

1.一种软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，包括盾体，其特征在于，所述盾体的前端设有插入部，所述盾体的内周设有第一支架组件，所述第一支架组件上设有若干组沿掘进方向布置的可活动的挖掘机构，所述挖掘机构包括挖掘主臂，所述挖掘主臂的一端铰接有挖斗、另一端通过第一调节组件连接在所述盾体或者所述第一支架组件上，每个所述挖掘机构的下方均设置有出土机构，所述出土机构与所述第一支架组件连接并倾斜的沿掘进反方向向外延伸；所述盾体的后端连接有第二支架组件，所述第二支架组件为框架结构并在外圆周设有轴向的连接梁；所述第二支架组件周向的间隔设置有若干导向支撑组件，所述导向支撑组件分别安装在所述连接梁之间，所述导向支撑组件上设置有注浆锚杆；所述导向支撑组件后方的所述连接梁上还设有顶压组件，所述顶压组件分别将若干所述注浆锚杆倾斜的顶入所述盾体外周范围内的软弱地层中，在顶入的所述注浆锚杆内浇筑砂浆形成超前支护和/或预支护；

所述第一支架组件包括固设在所述盾体内周面上的多组平行的第一框架，所述第一框架的中部截面连接有中部支撑板，所述中部支撑板的前端设有可拆卸的耐磨板，所述耐磨板具有楔形的端部；所述中部支撑板的上方和下方分别设置有所述挖掘机构，所述出土机构也分别设置在所述中部支撑板的上方和下方；所述第二支架组件的前端固定连接在所述盾体的后端面上，所述第二支架组件上等间距的设置有所述连接梁；

所述顶压组件包括设置在相邻所述连接梁之间的旋转轴，所述旋转轴的中部设有安装座，所述安装座内设有液压缸体，所述液压缸体的端部通过法兰盘与所述安装座连接，所述液压缸体的输出端连接有顶杆，所述顶杆朝向所述导向支撑组件设置；所述液压缸体的另一端通过连接件与所述第二支架组件连接；

所述注浆锚杆为中空结构的钢结构件，所述注浆锚杆的前端部为尖锥封闭结构，所述注浆锚杆的杆体外周上设有若干通孔；所述注浆锚杆的外周上还螺旋的设有若干排渣槽，所述排渣槽错开所述通孔设置。

2.根据权利要求1所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述导向支撑组件包括设置在所述连接梁之间的若干个支撑板，所述支撑板的两端分别铰接有伸缩连接杆，所述伸缩连接杆分别与相邻的所述连接梁连接；所述支撑板上设有支撑座，所述支撑座上设有圆弧形的卡合槽，所述卡合槽内设置所述注浆锚杆；设置在靠近所述盾体一端设置的所述伸缩连接杆的伸出长度小于远离所述盾体一端设置的所述伸缩连接杆的伸出长度。

3.根据权利要求2所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述支撑座设置在所述支撑板的上方或者下方；所述支撑座包括刚性主体，所述刚性主体的中部设有半圆形凹槽，所述刚性主体上方设有弹性卡合件，所述弹性卡合件设置在所述半圆形凹槽的两侧并包裹所述注浆锚杆的外壁；所述半圆形凹槽内还嵌设有若干滚珠，所述滚珠抵接所述注浆锚杆的外壁。

4.根据权利要求1所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述旋转轴的两端分别套设在所述连接梁内并与所述连接梁之间设有轴承，至少一侧的所述连接梁上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端伸入所述连接梁内并通过相互配合的伞齿轮组件与所述旋转轴的端部连接。

5.根据权利要求1所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述插入部为截面为三角形的楔状结构，所述盾体的结构为圆筒形或者马蹄形；所述盾体通过液压推进或者履带式推进，由新能源电池为装置提供动力，所述盾体及所述第二支架组件后方的空间内还设有输送带和注浆管路，所述输送带与所述出土机构衔接，所述注浆管路沿所述第二支架组件延伸至每个所述注浆锚杆处。

6.根据权利要求1所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置，其特征在于，所述第一调节组件包括与所述挖掘主臂铰接的第一连接座，所述第一连接座与所述挖掘主臂还铰接连接有倾斜的第一液压杆；所述挖掘主臂靠近所述挖斗处还通过铰接架连接有第二液压杆，所述第二液压杆的另一端安装在所述盾体或者所述第一支架组件上；所述出土机构为履带式输送机和/或螺旋出料机，所述出土机构的前端部靠近所述挖斗设置。

7.一种具有权利要求1～6任一所述的软弱地层盾构用一体化预支护掘进装置的掘进方法，其特征在于，所述掘进方法包括如下步骤：所述盾体靠近并插入软弱地层的断面，所述挖掘机构开始挖掘，挖掘的泥土随所述出土机构运出；在挖掘的过程中，所述顶压组件将所述注浆锚杆分别或者同时打入所述盾体外周的软弱地层中，所述顶压组件缩回，通过注浆管路向所述注浆锚杆中灌注砂浆，砂浆填充所述注浆锚杆并沿所述注浆锚杆向四周扩散，砂浆凝固成型后连同所述注浆锚杆在软弱地层中形成整体支护结构；完成浇筑时补充下一组注浆锚杆，所述盾体向前移动至下一位置，重复上述过程继续打入下一组所述注浆锚杆，在开挖的过程中完成预支护操作；随着挖掘的展开和所述盾体的行进，所述第二支架组件和新补充的注浆锚杆也跟随所述盾体行进，以完成跟进支护操作。