[发明专利]组合式TBM及实现超前导洞和超前探测的掘进方法

说明书

一种组合式TBM及实现超前导洞和超前探测的掘进方法，涉及隧道及地下工程施工领域。组合式TBM包括掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，该组合式TBM实现分部开挖，提高了复杂地质条件下深部地下洞室开挖的灵活性及适应性，且操作方便，有利于极端条件下的TBM自主脱困；超前TBM开挖使围岩更充分地提前释放能量，大幅降低岩爆风险，且便于在超前TBM上布置各种岩爆预处理措施和各种超前探测手段，从而实现防治岩爆和对复杂地质条件进行超前探测的目的；超前TBM开挖形成自由面，有利于提高总体破岩效率，降低综合能耗；减小开挖造成的围岩扰动和变形破坏，有效减轻由围岩大变形造成的TBM卡机，有利于保障人机安全。

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程施工领域，具体而言，涉及一种组合式TBM(TunnelBoring Machine，全断面隧道掘进机)及实现超前导洞和超前探测的掘进方法。

背景技术

近年来，我国隧道建设如火如荼，其中采用TBM施工的比例越来越高。TBM是一种利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩掘进，从而形成整个隧道断面的新型、先进的隧道施工机械。与传统的钻爆法施工相比，TBM具有掘进效率高、成洞质量高、围岩扰动小等优点，且配合搭载于TBM上的超前探测系统，能及时收集前方数据，并通过分析数据进行地质预报及计算围岩变形等，可在一定程度上保证隧道施工与机械安全，为隧道信息化施工提供一定的地质依据。但是TBM对地质条件的适应性较差，在复杂地质条件下，常遇到断层、破碎带、溶洞、强岩爆、软弱大变形、超长、超大埋深等不良地质因素，往往会造成TBM机械被卡、被埋甚至机械报废的严重事故。

目前深部地下洞室开挖主要采用分部开挖法，工程上常采用钻爆法与TBM相结合的施工方案，而对于TBM，机械系统过于庞大，由于自身结构的限制，施工支护的灵活性较差，常造成卡机，TBM也往往被迫直接接触高强度的岩爆，而且目前的支护手段无法保证能有效承受极强岩爆，存在坍塌的风险。

有鉴于此，需要设计出一种能保证深部地下洞室开挖的灵活性及安全性，且避免由围岩大变形或坍塌造成的卡机的开挖方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式TBM，其实现超前TBM与扩挖TBM组合开挖形式，保证了深部地下洞室开挖的灵活性及安全性；且能防治岩爆，有效减轻由围岩大变形或坍塌造成的TBM卡机，有利于提高破岩效率。

本发明的另一目的在于提供一种实现超前导洞和超前探测的掘进方法，该方法实现分部开挖，降低TBM工作能耗，操作方便；通过该掘进方法开挖洞室，围岩能更充分的释放能量，减小了开挖造成的围岩扰动，有利于保障人机安全。

本发明的实施例是这样实现的：

一种组合式TBM，其包括掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，超前TBM沿组合式TBM的中轴线设置，扩挖TBM包围在超前TBM外侧，超前TBM和扩挖TBM之间预留间隙，超前TBM可沿中轴线方向移动。

在本发明较佳的实施例中，上述扩挖TBM的掘进面包围在超前TBM的掘进面的外侧，超前TBM的刀盘Ⅰ呈圆盘形，扩挖TBM的刀盘Ⅱ呈圆环形，扩挖TBM的刀盘Ⅱ包围在超前TBM的刀盘Ⅰ的外侧。

在本发明较佳的实施例中，上述超前TBM包括沿掘进方向连接设置的刀盘Ⅰ和旋转驱动Ⅰ，以及推进油缸Ⅰ，刀盘Ⅰ上安装有刀具，旋转驱动Ⅰ用于驱动刀盘Ⅰ旋转破岩，推进油缸Ⅰ用于推进刀盘Ⅰ。

在本发明较佳的实施例中，上述超前TBM还包括设置于旋转驱动Ⅰ外侧的外机架Ⅰ和设置于外机架Ⅰ后方的外机架上撑靴Ⅰ，推进油缸Ⅰ的两端分别连接外机架Ⅰ和外机架上撑靴Ⅰ。

在本发明较佳的实施例中，上述刀盘Ⅰ后设置有铲斗Ⅰ用于铲起经刀盘Ⅰ破碎的岩渣，铲斗Ⅰ下方设置有皮带运输机Ⅰ用于将岩渣输送出去。