一种TBM护盾及其使用方法与流程

本发明涉及tbm施工，特别是一种tbm护盾及其使用方法。

背景技术：

1、目前，对于采用敞开式tbm施工隧道而言，其护盾采用可伸缩设计，在出现隧道变形等工况时，可采用收缩护盾通过变形段，具备一定防卡功能。但是在破碎带或是大变形条件下，围岩收敛变形速度过快，在围岩收敛量超过护盾可伸缩量时，就会造成隧道周边岩层压力全部压在护盾上，当护盾与围岩之间摩擦力超过tbm的推进力时，tbm护盾就会被变形岩层抱死卡住，只能停机进行处理。受隧道上方岩层自重应力影响，隧道拱部变形速率较两侧变形更为明显，一般先期出现卡机主要是拱部被卡，随着时间延长，就会造成两侧变形过大卡住护盾，时间越久，卡机处理难度越大。在卡机现象出现后，受tbm设备占据空间影响，无法采用大型机械设备进行盾体上方岩体的清理，只能采用人工进行处理，不但处理时间长，而且效率较低。

2、目前，防止tbm卡机的主要手段是采用刀盘扩挖的方法，通过安装扩挖刀，将隧道开挖直径扩大一定数值，人为增加围岩的卡机允许变形范围，为后续护盾通过争取时间。但是，该方法扩挖深度有限(一般在5cm左右)；并且，由于隧道扩挖为全断面扩挖，造成坐落在隧道底拱面上的tbm底护盾位置相较设计位置同样下降了同一数值，随着tbm继续向前掘进，tbm掘进断面将会越来越低，需要不断进行tbm姿态调整，防止tbm栽头，tbm掘进线型控制难度将成倍增加。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供使其在遇到大变形、岩爆等不良地质情况下，可降低围岩和护盾之间摩擦力，使tbm具备前后移动的能力，降低tbm卡机事故的发生的tbm护盾及其使用方法。

2、本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种tbm护盾，包括刀盘，在所述刀盘后端设置有主驱动，在所述主驱动上设置有顶护盾，在所述顶护盾上水平设置有顶护盾翼缘板，在所述顶护盾翼缘板上且环绕顶护盾翼缘板设置有链板机构。

3、其中，所述链板机构包括设置在顶护盾翼缘板两端的前齿轮和后齿轮，所述前齿轮和后齿轮分别通过销轴a和销轴b与顶护盾翼缘板两端铰接；在所述前齿轮和后齿轮上套设有由多组链板单元构成的链板组；在所述后齿轮的侧边设置有用于驱动后齿轮转动的液压马达。

4、进一步描述，所述链板单元包括链板和链板节，所述链板设置在链板节上表面，在所述链板下端面中心设置有链节b，在所述链节b的两侧且对称设置有链节a；在所述链板节的前后侧均设置有销轴孔，所述相邻链板节通过穿过销轴孔的销轴c连接。

5、在本发明中，所述顶护盾翼缘板包括由钢板焊接的框架，在所述框架内水平设置有将框架内腔分隔为上层隔仓和下层隔仓的支架；在所述支架上端面设置有间隔设置有隔架，所述隔架将上层隔仓分隔为多个小隔仓，在所述小隔仓内设置有支撑滚轮；在所述支撑滚轮的表面上设置有凹槽，所述凹槽分别与链节a和链节b配合。

6、为了便于对岩面进行挖掘，在所述链板的上端面且位于其两端设置有截齿。

7、为了使得链板张紧，在所述后齿轮与顶护盾翼缘板之间设置有张紧机构。

8、其中，所述张紧机构包括伸缩支架，所述伸缩支架一端与框架连接，另一端与销轴b连接。

9、在本发明中，其使用具有两种方法：

10、一种tbm护盾使用方法，所述方法包括如下步骤：

11、s1：根据设计资料、超前地质预报成果综合判识前方卡机风险，在卡机风险较高时停机，启用该护盾结构；

12、s2：组装链板机构；

13、s3：使用牵引绳将组装好的链板结构安装到护盾上，通过张紧机构使链板结构平顺展开；

14、s4：顶升护盾，使链板结构撑紧隧道岩面；

15、s5：tbm向前掘进，链板结构同步滚动向后移动；

16、s6：围岩出露护盾后立即施做支护；

17、s7：tbm通过卡机风险段，拆除链板结构，恢复正常掘进状态。

18、一种tbm护盾使用方法，所述方法包括如下步骤：

19、s1：根据设计资料、超前地质预报成果综合判识前方围岩变形卡机风险，在卡机风险较高时停机启用该护盾结构；

20、s2：组装带有截齿的链板机构；

21、s3：使用牵引绳将组装好的链齿结构安装到护盾上，通过张紧装置使链齿结构平顺展开。

22、s4：顶升护盾，使链齿结构靠近收敛岩面；

23、s5：启动液压马达驱动带链齿的链板转动，扩挖岩层，将隧道断面扩挖至要求位置；

24、s6：tbm继续向前掘进，围岩出露护盾后立即施做支护；

25、s6：循环s4-s6，直至tbm通过卡机风险段，拆除链齿结构，恢复正常掘进状态。

26、由于采用了上述技术方案，本发明具有的结构设计巧妙、使用可靠、成本低廉的优点，采用它能够使其在遇到大变形、岩爆等不良地质情况下，可降低围岩和护盾之间摩擦力，使tbm具备前后移动的能力，降低tbm卡机事故的发生；同时，还能通过截齿扩挖岩层，确保tbm顺利通过变形段。

技术特征：

1.一种tbm护盾，包括刀盘(1)，在所述刀盘(1)后端设置有主驱动(2)，在所述主驱动(2)上设置有顶护盾(3)，其特征是：在所述顶护盾(3)上水平设置有顶护盾翼缘板(4)，在所述顶护盾翼缘板(4)上且环绕顶护盾翼缘板(4)设置有链板机构。

2.如权利要求1所述的tbm护盾，其特征是：所述链板机构包括设置在顶护盾翼缘板(4)两端的前齿轮(5)和后齿轮(6)，所述前齿轮(5)和后齿轮(6)分别通过销轴a(7)和销轴b(8)与顶护盾翼缘板(4)两端铰接；在所述前齿轮(5)和后齿轮(6)上套设有由多组链板单元构成的链板组；在所述后齿轮(6)的侧边设置有用于驱动后齿轮(6)转动的液压马达(9)。

3.如权利要求2所述的tbm护盾，其特征是：所述链板单元包括链板(10)和链板节(11)，所述链板(10)设置在链板节(11)上表面，在所述链板(10)下端面中心设置有链节b(12)，在所述链节b(12)的两侧且对称设置有链节a(13)；在所述链板节(11)的前后侧均设置有销轴孔(14)，所述相邻链板节(11)通过穿过销轴孔(14)的销轴c(15)连接。

4.如权利要求3所述的tbm护盾，其特征是：所述顶护盾翼缘板(4)包括由钢板焊接的框架，在所述框架内水平设置有将框架内腔分隔为上层隔仓(16)和下层隔仓(17)的支架(18)；在所述支架(18)上端面设置有隔架(19)，所述隔架(19)将上层隔仓分隔为多个小隔仓(20)，在所述小隔仓(20)内设置有支撑滚轮(21)；在所述支撑滚轮(21)的表面上设置有凹槽(22)，所述凹槽(22)分别与链节a(13)和链节b(12)配合。

5.如权利要求4所述的tbm护盾，其特征是：在所述链板(10)的上端面且位于其两端设置有截齿(23)。

6.如权利要求5所述的tbm护盾，其特征是：在所述后齿轮(6)与顶护盾翼缘板(4)之间设置有张紧机构。

7.如权利要求6所述的tbm护盾，其特征是：所述张紧机构包括伸缩支架(25)，所述伸缩支架(25)一端与框架连接，另一端与销轴b(8)连接。

8.一种tbm护盾使用方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：

9.一种tbm护盾使用方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种TBM护盾，包括刀盘(1)，在所述刀盘(1)后端设置有主驱动(2)，在所述主驱动(2)上设置有顶护盾(3)，在所述顶护盾(3)上水平设置有顶护盾翼缘板(4)，在所述顶护盾翼缘板(4)上且环绕顶护盾翼缘板(4)设置有链板机构。本发明具有的结构设计巧妙、使用可靠、成本低廉的优点，采用它能够使其在遇到大变形、岩爆等不良地质情况下，可降低围岩和护盾之间摩擦力，使TBM具备前后移动的能力，降低TBM卡机事故的发生；同时，还能通过截齿扩挖岩层，确保TBM顺利通过变形段。技术研发人员：薛永庆,杨国清,刘双丽,沈照涛,李铁锋,万飞,李立民,李玉波,赵士强,张海旺,苏成,蒋继远,贾柱,冯江波,崔显廷,程建雄,伏子涵受保护的技术使用者：中铁十八局集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/23