[发明专利]一种适用于复合地层的硬岩复合式TBM及其掘进模式

权利要求书

1.一种适用于复合地层的硬岩复合式TBM，包括位于盾体最前面的刀盘 (1)，与刀盘(1)连接的前盾(2)，以及与前盾(2)连接的中盾(6)，与中 盾(6)连接的尾盾(8)，其特征在于：所述的刀盘(1)为复合式刀盘，包括刀 盘钢结构(20)，在刀盘钢结构(20)上焊接有耐磨面板(21)以及保径刀(24) 及位于保径刀(24)旁边的刀盘外围耐磨块(25)，耐磨面板(21)上设置有滚 刀(22)、边刮刀(23)和刮刀(28)，滚刀(22)周围设置有滚刀保护块(27)， 满足刀盘双向旋转开挖的边刮刀(23)和刮刀(28)；刀盘(1)背部设置有前 盾搅拌棒(33)，刀盘(1)前部和后部布置有渣土改良端端口。

2.根据权利要求1所述的一种适用于复合地层的硬岩复合式TBM，其特征 在于：所述的改良端口为刀盘泡沫口(26)、膨润土口(29)、喷水口(36)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于复合地层的硬岩复合式TBM，其特征 在于：所述的前盾(2)的前盾壳体(30)上设置有位于左上方与右上方的稳定 器(3)，以及位于左下方与右下方的两组共计四个前盾摆动缸(31)；与前盾壳 体(30)连接的隔板上还设置有超前注浆口、螺旋机前闸门(32)、膨润土(34)、 超前钻机预留口(35)、喷水口(36)、泡沫口(37)、有工业空气口(38)、土 压传感器(39)、前盾搅拌棒(33)，前盾搅拌棒(33)上加焊条网状耐磨焊条。

4.根据权利要求1所述的一种适用于复合地层的硬岩复合式TBM，其特征 在于：所述的中盾(6)的中盾壳体(40)内布置有推进油缸(41)，在推进油 缸(41)的连接处间设置有超前注浆管(42)，以及位于左下方与右下方的两组 共计四个的中盾摆动缸(15)。

5.根据权利要求1所述的一种适用于复合地层的硬岩复合式TBM，其特征 在于：所述的前盾(1)为锥形状，并在前部与刀盘1之间焊有切口耐磨层(19)。

6.根据权利要求1所述的一种适用于复合地层的硬岩复合式TBM，其特征 在于：所述尾盾(8)内还设置有管片拼装机(10)，以及与管片拼装机(10) 连接的超前钻机(9)。

7.如权利要求1所述的所述的一种适用于复合地层的硬岩复合式TBM，其 包括土压平衡掘进模式与敞开掘进模式，两种模式掘进共有特征为：掘进过程 中，以前盾(2)、中盾(6)作为驱动系统(4)及复合式刀盘(1)的支撑，由 推进系统(7)为整机掘进提供推力，并由驱动系统(4)带动复合式刀盘(1) 回转开挖掘进；能适应复合式刀盘(1)的中心回转接头(18)，设置有各自独 立的膨润土及泡沫通道，可同时向刀盘(1)前面注入膨润土和泡沫，在第一空 间内对切削的碴土进行搅拌获得较好的混合效果；经过改良的渣土通过复合式 刀盘(1)进入前盾(2)土压仓，在通过螺旋输送机(12)输送至皮带输送机 (13)，然后经皮带输送机(13)输送至后配套拖车，然后由编组列车或者连续 皮带机运出洞外；主机由推经系统(7)协调控制提供推进力向前推进，并通过 多组铰接油缸(14)拖拉尾盾(8)向前掘进；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，推进系统(7)循环换步向前推进，最终形成由环 形管片衬砌的隧道。

8.根据权利要求7所述的土压平衡掘进模式，其特征在于：盾构在推进系 统(7)向前推进掘进的过程中，复合式刀盘(1)开挖下来的渣土充满前盾(2) 土压仓，同时控制螺旋输送机(12)的出渣速率，必要时通过前盾(2)隔板上 的工业空气口(38)使土压仓内保持一定气压，最终达到土仓内的渣土产生的 土压力及空气压力平衡刀盘掌子面水土压力；在此中掘进模式下，稳定器(3)、 前盾摆动缸(31)、中盾摆动缸(15)收回不予工作，超前钻机(9)可暂不安 装；土压平衡模式掘进根据需要建立部分气压时利用设置在前盾(2)隔板上的 工业空气口(38)建立部分气压，与土压一起平衡掌子面水土压力。

9.根据权利要求7所述的敞开掘进模式，其特征在于：由推进系统(7)提 供推力，由驱动系统(4)带动复合式刀盘(1)切削掌子面岩土，掉落下来的 岩土进入前盾(2)土仓，经螺旋输送机(12)排出；掘进过程中布置在前盾(2) 左上、右上的油缸伸靴式稳定器(3)，掘进时伸出支撑在径向开挖面上随主机 向前移动；稳定器(3)与盾体底部与开挖面的接触点一起形成三角形支撑结构， 伸靴的油缸吸收主机传来的振动；

敞开式掘进模式可以使用主机辅助调向及纠偏装置，具体为在前盾(2)左 下、右下梁方位布置两组共四个摆动缸(31)，与中盾(6)中下部设置的两组 共4个中盾摆动缸(15)，为主机摆动提供支撑点及摆动力，每组伸靴可提供260t 的支撑及摆动力，同时可以协助主机的转向与纠偏；在敞开式掘进中；在尾盾 (8)壳体外设置膨润土注入系统，在掘进过程中起到润滑尾盾与岩土作用，； 可临时在管片拼装机(10)部位布置超前钻机(9)，前盾(2)隔板上的超前钻 机预留口35进行平行与隧道中轴线方向地质勘测。