[发明专利]实现卡机脱困的组合式TBM及卡机脱困掘进方法

说明书

一种实现卡机脱困的组合式TBM及卡机脱困掘进方法，涉及隧道及地下工程施工领域。实现卡机脱困的组合式TBM包括拖车，掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，扩挖TBM包围在超前TBM外侧，拖车可将掘进的超前TBM拽回，该实现卡机脱困的组合式TBM实现超前TBM与扩挖TBM组合开挖形式，提高了TBM深部地下洞室开挖的灵活性及安全性，且有利于极端条件下的TBM脱困，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。卡机脱困掘进方法的超前TBM开挖超前导洞，能有效降低扩挖TBM正洞开挖遭遇卡机风险，超前TBM卡机人工脱困和自主脱困方法，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程施工领域，具体而言，涉及一种实现卡机脱困的组合式TBM(Tunnel Boring Machine，全断面隧道掘进机)及卡机脱困掘进方法。

背景技术

近年来，我国隧道建设如火如荼，其中采用全断面隧道掘进机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，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。且搭载于TBM上的超前探测系统，能及时收集前方数据，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的施工与机械安全，为隧道信息化施工提供一定的地质依据。岩石在承受外界荷载的过程中，当达到一个临界的变形水平之后，在将要形成破裂面的局部区，发生强烈的变形集中，使原来均匀的或近似均匀的变形场变成极不均匀，表现为变形在不连续发展，称之为变形局部化现象。TBM对地质条件的适应性较差，在复杂地质条件下，围岩发生局部变形，常遇到断层、破碎带、溶洞、强岩爆、软弱大变形、超长、超大埋深不良地质因素，也往往会造成TBM机械被卡、被埋甚至机械报废的严重事故，不得不停止掘进而进行卡机脱困。

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，耽误工期，甚至造成机器损毁，而且目前的支护手段是否能有效防止围岩大变形、岩爆等灾害仍尚未可知。

有鉴于此，需要设计出一种能有效解决TBM在软弱、岩爆等地层施工时遭遇的卡机问题，快速脱困，提高破岩效率的TBM卡机脱困方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现卡机脱困的组合式TBM，其实现超前TBM与扩挖TBM组合开挖形式，提高了TBM深部地下洞室开挖的灵活性及安全性，且有利于极端条件下的TBM自主脱困，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。

本发明的另一目的在于提供一种卡机脱困掘进方法，超前TBM开挖超前导洞，能有效降低扩挖TBM正洞开挖遭遇卡机风险，超前TBM卡机人工脱困和超前TBM卡机自主脱困方法，有效解决围岩大变形、岩爆等造成的TBM卡机，提高破岩效率。

本发明的实施例是这样实现的：

一种实现卡机脱困的组合式TBM，其包括拖车，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，拖车可将掘进的超前TBM拽回。

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或扩挖TBM的外侧套设有封闭的可伸缩式护盾，可伸缩式护盾与对应的超前TBM或扩挖TBM之间设置有油压缸。

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；