[发明专利]一种软弱围岩敞开式TBM施工围岩加固装置及施工方法

说明书

一种软弱围岩敞开式TBM施工围岩加固装置及施工方法，该加固装置以主架体为中心、两边对称的结构，该装置的中间处设有主架体，主架体通过主架体固定法兰与TBM鞍架Ⅱ固定连接；主架体的轴端处分别通过法兰连接中间移动横梁的一端，中间移动横梁的另一端连接端部移动横梁的一端，端部移动横梁为中空结构，其中空处设有伸缩油缸，伸缩油缸的伸出部分朝向端部移动横梁的另一端，伸缩油缸的伸出部分连接端部伸缩横梁的一端，端部伸缩横梁的另一端设有弹性隔环，弹性隔环通过钢模板固定销和球窝关节连接钢模板，钢模板为垂直于水平面的且圆心朝内的半圆结构，在半圆结构的中心偏上位置设有注浆球阀和快联接头。

技术领域

本发明涉及敞开式TBM施工技术领域，特别涉及一种与TBM主机相结合的软弱围岩加固装置及其相应的施工方法。

背景技术

敞开式TBM掘进机在相对较软围岩中掘进作业时为了稳固洞壁、保证人员及设备的安全，要通过立钢拱架、打描杆、挂钢筋网、喷射混凝土等方式对开挖出来的岩壁进行同步支护，才能使TBM得以正常作业。然而当面对Ⅳ、Ⅴ类围岩的断层、破碎带，或岩壁有坍塌、岩爆等工况时，尤其是当隧洞侧壁存在坍塌或破碎状的围岩时，隧洞侧壁不足以支撑住敞开式TBM的撑靴，撑靴会出现滑移或扭转，这样TBM就失去了前向掘进所需的足够支反力而不能掘进，严重时还会损坏撑靴的关节或与其相关的结构件。

目前敞开式TBM施工过程中当遇到上述的断层或破碎带围岩，撑靴所对的侧壁围岩松散或存在塌腔时通常采取的2种通用做法是向塌腔内人工填注混凝土对围岩加固，或是采取向塌腔内垫衬木方等临时性方案。人工填注混凝土方法人员劳动作业强度高，施工效率低下，且隧洞侧壁的弧形洞面成形质量差，导致随后的TBM撑靴撑紧洞壁时的贴合度差，撑紧力低，TBM所获得的前向掘进支反力还是有限。向塌腔内垫衬木方撑靴所获取的支反力同样受限，同时木方易出现扭转，这种作业的安全性差，只适用于零星、偶发的小的断层的临时性应对方案。

当遇到上述的断层或破碎带围岩时，目前工程上还偿式的一种做法是对TBM主机进行改造，在原有TBM的主机结构上增加一套撑紧盾壳，一套撑紧油缸(通常要20余组)，一套钢管片拼装机，一套钢管片拆除机，这样当遇到大范围的长距离断层或破碎带时，通过向洞壁上拼装钢模板然后让撑紧油缸撑紧再拼装好的钢模板的侧断面上来提拱TBM的前向掘进推力使TBM向前掘进。这种方法的弊端是需要给敞开式TBM进行大规模的改造，需要向TBM的厂家订制撑紧盾壳，撑紧油缸装置，模板拼装机，模板拆除机同时还需要增加钢模板吊运系统，改造设备的投入成本高(多达数百万)，周期长，面对局部相对较短的断层或破碎带时效性和经济效益性均较差。

发明内容

发明目的：利用原有的敞开式TBM施工作业形式，不大幅增加设备成本，又能相对快速高效的解决敞开式TBM面对断层或破碎带围岩的施工掘进作业问题，提出了一种软弱围岩敞开式TBM施工围岩加固装置及其施工方法。

技术方案：一种软弱围岩敞开式TBM施工围岩加固装置，该加固装置以主架体为中心、两边对称的结构，该装置的中间处设有主架体，主架体通过主架体固定法兰与TBM鞍架Ⅱ固定连接；主架体的轴端处分别通过法兰连接中间移动横梁的一端，中间移动横梁的另一端连接端部移动横梁的一端，端部移动横梁为中空结构，其中空处设有伸缩油缸，伸缩油缸的伸出部分朝向端部移动横梁的另一端，伸缩油缸的伸出部分连接端部伸缩横梁的一端，端部伸缩横梁的另一端设有弹性隔环，弹性隔环通过钢模板固定销和球窝关节连接钢模板，钢模板为垂直于水平面的且圆心朝内的半圆结构，在半圆结构的中心偏上位置设有注浆球阀和快联接头。

主架体的框架左、右两侧面开有矩形长孔，两个中间移动横梁穿过两侧的矩形长孔横置在主架体内部，两个中间移动横梁在对应于平移导杆的位置开有孔，孔内固定有导套，平移导杆分别穿过两个固定的导套，使中间移动横梁和平移导杆间构成移动副，中间移动横梁与主架体之间通过平移油缸铰接，中间移动横梁能够在两个平移导杆上平行移动，两个中间移动横梁的两端通过中间移动横梁法兰和端部移动横梁法兰分别与端部移动横梁连接。