[发明专利]敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法

权利要求书

1.敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法，首先对敞开式TBM进行改造，敞开式TBM主要包括刀盘系统、护盾系统、主驱动系统、主梁、支撑系统、推进系统等；刀盘（1）位于TBM的最前方与掌子面岩石接触，刀盘与主驱动（2）通过高强度螺栓连接，护盾（3）位于主驱动外侧；主梁（4）前端与主驱动连接；鞍架（5）与主梁滑动连接；主推进油缸（9）的一端固定在与主驱动连接的主梁两侧；主推进油缸的另一端与主撑靴（6）连接；后支撑的框架（7）固定在主梁上，后撑靴（8）连接在液压缸上，液压缸安装在后支撑的框架上；其特征是：

刀盘改造：刀盘的中心刀座、面刀刀座未做改进；对边滚刀刀座和铲斗进行了结构改进；

改造后的刀盘上安装有铲斗（1-1）、中心刀座（1-2）、面刀刀座（1-3）、边滚刀刀座（1-4），中心刀安装在中心刀座上，面刀安装在面刀刀座上；铲斗的进渣正面铲斗（1-1-1）和弧面铲斗（1-1-2）使用常规铲刀，大圆环外周三把使用超挖铲刀（1-1-3），这些铲刀通过铲斗螺栓连接在刀盘本体上；

边滚刀刀座（1-4）的内刀座板（1-4-1）上表面开有向下延伸的刀轴安装槽和楔块安装孔，楔块安装孔远离刀轴安装槽的一面为楔面，刀轴安装槽和楔块安装孔相连通，内刀座板底部设有压块安装槽（1-4-3），压块安装槽和楔块安装孔之间连通有连接螺栓安装孔（1-4-2），压块安装槽的直径大于连接螺栓安装孔的直径，将超挖垫块（1-4-8）安装在刀轴安装槽底部，边滚刀刀轴（1-4-4）安装在超挖垫块上部，在边滚刀刀轴侧面的楔块安装孔内安装超挖楔块（1-4-5），超挖楔块设有螺栓孔，超挖楔块一侧的楔面与边滚刀刀轴的楔面相配合，超挖楔块另一侧的楔面与楔块安装孔的楔面相配合，实现对边滚刀刀轴的定位，最后连接螺杆（1-4-6）从底部穿入到超挖楔块的螺栓孔中通过螺栓限位，连接螺杆的另一端连接有压块（1-4-7），压块位于内刀座板底部的压块安装槽内，连接螺栓将超挖楔块、内刀座板和压块栓接在一起，使得边滚刀刀轴固定在边滚刀刀座内部，边滚刀安装在边滚刀刀轴上；

护盾结构改造及辅助推进系统；

改造后的双模式TBM护盾由六个分块护盾组成，它们分别为下护盾分块（3-1）、两个侧护盾分块（3-2）、两个搭接护盾分块（3-3）和一个上护盾分块（3-4）；六个护盾分块布置在主驱动周围包裹着主驱动；其中上护盾分块和下护盾分块分别位于主驱动的上部和下部，两个侧护盾分块分别位于主驱动的两侧，两个搭接护盾分块分别位于两个侧护盾分块和上护盾分块之间；

每个护盾分块都与一个导向座（3-5）通过销轴连接，所有的导向座焊接在主驱动外面板的同一圆周上，六个护盾分块彼此之间通过销轴连接构成圆形护盾（3）；

若干个辅助推进油缸（10）分别安装在各导向座上；

护盾顶部设置超前钻注一体机作业的预留孔（11）；

增设辅助支撑单元；

增设的辅助支撑单元是单护盾TBM模式掘进过程中支撑主梁、换步过程中支撑鞍架的机构，包括位于鞍架（5）下部的竖向支撑腿（12）、支腿液压缸（13）、弧形底撑靴（14）、左右辅助撑靴（15）、支撑框架（16）；

辅助支撑单元的支撑框架通过螺栓连接固定于鞍架底部，支撑框架内套接竖向支撑腿，即竖向支撑腿外表面与支撑框架内表面滑动接触，两个竖向支撑腿底部连接弧形底撑靴；两个竖向支撑腿下端通过吊耳结构与支腿液压缸一端相连，支撑框架上焊接有支腿液压缸固定座，支腿液压缸另一端与支腿液压缸固定座铰接；左右辅助撑靴（15）连接在辅助撑靴油缸（19）上，辅助撑靴油缸连接在支撑框架上；

搭载超前钻注一体机（17），所述超前钻注一体机通过固定座栓接在旋转驱动机构上与环形梁连接，环形梁通过轮箱安装在主梁两侧固定的滑行轨道上；安装多功能拼装机（18），多功能拼装机安装于主梁上，靠近主驱动的后方；

敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法包括如下步骤：

初始掘进的模式为敞开式TBM模式，在掘进一段距离实现第一阶段贯通后，在检修室内开始转场工作，对敞开式TBM进行主机及其安装、推进等系统改造，使敞开式TBM兼具单护盾TBM施工模式，并且实现自由切换；

一、敞开式TBM模式向单护盾TBM模式转换步骤：

1、在合适的转换点，启用单护盾TBM施工模式系统，主梁下方安装前部喂片机（20），前部喂片机与下护盾分块通过倒链连接，随TBM掘进进向掘进方向拖行；调试多功能拼装机（18），使其具备管片安装功能；调试辅助推进油缸（10）、弧形底撑靴（14）及其辅助撑靴（15）系统；将盾尾刷（21）与护盾通过螺栓连接或者焊接，在单护盾TBM模式掘进过程中盾尾刷在钢管片与岩壁之间随TBM向前运动；

2、在护盾尾端安装第一环钢管片（22）；主撑靴撑紧岩壁，通过主推进油缸推进，敞开式TBM模式下掘进90cm，安装第二环钢管片（23），第二环钢管片与第一环钢管片通过高强度螺栓连接；

3、安装完第二环钢管片之后停机；在第一环钢管片端部在锚杆钻机行程范围内（15-270°）通过敞开式TBM固有锚杆钻机施做锁固锚杆（24），并进行注浆，安装φ22mm锁固锚杆与第一环钢管片进行焊接固定；

4、在敞开式TBM模式下，主撑靴撑紧洞壁为主推进油缸提供推进反力，推动TBM向前掘进；在单护盾TBM支护模式下通过多功能拼装机（18）进行钢管片安装支护进行掘进；向前循环掘进，待敞开式TBM两侧主撑靴行程至第一环钢管片端部时，敞开式TBM模式停止掘进；

5、通过钢管片注浆孔（25）向钢管片与洞壁之间的空隙进行注浆，注浆材料为水泥砂浆；

6、从钢管片注浆孔向洞壁径向施做φ22mm锁固锚杆（24）；以及施做在第一环钢管片端部锚杆钻机行程范围外未做范围（14-90°）的锁固锚杆，φ22mm锁固锚杆与钢管片进行焊接固定；

7、待钢管片与洞壁之间所注浆液凝固以后，释放后配套拖拉力，敞开式TBM模式下两侧主撑靴撑紧钢管片，通过敞开式TBM模式下采用主推进油缸为TBM提供推进反力与单护盾TBM模式下辅助推进油缸撑紧钢管片端部联合推进的方式进行掘进；

8、始发掘进成功之后，可采用单护盾模式独立掘进；

掘进过程中，圆弧形底撑靴撑住底部钢管片支撑主梁后部重量，辅助撑靴撑紧钢管片侧壁，辅助推进油缸撑紧钢管片端部为TBM提供推进反力，向前掘进；待掘进90cm距离后，通过多功能拼装机安装钢管片；

掘进过程中，通过竖向支撑腿上下伸缩，实现TBM上下调向；

掘进过程中，通过支腿液压缸一侧伸出，一侧缩回实现TBM纠滚；

待一个循环完成之后，收回辅助撑靴，后支撑伸出，撑住底部钢管片支撑主梁后部重量，竖向支撑腿通过支腿液压缸缩回底部撑靴，通过主推油缸将鞍架、弧形底撑靴、辅助撑靴向主驱动方向移动，待移动到限位，竖向支撑腿通过支腿液压缸伸出底部撑靴撑紧底部钢管片，收回后支撑，辅助撑靴撑紧钢管片侧壁，辅助推进油缸撑紧钢管片端部为TBM提供推进反力，向前循环掘进；敞开式TBM施工模式向单护盾TBM模式转换成功；

二，单护盾TBM模式向敞开式TBM模式转换；

1、最后一循环掘进完成之后，通过钢管片注浆孔向钢管片与洞壁之间的空隙进行注浆（27），注浆材料为水泥砂浆；

2、待水泥砂浆固结之后，后支撑伸出，收回辅助撑靴，主撑靴撑紧钢管片，通过支腿液压缸收回竖向支撑腿、缩回弧形底部撑靴；

主撑靴撑紧钢管片，为主推进油缸提供推进反力，推动TBM向前掘进，待盾尾刷从最后一环钢管片漏出来之后，拆除盾尾刷，拆除前部喂片机；多功能拼装机转换成安装钢拱架模式，安装钢拱架（26）；

3、敞开式TBM模式掘进过程中，竖向支撑腿将弧形底部撑靴通过支腿液压缸缩回锁死一直处于收回状态；通过后支撑伸出、主撑靴缩回，通过主推进油缸向前拖动鞍架、主撑靴实现换步；单护盾TBM模式向敞开式TBM施工模式转换成功。