[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

说明书

敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法涉及TBM施工方法。主要为解决目前敞开式TBM掘进过程中遇到软弱围岩无法掘进等问题而发明的。在转换点用单护盾施工模式，安装钢管片；钢管片端部施做锁固锚杆并注浆；在敞开式模式下掘进，在单护盾模式下进行钢管片支护，向前掘进，待两侧撑靴行至钢管片端部时停止掘进；钢管片背后注浆；施做锚杆；浆液凝固后，敞开式模式下撑靴撑紧管片，敞开式模式下采用推进油缸推进与单护盾模式下辅助推进油缸撑紧钢管片联合推进；始发掘进成功之后，采用单护盾模式掘进；在转换点启用单护盾模式，拆卸管片运输设备；在敞开式模式下施工。优点是能快速的将敞开式TBM与单护盾TBM进行切换。

技术领域：

本发明涉及TBM施工方法，具体是涉及一种敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工的方法。

背景技术：

TBM是全断面硬岩掘进机的简称，是隧道开挖的专用设备，在山岭隧道及城市地铁的建设中发挥着重要作用。根据TBM工作原理和结构形式，TBM包括护盾式TBM和敞开式TBM。

敞开式TBM作为现代硬岩隧道施工设备及其地下工程项目建设最为普遍的施工方法，适应于开挖围岩较完整，有较好自稳性的围岩地层，特别是在硬岩、中硬岩掘进中。撑靴通过撑紧岩壁为刀盘提供推进力反力，强大的支撑系统能够充分发挥出优势。机械化程度高、施工安全风险低、掘进速度快、掘进控制灵活简单、施工环境影响较小等优点而被广泛的应用于水利工程、公路工程、铁路工程等工程领域中。但是当敞开式TBM在掘进过程中遇到长距离软弱围岩、断层破碎带时，围岩稳定性差，撑靴无法撑紧，甚至围岩在撑靴撑紧处坍塌，撑靴与洞壁的最大静摩擦力不足以抵抗主推进油缸带来的推进反力，此时TBM无法实现正常掘进。传统处理方法是先停机，然后采用人工对塌陷不稳定区域进行回填注浆或模筑加工后使围岩稳定后再撑紧掘进，因此无法实现连续掘进，严重时还会造成卡机，严重影响掘进效率。

单护盾TBM采用管片进行支护，其掘进原理是护盾内推进油缸撑紧钢管片端部提供单护盾TBM推进反力，避免了直接接触围岩，而且护盾之外裸露围岩在施工过程中实现了及时封闭，施工质量好、安全效果好。但单护盾TBM是通过撑紧钢管片端部提供单护盾TBM推进反力，因此在长距离隧洞施工围岩整体性完整、抗压强度较高的情况下会由于安装管片造成TBM不能连续掘进，掘进速度较敞开式TBM慢，而且此时钢管片的支护会造成成本上升，过度支护，代价太高。

如能发明一种结合敞开式TBM和单护盾TBM的优势，实现敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换的施工方法，是TBM工程施工领域的重点。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于深埋长隧洞、超特长隧洞下硬岩地质，以及敞开式TBM施工困难的及软岩、断裂带等不良地质的敞开式与单护盾双模式TBM洞内快速转换施工方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的；

首先对敞开式TBM进行改造，敞开式TBM为可从市场购得的现有设备，其主要包括刀盘系统、护盾系统、主驱动系统、主梁、支撑系统、推进系统等。它们的位置关系大致如下：刀盘位于TBM的最前方与掌子面岩石接触，刀盘与主驱动通过高强度螺栓连接。护盾位于主驱动外侧；主梁前端与主驱动连接；鞍架与主梁滑动连接；主推进油缸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连接。后支撑的框架固定在主梁上，后撑靴连接在液压缸上，液压缸安装在后支撑的框架上。

具体改造内容为：

1，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、中心刀座、面刀刀座、边滚刀刀座，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和弧面铲斗使用常规铲刀，大圆环外周三把使用超挖铲刀，这些铲刀通过铲斗螺栓连接在刀盘本体上，实现超挖半径达到R50mm。