单护盾TBM平面滑行步进装置及其步进方法

摘要

本发明公开了一种单护盾TBM平面滑行步进装置，包括设置在混凝土底板上的座板、防盾体扭转卡块及与TBM盾体连接的举升机构；举升机构设置于座板左右两侧且与盾体焊接连接；座板上放置有TBM刀盘与盾体，同时与盾体内的推进液压缸活动连接。本发明利用TBM自设的推进液压缸，在推进液压缸的作用下，带动TBM向前步进，结构简单、成本低、步进可靠快速，在推进液压缸作用下，TBM盾体摩擦向前步进实现TBM步进前移；本步进装置不用导轮和导向槽实现导向功能，节约了TBM步进成本。基于“液压差”原理，实现调向功能，且导向灵活，可在隧道断面中线变化的情况下自由调向步进。本发明步进装置拆卸方便、技术可靠、步进速度快，能在较短工期内完成长距离步进；本发明适用于单护盾TBM步进，特别适用于重量大的大直径单护盾TBM步进。

权利要求

1.单护盾TBM平面滑行步进装置的步进方法，其特征在于，包括以下步骤：

步进装置的安装

1)TBM组装前，确定刀盘、盾体安装区域，主要是盾体中线的确定，在此区域的混凝土底板(6)上安装座板(1)；

2)将TBM刀盘、盾体放置在座板(1)上，先放置中盾；

3)在距座板外边缘水平50mm的盾体上划线，将防盾体扭转卡块(3)焊接到盾体上；

4)确定举升机构(2)的放置位置，再分别按由下到上的顺序放置下托架(202)、举升液压缸(204)和导向柱(206)；

5)在盾体上划线，确定上托架(201)的焊接安装位置，焊接完毕后，将举升液压缸(204)和回拉液压缸(205)安装在上托架(201)和下托架(202)之间；

6)液压管路连接；

7)将推进液压缸(4)的活塞杆伸出至推进液压缸底座(102)，将推进液压缸靴板(401)嵌装在推进液压缸靴板嵌装卡块(103)内，使推进液压缸靴板(401)可在推进液压缸靴板嵌装卡块(103)的卡槽内上下移动；

步进方法

1)收缩所述举升液压缸(204)和回拉液压缸(205)，使下托架(202)提起，与地面脱离有一定间隙；

2)液压动力站为四根推进液压缸(4)加压，推动TBM在座板(1)上与两块平行的凸起耐磨钢板(1001)摩擦前移，此时，举升液压缸(204)、回拉液压缸(205)以及上托架(201)和下托架(202)随TBM一起前移；

3)当推进液压缸(4)推进达到一个行程后，举升液压缸(204)和回拉液压缸(205)加压，使其活塞杆伸出，下托架(202)下移，接触地面，将TBM盾体前部(5)与座板(1)分离，并产生一定间隙；此时，四根推进液压缸(4)的中间两根推进液压缸的推进液压缸靴板(401)在推进液压缸底座(102)上的推进液压缸靴板嵌装卡块(103)内上移；

4)步进装置所使用的中间两根推进液压缸(4)收缩，带动座板(1)前行，完成换步；

5)当推进液压缸(4)收缩达到一个行程后，步进装置的举升液压缸(204)和回拉液压缸(205)泄压，使其活塞收缩，将TBM盾体前部(5)的重量压在座板(1)上，进入下一个步进推进循环。

2.如权利要求1所述的单护盾TBM平面滑行步进装置的步进方法使用的所述步进装置，其特征在于：包括设置在混凝土底板(6)上的座板(1)、防盾体扭转卡块(3)及与TBM盾 体连接的举升机构(2)；所述举升机构(2)设置于座板1左右两侧且与盾体焊接连接；所述座板(1)上放置有TBM刀盘与盾体，同时与盾体内的推进液压缸(4)活动连接；所述举升机构(2)包括上托架(201)、下托架(202)，以及设于上托架(201)与下托架(202)之间的举升液压缸(204)、回拉液压缸205和导向柱(203)；所述上托架(201)位于座板(1)两侧，分别对称与TBM盾体前部(5)左右两侧焊接连接；所述的举升液压缸(204)放置在下托架(202)上的举升液压缸固定环(2021)内，其活塞杆与上托架(201)螺栓连接；所述的回拉液压缸(205)与托架(201)和下托架(202)之间分别采用销耳连接。

3.根据权利要求2所述的步进装置，其特征在于：所述座板(1)包括两块对称安装的平板(101)和一块推进液压缸底座(102)；所述的平板(101)与推进液压缸底座(102)之间采用螺栓连接；所述的两块对称平板(101)上面分别固定有两块平行的凸起耐磨钢板(1001)。

4.根据权利要求2所述的步进装置，其特征在于：所述的推进液压缸(4)为TBM自设四个液压缸，安装在TBM盾体底部，其中间两个推进液压缸(4)的推进液压缸靴板(401)嵌装于推进液压缸底座(102)上的两组推进液压缸靴板嵌装固定卡块(103)内。

5.根据权利要求2所述的行步进装置，其特征在于：所述防盾体扭转卡块(3)分别对称焊接在TBM盾体两侧，位于上托架(201)与座板(1)中间。

说明书

单护盾TBM平面滑行步进装置及其步进方法

技术领域

[0001] 本发明涉及全断面岩石隧道掘进机设计及施工领域，具体为一种单护盾TBM平面滑行步进装置及其步进方法。

背景技术

[0002] TBM（Tunnel Boring Machine），中文名称，全断面岩石隧道掘进机，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国水利、水电、交通、矿山、市政等隧道工程中应用正在迅猛增长。

[0003] 在施工过程中，TBM组装完毕后都需要向前步进到始发掌子面才能开始掘进，另外前一段隧道掘进贯通后也需步进转移下一隧道段掘进，这都需要步进装置来实现。传统的盾构机步进采用一种滚动式步进装置，对大直径TBM而言，由于重量过大，有限的滚动轨道难以支撑实现步进，且结构复杂、安装成本高；现有技术中，对于大直径TBM步进的方法就是，步进隧道段需要开挖并用混凝土浇筑弧形座板，TBM在弧形座板上推进滑行，该方法开挖和回填量大、成本高、工期长；步进方法就是，利用支撑件实现换步功能，步进隧道需要开挖并用混凝土浇筑导向槽，借助步进座板安装导向轮，以此实现准确转移到下一隧道段掘进，该方法同样需要开挖和回填、导向单一、成本高、工期长。

[0004] 因此，提供一种结构简单，施工成本低廉，施工工期短，且TBM步进快速，并且调向灵活的步进装置及其步进方法，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

[0005] 为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种结构简单，施工成本低廉，施工工期短，且TBM步进快速，并且调向灵活的单护盾TBM平面滑行步进装置及其步进方法。

[0006] 本发明的目的是这样实现的：

[0007] 一种单护盾TBM平面滑行步进装置，包括设置在混凝土底板6上的座板1、防盾体扭转卡块3及与TBM盾体连接的举升机构2；所述举升机构2设置于座板1左右两侧且与盾体焊接连接；所述座板上放置有TBM刀盘与盾体，同时与盾体内的推进液压缸4活动连接；

[0008] 所述座板1包括两块对称安装的平板101和一块推进液压缸底座102；所述的平板101与推进液压缸底座102之间采用螺栓连接；所述的两块对称平板101上面分别固定有两块平行的凸起耐磨钢板1001；

[0009] 所述举升机构2包括上托架201、下托架202以及设于上托架201与下托架202之间的举升液压缸204、回拉液压缸205和导向柱203；所述上托架201位于座板1两侧，分别对称与TBM盾体前部5左右两侧焊接连接；所述的举升液压缸204放置在下托架202上的举升液压缸固定环2021内，其活塞杆与上托架201螺栓连接；所述的回拉液压缸205与托架201和下托架202之间分别采用销耳连接；

[0010] 所述的推进液压缸4为TBM自设四个液压缸，安装在TBM盾体底部，其中间两个推进液压缸4的推进液压缸靴板401嵌装于推进液压缸底座102上的两组推进液压缸靴板嵌装固定卡块103内；

[0011] 所述防盾体扭转卡块3分别对称焊接在TBM盾体两侧，位于上托架201与座板1中间。

[0012] 所述的单护盾TBM平面滑行步进装置的步进方法，包括以下步骤：

[0013] 步进装置的安装

[0014] 1）TBM组装前，确定刀盘、盾体安装区域，主要是盾体中线的确定，在此区域的混凝土底板6上安装座板1；

[0015] 2）将TBM刀盘、盾体放置在座板1上，先放置中盾；

[0016] 3）在距座板外边缘水平50mm的盾体上划线，将防盾体扭转卡块3焊接到盾体上；

[0017] 4）确定举升机构2的放置位置，再分别按由下到上的顺序放置下托架202、举升液压缸204和导向柱206；

[0018] 5）在盾体上划线，确定上托架201的焊接安装位置，焊接完毕后，将举升液压缸204和回拉液压缸205安装在上托架201和下托架202之间；

[0019] 6）液压管路连接；

[0020] 7）将推进液压缸4的活塞杆伸出至推进液压缸底座102，将推进液压缸靴板401嵌装在推进液压缸靴板嵌装卡块103内，使推进液压缸靴板401可在推进液压缸靴板嵌装卡块103的卡槽内上下移动；

[0021] 步进方法

[0022] 1）收缩所述举升液压缸204和回拉液压缸205，使下托架202提起，与地面脱离有一定间隙；

[0023] 2）液压动力站为四根推进液压缸4加压，推动TBM在座板1上与两块平行的凸起耐磨钢板1001摩擦前移，此时，举升液压缸204、回拉液压缸205以及上托架201和下托架202随TBM一起前移；

[0024] 3）当推进液压缸4推进达到一个行程后，举升液压缸204和回拉液压缸205加压，使其活塞杆伸出，下托架202下移，接触地面，将TBM盾体前部5与座板1分离，并产生一定间隙；此时，四根推进液压缸4的中间两根推进液压缸的推进液压缸靴板401在推进液压缸底座
102上的推进液压缸靴板嵌装卡块103内上移。

[0025] 4）步进装置所使用的中间两根推进液压缸4收缩，带动座板1前行，完成换步；

[0026] 5）当推进液压缸4收缩达到一个行程后，步进装置的举升液压缸204和回拉液压缸205泄压，使其活塞收缩，将TBM盾体前部5的重量压在座板1上，进入下一个步进推进循环。

[0027] 积极有益效果：本发明设置了座板以及上托架和下托架，利用TBM自设的推进液压缸，在推进液压缸的作用下，带动TBM向前步进，结构简单、成本低、步进可靠快速，利用TBM盾体与步进装置座板两侧的凸起耐磨钢板，在推进液压缸作用下，TBM盾体摩擦向前步进实现TBM步进前移；本步进装置不用导轮和导向槽实现导向功能，节约了TBM步进成本。基于“液压差”原理，即，通过调节TBM自设4根推进液压缸的外侧两根的液压压力差，从而达到调节活塞杆行程的效果，进而调节步进装置座板前移方向，实现调向功能，且导向灵活，可在隧道断面中线变化的情况下自由调向步进。实际应用证明，本发明可实现TBM通过转弯半径为50米的隧道；本发明操作方式有两种：本地控制操作和无线操作，即，通过TBM本地控制盒按钮操作步进和手持式遥控器按钮操作；本发明设置了防盾体扭转卡块，实现了在TBM步进过程中，盾体因振动而产生的扭转现象；本步进装置作业环境为混凝土平整底板，无需施作导向槽、预埋钢轨等；本发明步进装置拆卸方便、技术可靠、步进速度快，能在较短工期内完成长距离步进；本发明适用于单护盾TBM步进，特别适用于重量大的大直径单护盾TBM步进。

附图说明

[0028] 图1为本发明的主视结构示意图；

[0029] 图2为本发明的后视结构示意图；

[0030] 图3为本发明的侧视结构示意图；

[0031] 图4为本发明的底板侧视结构示意图；

[0032] 图5为本发明的底板俯视结构示意图；

[0033] 图6为本发明的底板主视结构示意图；

[0034] 图7为本发明的举升机构主视结构示意图；

[0035] 图8为本发明的举升机构侧视结构示意图；

[0036] 图9为本发明的使用状态结构示意图；

[0037] 图中为：座板1、平板101、凸起耐磨钢板1001、推进液压缸底座102、推进液压缸靴板嵌装固定卡块103、举升机构2、上托架201、下托架202、举升液压缸固定环2021、导向柱203、举升液压缸204、回拉液压缸205、防盾体扭转卡块3、推进液压缸4、推进液压缸靴板
401、TBM盾体前部5、混凝土底板6。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图，对本发明做进一步的说明：

[0039] 如图1、图2所示，一种单护盾TBM平面滑行步进装置，包括设置在混凝土底板6上的座板1、防盾体扭转卡块3及与TBM盾体连接的举升机构2；所述举升机构2设置于座板1左右两侧且与盾体焊接连接；所述座板上放置有TBM刀盘与盾体，同时与盾体内的推进液压缸4活动连接；

[0040] 如图3、图4、图5、图6所示，所述座板1包括两块对称安装的平板101和一块推进液压缸底座102；所述的平板101与推进液压缸底座102之间采用螺栓连接；所述的两块对称平板101上面分别固定有两块平行的凸起耐磨钢板1001，以此支撑刀盘、盾体的重量及滑移；当TBM前部重量坐落在底板上时，推进液压缸底座提供推进反力。

[0041] 如图7、图8、图9所示，所述举升机构2包括上托架201、下托架202以及设于上托架201与下托架202之间的举升液压缸204、回拉液压缸205和导向柱203；所述上托架201位于座板1两侧，分别对称与TBM盾体前部5左右两侧焊接连接；所述的举升液压缸204放置在下托架202上的举升液压缸固定环2021内，其活塞杆与上托架201螺栓连接；所述的回拉液压缸205与托架201和下托架202之间分别采用销耳连接；

[0042] 所述的推进液压缸4为TBM自设四个液压缸，安装在TBM盾体底部，其中间两个推进液压缸4的推进液压缸靴板401嵌装于推进液压缸底座102上的两组推进液压缸靴板嵌装固定卡块103内，利用其伸缩实现TBM刀盘、盾体以及座板的前移。

[0043] 所述防盾体扭转卡块3分别对称焊接在TBM盾体两侧，位于上托架201与座板1中间。

[0044] 所述的单护盾TBM平面滑行步进装置的步进方法，包括以下步骤：

[0045] 步进装置的安装

[0046] 1）TBM组装前，确定刀盘、盾体安装区域，主要是盾体中线的确定，在此区域的混凝土底板6上安装座板1；

[0047] 2）将TBM刀盘、盾体放置在座板1上，先放置中盾；

[0048] 3）在距座板外边缘水平50mm的盾体上划线，将防盾体扭转卡块3焊接到盾体上；

[0049] 4）确定举升机构2的放置位置，再分别按由下到上的顺序放置下托架202、举升液压缸204和导向柱206；

[0050] 5）在盾体上划线，确定上托架201的焊接安装位置，焊接完毕后，将举升液压缸204和回拉液压缸205安装在上托架201和下托架202之间；

[0051] 6）液压管路连接；

[0052] 7）将推进液压缸4的活塞杆伸出至推进液压缸底座102，将推进液压缸靴板401嵌装在推进液压缸靴板嵌装卡块103内，使推进液压缸靴板401可在推进液压缸靴板嵌装卡块103的卡槽内上下移动；

[0053] 步进方法

[0054] 1）收缩所述举升液压缸204和回拉液压缸205，使下托架202提起，与地面脱离有一定间隙；

[0055] 2）液压动力站为四根推进液压缸4加压，推动TBM在座板1上与两块平行的凸起耐磨钢板1001摩擦前移，此时，举升液压缸204、回拉液压缸205以及上托架201和下托架202随TBM一起前移；

[0056] 3）当推进液压缸4推进达到一个行程后，举升液压缸204和回拉液压缸205加压，使其活塞杆伸出，下托架202下移，接触地面，将TBM盾体前部5与座板1分离，并产生一定间隙；此时，四根推进液压缸4的中间两根推进液压缸的推进液压缸靴板401在推进液压缸底座
102上的推进液压缸靴板嵌装卡块103内上移。

[0057] 4）步进装置所使用的中间两根推进液压缸4收缩，带动座板1前行，完成换步；

[0058] 5）当推进液压缸4收缩达到一个行程后，步进装置的举升液压缸204和回拉液压缸205泄压，使其活塞收缩，将TBM盾体前部5的重量压在座板1上，进入下一个步进推进循环。

[0059] 如图1所示，本发明包括座板1、举升机构2和防盾体扭转卡块3。所述举升机构2设于座板1前部两侧，所述防盾体扭转卡块3设于座板1和举升机构2同侧中间，推进液压缸4属TBM盾体前部5自设液压缸，与座板1的推进液压缸底102连接。

[0060] 两组推进液压缸靴板嵌装固定卡块103，采用螺栓连接方式，安装在推进液压缸底座102上，用于嵌装4根推进液压缸4中间两根，作用为：举升机构2承受TBM盾体前部重量时，推进液压缸4中间两根的推进液压缸靴板401能上下移动，不受剪切力；且在推进液压缸4中间两根泄压收缩时，带动座板1前移。

[0061] 如图2所示，所述座板1包括两块平板101和推进液压缸底座102，平板101上面平行设有两块凸起耐磨钢板1001，推进液压缸4上设有两组推进液压缸靴板嵌装固定卡块103；TBM底部盾体直接坐落在座板1上，直接支撑TBM前部的重量，在4根推进液压缸4的驱动下，TBM盾体直接与平板101上固定的凸起耐磨钢板1001接触，并摩擦前移。

[0062] 如图3所示，所述举升机构2包括上托架201、下托架202以及设于上托架201和下托架202之间的举升液压缸204、回拉液压缸205和导向柱206。上托架201与TBM盾体前部5左右两侧焊接连接，用于支撑TBM盾体前部5重量。举升液压缸204底部安装在下托202架已焊接的举升液压缸固定环2021内，举升液压缸204顶部与上托架201螺栓连接；回拉液压缸205设于上托架201、下托架202两段，采用销耳连接方式，主要承受下托架202、举升液压缸204以及导向柱206的重量。

[0063] 如图4所示，TBM盾体前部5重量坐落在举升机构2上，TBM盾体于座板1之间产生间隙，此时，可通过调节4根推进液压缸外侧两根的液压压力，从而调节活塞杆伸出长度，进而调节座板1的步进方向；将举升机构2中的举升液压缸204和回拉液压缸205泄压收缩，TBM盾体前部5重量坐落在座板1上，继续步进，本步进装置可实现左右调向功能。

[0064] 防盾体扭转卡块3分别对称焊接在TBM盾体两侧，位于上托架201与座板1中间，距座板1外边缘水平50mm，以防止在TBM步进过程中，TBM盾体因振动而发生扭转，增强步进装置作业中的稳定性。

[0065] 本发明设置了座板以及上托架和下托架，利用TBM自设的推进液压缸，在推进液压缸的作用下，带动TBM向前步进，结构简单、成本低、步进可靠快速，利用TBM盾体与步进装置座板两侧的凸起耐磨钢板，在推进液压缸作用下，TBM盾体摩擦向前步进实现TBM步进前移；本步进装置不用导轮和导向槽实现导向功能，节约了TBM步进成本。基于“液压差”原理，即，通过调节TBM自设4根推进液压缸的外侧两根的液压压力差，从而达到调节活塞杆行程的效果，进而调节步进装置座板前移方向，实现调向功能，且导向灵活，可在隧道断面中线变化的情况下自由调向步进。实际应用证明，本发明可实现TBM通过转弯半径为50米的隧道；本发明操作方式有两种：本地控制操作和无线操作，即，通过TBM本地控制盒按钮操作步进和手持式遥控器按钮操作；本发明设置了防盾体扭转卡块，实现了在TBM步进过程中，盾体因振动而产生的扭转现象；本步进装置作业环境为混凝土平整底板，无需施作导向槽、预埋钢轨等；本发明步进装置拆卸方便、技术可靠、步进速度快，能在较短工期内完成长距离步进；
本发明适用于单护盾TBM步进，特别适用于重量大的大直径单护盾TBM步进。

[0066] 以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。