本發(fā)明涉及全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種防卡機(jī)單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)及其防卡機(jī)方法。

背景技術(shù)：

全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)簡稱tbm，其施工具有安全、高效、自動化程度高、隧洞全斷面一次成型等特點，是目前大型機(jī)械化配套隧洞施工最先進(jìn)的設(shè)備之一，已被廣泛應(yīng)用于鐵路、市政、水利等工程建設(shè)當(dāng)中，因此對tbm設(shè)備的性能提升和優(yōu)化改造極為重要，也是優(yōu)良產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。

單護(hù)盾tbm是硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)的其中一種機(jī)型，主機(jī)主要包括刀盤、主驅(qū)動、前盾、中盾、尾盾等。與敞開式tbm相比，由于盾體和拼裝管片的保護(hù)，主機(jī)區(qū)域人工作業(yè)安全性更高；且與雙護(hù)盾tbm相比，單護(hù)盾tbm主機(jī)長度相對較短，因此卡機(jī)風(fēng)險降低。單護(hù)盾tbm具有獨特的特點和優(yōu)勢，在施工安全性和施工效率兩方面達(dá)到較好的均衡，因此在圍巖強(qiáng)度較低、完整性較差的地質(zhì)條件下成為施工方的優(yōu)先考慮對象。

但是遇到高地應(yīng)力、圍巖破碎（iv、v類圍巖）、圍巖收斂程度高、收斂速度快、巖石強(qiáng)度較低等不良地質(zhì)條件時，單護(hù)盾tbm面臨的卡機(jī)風(fēng)險增加，因此需要從施工設(shè)備出發(fā)，研制一種防卡機(jī)單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)及其防卡機(jī)方法，應(yīng)對或減緩此類風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述背景技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種防卡機(jī)單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)及其防卡機(jī)方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中單護(hù)盾tbm斷層、破碎帶等不良地層時易卡機(jī)、影響施工等技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種防卡機(jī)單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)，包括刀盤，刀盤與盾體相連接，盾體包括前盾、中盾和尾盾，前盾的前端與刀盤相連接，前盾的后端與中盾的前端相連接，中盾的后端與尾盾相連接，前盾前端設(shè)有若干可拆卸式的前盾止?jié){刷，尾盾后端的盾壁上設(shè)有若干上尾刷和若干下尾刷，上尾刷與前盾止?jié){刷相對應(yīng)，前盾和尾盾內(nèi)部的盾壁上設(shè)有若干觸變泥漿接口，觸變泥漿接口通過泥漿管和泥漿輸送泵與泥漿儲存罐體相連接。

所述前盾前端盾壁的外圓周上均勻設(shè)有前盾止?jié){刷，前盾止?jié){刷位于同一圓周面內(nèi)，尾盾后端盾壁的外圓周上均勻設(shè)有若干上尾刷，上尾刷位于同一圓周面內(nèi)，前盾止?jié){刷、上尾刷、盾體外壁與開挖洞壁共同形成腔體。

所述觸變泥漿接口與腔體相連通。

所述前盾止?jié){刷包括刷座和第一刷體，刷座包括座頭和座尾，第一刷體通過槽板與座頭固定連接，座尾通過螺栓與前盾內(nèi)壁相連接。

所述座頭上設(shè)有定位凸臺，定位凸臺與槽板相配合，座頭的前端設(shè)有耐磨層，座頭的上表面高于座尾的上表面；刷座與前盾的盾壁相配合。

所述上尾刷包括第二刷體和連接板，第二刷體通過連接板與尾盾相連接；下尾刷與尾盾的內(nèi)壁固定連接。

防卡機(jī)單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)的防卡機(jī)方法，包括如下步驟：

s1、安裝單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)上的前盾止?jié){刷、上尾刷、下尾刷，使前盾止?jié){刷、上尾刷、盾體外殼與開挖洞壁組成一個腔體；

s2、單護(hù)盾tbm經(jīng)過軟弱圍巖、破碎帶等地質(zhì)環(huán)境時，將配制好的觸變泥漿通過泥漿管運輸?shù)阶{位置，打開盾體內(nèi)壁上的觸變泥漿接口，通過泥漿輸送泵將觸變泥漿注入到s1中的腔體中；

s3、單護(hù)盾tbm掘進(jìn)時，腔體內(nèi)觸變泥漿處于固體狀態(tài)，能夠阻止或減緩破碎帶或軟弱圍巖與盾體接觸；

s4、單護(hù)盾tbm進(jìn)行換步時，單護(hù)盾tbm主機(jī)向前移動，觸變泥漿受到擾動處于流體狀態(tài)，從而減小盾體前進(jìn)摩擦阻力；

s5、單護(hù)盾tbm換步完成后，盾體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，觸變泥漿隨之恢復(fù)固體態(tài)，單護(hù)盾tbm主機(jī)開始下一個掘進(jìn)循環(huán)。

本發(fā)明提出一種可應(yīng)對軟弱圍巖、破碎帶等不良地層的防卡機(jī)單護(hù)盾tbm主機(jī)及其防卡機(jī)方法，通過在開挖洞壁與盾體間隙充填觸變泥漿，將洞壁開挖后的應(yīng)力場由二次應(yīng)力場變?yōu)槿螒?yīng)力狀態(tài)，從而減緩地層變形速率，實現(xiàn)單護(hù)盾tbm在破碎地層也可順利平穩(wěn)通過，確保施工質(zhì)量和施工安全，提高單護(hù)盾tbm在不同地層的適用性，具有較高的推廣性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明前盾斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中a處局部放大圖。

圖4為圖1中b處局部放大圖。

具體實施方式

如圖1-4所示，一種防卡機(jī)單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)，包括刀盤1，刀盤1與盾體相連接，盾體依次包括前盾2、中盾3和尾盾4，前盾2的前端與刀盤1相連接，前盾2的后端與中盾3的前端相連接，中盾3的后端與尾盾4相連接，前盾2前端的盾壁上可拆卸活動設(shè)有前盾止?jié){刷5，尾盾4后端的盾壁外表面上設(shè)有上尾刷6、尾盾4后端的盾壁內(nèi)表面上設(shè)有下尾刷7，上尾刷6與前盾止?jié){刷5一一對應(yīng)，相對應(yīng)的上尾刷與前盾止?jié){刷在位于同一直線上，前盾2和尾盾4內(nèi)部的盾壁上均勻設(shè)有觸變泥漿接口8，觸變泥漿接口8內(nèi)設(shè)有流體球閥門，觸變泥漿接口8通過泥漿管9與泥漿儲存罐體10相連接，泥漿管9上設(shè)有泥漿輸送泵11，泥漿輸送泵通過泥漿管將泥漿儲存罐體中的觸變泥漿輸送到觸變泥漿接口，并通過觸變泥漿接口進(jìn)入前盾止?jié){刷5、上尾刷6、盾體外壁與開挖洞壁共同形成一個相對密封的腔體中。

具體地，所述前盾2前端盾壁的外圓周上360°范圍內(nèi)均勻設(shè)有前盾止?jié){刷5，前盾止?jié){刷5位于同一圓周面內(nèi)，尾盾4后端盾壁的外圓周上360°范圍內(nèi)均勻設(shè)有上尾刷6，上尾刷6位于同一圓周面內(nèi)，上尾刷6與前盾止?jié){刷5相對應(yīng)前，盾止?jié){刷5、上尾刷6、盾體外壁與開挖洞壁共同形成密封腔體12，密封腔體可用于充填觸變泥漿。觸變泥漿接口8與密封腔體12相連通，觸變泥漿通過觸變泥漿接口進(jìn)入密封腔體12中。

具體地，所述前盾止?jié){刷5包括刷座和第一刷體5-1，刷座包括座頭5-3和座尾5-4，第一刷體5-1通過槽板5-2與座頭5-3固定連接，第一刷體5-1位于前盾的外側(cè)，座尾5-4通過螺栓與前盾2內(nèi)壁相連接。座頭5-3上設(shè)有定位凸臺5-5，定位凸臺5-5與槽板5-2相配合，用于定位槽板的位置，座頭5-3的上表面高于座尾5-4的上表面；刷座與前盾2的盾壁相配合，前盾止?jié){刷位于前盾的前端，可以作為前盾的一部分，又可以單獨作為前盾的盾刷，拆裝容易，使用方便，在固定牢固的同時，又便于更換，提高工作效率；座頭的前端設(shè)有耐磨層，減少刷座的摩擦損失，提高使用壽命。

具體地，所述上尾刷6包括第二刷體6-1和連接板6-2，第二刷體6-1通過連接板6-2與尾盾4可拆卸活動連接，第二刷體6-1位于尾盾的外側(cè)；下尾刷7與尾盾4的內(nèi)壁固定連接。

防卡機(jī)單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)的防卡機(jī)方法，包括如下步驟：

s1、安裝、調(diào)節(jié)單護(hù)盾tbm主機(jī)結(jié)構(gòu)上的前盾止?jié){刷、上尾刷、下尾刷，確保前盾止?jié){刷、下尾刷與開挖洞壁接觸良好，使前盾止?jié){刷、上尾刷、盾體外殼與開挖洞壁組成一個相對密封的腔體；

s2、單護(hù)盾tbm經(jīng)過軟弱圍巖、破碎帶等地質(zhì)環(huán)境時，將泥漿儲存罐體中配制好的觸變泥漿通過泥漿管運輸?shù)阶{位置，打開盾體內(nèi)壁上的觸變泥漿接口，通過泥漿輸送泵將觸變泥漿注入到s1中的密封腔體中，觸變泥漿將開挖后的應(yīng)力場變?yōu)槿螒?yīng)力狀態(tài)，可有效減緩地層變形速率；

s3、單護(hù)盾tbm掘進(jìn)時，腔體內(nèi)觸變泥漿處于固體狀態(tài)，能夠阻止或減緩破碎帶或軟弱圍巖與盾體接觸；

s4、單護(hù)盾tbm進(jìn)行換步時，單護(hù)盾tbm主機(jī)向前移動，觸變泥漿受到擾動處于流體狀態(tài)，從而減小盾體前進(jìn)摩擦阻力；

s5、單護(hù)盾tbm換步完成后，盾體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，觸變泥漿隨之恢復(fù)固體態(tài)，單護(hù)盾tbm主機(jī)開始下一個掘進(jìn)循環(huán)，根據(jù)需要通過觸變泥漿接口往腔體中補(bǔ)充觸變泥漿。

本方法通過在開挖洞壁與盾體間隙充填觸變泥漿，將洞壁開挖后的應(yīng)力場由二次應(yīng)力場變?yōu)槿螒?yīng)力狀態(tài)，從而減緩地層變形速率，實現(xiàn)單護(hù)盾tbm在破碎地層也可順利平穩(wěn)通過，確保施工質(zhì)量和施工安全。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。