一种TBM步进装置及其使用方法与流程

一种tbm步进装置及其使用方法
技术领域
1.本发明涉及tbm掘进技术领域，具体涉及一种步进装置及其使用方法。


背景技术：

2.近年来，隧道掘进机（tbm, tunnel boring machine）在我国铁路隧道、输水隧洞工程领域的应用逐渐增多。tbm在施工现场组装完毕后，需要步进至掘进面开始掘进作业。在步进过程中需要利用专用步进装置辅助tbm步进，步进装置的功能结构需要与tbm相匹配。以往的tbm无辅助推进油缸，需要在步进装置上设置步进推进油缸，同时在tbm上要预留步进推进油缸的安装位置，既造成步进装置结构复杂，也浪费了tbm主机上宝贵的空间。随着tbm装备技术的发展，为应对更加复杂的地质条件，tbm上会配置辅助推进油缸，而现有的步进装置无法与tbm上的辅助推进油缸结合，仍然存在结构复杂、操作不便、占用空间的问题。


技术实现要素：

3.为充分利用tbm上的辅助推进油缸，简化步进装置结构，优化tbm主机有限的空间，本发明提出一种新的tbm步进装置及其使用方法。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：设计一种tbm步进装置，包括位于tbm主机下方的步进底板，在tbm主机底部安装有滑板，滑板与步进底板之间可相对滑动；在tbm主机两侧下部分别设置有举升机构，且举升机构位于步进底板的外侧，所述举升机构包括举升底座、举升架，举升架顶部与tbm主机固定连接，在举升架的底部两侧分别设置有举升底座油缸，举升底座油缸的伸缩杆下端与举升底座连接；在两个举升油缸之间的位置设有至少两个举升油缸，举升油缸的底座安装在举升架上，举升油缸的伸缩杆下端对应于举升底座的上表面；tbm主梁上设有撑靴，且tbm主梁与撑靴之间为滑动连接，在撑靴下方设有撑靴支架，撑靴支架包括两侧的撑靴支座，以及连接在两个撑靴支座之间的横向支撑部；在tbm主梁的尾部设有后支撑；在tbm主机与撑靴之间设有反推机构，所述反推机构包括与步进底板固定连接的反力架，一端与反力架铰接、另一端与撑靴支架铰接的连杆，以及固定设置在撑靴支座和撑靴之间的连接块；反力架上对应于tbm主机的一侧面上设有一组垫块，tbm主机底部的辅助推进油缸的伸缩杆末端设有球形接头、以及与球形接头对应安装的连接座，所述连接座与垫块安装在一起。
5.优选的，在举升底座和举升架之间还设有至少一个导向机构，所述导向机构包括固定设置在举升底座上的导向筒，和固定设置在举升架上对应位置的导向杆，导向杆下端滑动套装在导向筒内。
6.优选的，所述垫块的数量与tbm主机底部对应的辅助推进油缸的数量相同；垫块呈
弧形排列，且与辅助推进油缸的位置一一对应。
7.优选的，所述步进底板的截面形状为“凹”字型，在步进底板的两侧分别设有下支撑块，所述下支撑块的顶面形状与tbm主机底部对应位置的弧度相匹配；所述滑板的顶面形状与tbm主机底部的弧度相匹配，在滑板底部两侧分别设置有上支撑块，两个上支撑块分别位于两个下支撑块内侧的位置。
8.优选的，所述连接块的底部与撑靴支座焊接固定，顶部与撑靴通过螺栓连接；所述举升架焊接固定在tbm主机上；所述滑板通过螺栓固定在tbm主机上；所述举升底座油缸上下两端与举升底座和举升架之间均为铰接。
9.本发明通过设置举升机构，采用举升底座油缸控制举升底座的上下移动，当需要抬升tbm主机时，将举升底座油缸推动举升底座下移、接触地面，然后以举升底座为支撑，通过举升油缸抵住举升底座将tbm主机抬起，使得tbm主机和滑板一同脱离步进底板，同时通过竖向设置的后支撑支撑在地面上，将tbm主梁和撑靴一同抬起，再通过辅助推进油缸的收缩杆缩回，来带动步进底板、反力架、连杆和撑靴支架一同向前步进，此时，步进底板被推动向前移动，撑靴与tbm主梁之间发生相对移动；在tbm主机被抬起时，由于辅助推进油缸的伸缩杆端部设置球形接头和连接座，可以使辅助推进油缸的伸缩杆与连接座之间产生角度位移，以适应辅助推进油缸轴线的小角度改变；连杆与反力架和撑靴支架之间均为铰接，在主梁和撑靴支座被抬起时，使得连杆与撑靴支架之间、连杆与可以发生角度改变。步进底板移动完毕之后，举升油缸缩回，将tbm主机放下，使滑板落在步进底板上，后支撑也缩回，将tbm主梁撑靴和撑靴支架放回底面，此时辅助推进油缸的伸缩杆伸出，反力架为其提供反推力，使得tbm主机沿其轴线向前移动，此时，滑板与步进底板之间、tbm主梁与撑靴之间产生相对移动，如此即可实现tbm主机的步进。
10.该步进装置的安装过程为：在隧道入口处规划好tbm组装位置，在tbm主机组装位置的底面上安放步进底板，再将滑板安放到步进底板上，再在滑板上方组装tbm主机，滑板与tbm主机底部用螺栓连接；将后支撑、撑靴、tbm主梁、tbm刀盘与tbm主机组装在一起；将举升架与tbm主机焊接，在举升架上安装举升油缸，将举升底座油缸和导向柱安装在举升架和举升底座之间；将辅助推进油缸伸缩杆上的球形接头连接座与垫块对应连接，再将垫块与反力架用螺栓相连；将连接块与撑靴支座焊接，之后根据撑靴的位置，将连接块与撑靴支座组成的整体移动到撑靴下方，再将连接块顶部与撑靴用螺栓相连；将连杆的一端与反力架铰接，另一端与撑靴支架铰接；将辅助推进油缸、举升底座油缸、举升油缸和后支撑的液压管路与外接泵站相连，确保各机构油缸正确动作。
11.本发明还涉及上述tbm步进装置的使用方法，包括下列步骤：（1）举升底座油缸启动，带动举升底座向下移动接触地面，导向机构在此过程中用于控制举升底座的姿态；举升油缸启动，其伸缩杆下端顶住举升底座的上表面，使tbm主机、tbm刀盘和滑板一同在竖直方向上抬起2~4cm，脱离步进底板；辅助推进油缸伸缩杆末端的球形接头与连接座之间产生角度移动，以适应tbm主机举升后辅助推进油缸轴线偏转的微
小角度；（2）后支撑下端伸出，接触地面，将tbm主梁抬起，使tbm主梁、撑靴、连接块和撑靴支架脱离地面3~5cm；（3）辅助推进油缸的伸缩杆缩回，带动步进底板、垫块、反力架、连杆、撑靴支架、连接块和撑靴一起沿tbm步进方向移动，此时，步进底板和滑板之间、撑靴和tbm主梁之间均产生相对移动；（4）步进底板移动到所需位置后，后支撑缩回，撑靴支座重新接触地面、支撑起撑靴和tbm主梁；举升油缸缩回，使tbm主机下落回原位，其重量全部由步进底板和滑板承担，再通过举升底座油缸回缩控制举升底座上移，使举升底座脱离地面3~5cm；（5）辅助推进油缸的伸缩杆伸出，由反力架提供反力，推动tbm主机、滑板、主梁和后支撑一起沿tbm步进方向移动；至此tbm完成一个步进行程；（6）重复上述步骤（1）~（5），使tbm步进所需的距离。
12.本发明的有益效果在于：本发明充分利用了tbm自带的辅助推进油缸，简化了步进装置的结构，使其结构更加紧凑；采用本发明步进装置辅助tbm主机进行步进，tbm主机上的对应位置不需要预留步进推进油缸安装结构及空间，不占用tbm主机有限的空间；本发明操作方便，有利于提高tbm主机步进的效率。
附图说明
13.图1为tbm与本发明步进装置安装后的结构示意图；图2为tbm与本发明步进装置安装后的正视图；图3为tbm主机举升机构的侧视图；图4为步进机构反力架的正视图；图5为tbm撑靴支架的俯视图；图6为辅助推进油缸的结构示意图。
14.图中标号：1为步进底板、2为滑板、3为举升架、4为举升底座、5为辅助推进油缸、6为举升底座油缸；7为举升油缸；8为导向柱；9为垫块；10为反力架；11为连杆；12为撑靴支座；13为后支撑、14为撑靴、15为连接块、16为tbm主梁、17为tbm主机、18为tbm刀盘、19横向支撑部、20连接座。
具体实施方式
15.下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。
16.实施例1：一种tbm步进装置，参见图1-图6，包括位于tbm主机17下方的步进底板1，在tbm主机17底部安装有滑板2，滑板2与步进底板1之间可相对滑动。
17.在tbm主机17两侧下部分别设置有举升机构，且举升机构位于步进底板1的外侧，举升机构包括举升底座4、举升架3，举升架3顶部与tbm主机17固定连接，在举升架3的底部两侧分别设置有举升底座油缸6，举升底座油缸6的伸缩杆下端与举升底座4连接；在两个举
升油缸6之间的位置设有至少两个举升油缸7，举升油缸7的底座安装在举升架3上，举升油缸7的伸缩杆下端对应于举升底座4的上表面。在举升底座4和举升架3之间还设有至少一个导向机构，导向机构包括固定设置在举升底座4上的导向筒，和固定设置在举升架3上对应位置的导向杆，导向杆下端滑动套装在导向筒内。
18.tbm主梁16上设有撑靴14，且tbm主梁16与撑靴14之间为滑动连接，在撑靴14下方设有撑靴支架，撑靴支架包括两侧的撑靴支座12，以及连接在两个撑靴支座12之间的横向支撑部19；在tbm主梁16的尾部设有后支撑13。
19.在tbm主机17与撑靴14之间设有反推机构，反推机构包括与步进底板1固定连接的反力架10，一端与反力架10铰接、另一端与撑靴支架铰接的连杆11，以及固定设置在撑靴支座12和撑靴14之间的连接块15；其中，连杆11铰接在撑靴支架的横向支撑部19中心位置；反力架10上对应于tbm主机17的一侧面上设有一组垫块9，tbm主机17底部的辅助推进油缸5的伸缩杆末端设有球形接头、以及与球形接头对应安装的连接座20，连接座20与垫块9安装在一起。
20.垫块9的数量与tbm主机17底部对应的辅助推进油缸5的数量相同；垫块9呈弧形排列，且与辅助推进油缸5的位置一一对应。
21.所述步进底板1的截面形状为“凹”字型，在步进底板1的两侧分别设有下支撑块，所述下支撑块的顶面形状与tbm主机17底部对应位置的弧度相匹配；所述滑板2的顶面形状与tbm主机17底部的弧度相匹配，在滑板2底部两侧分别设置有上支撑块，两个上支撑块分别位于两个下支撑块内侧的位置。
22.其中，连接块15的底部与撑靴支座12焊接固定，顶部与撑靴14通过螺栓连接；举升架3焊接固定在tbm主机17上；滑板2通过螺栓固定在tbm主机17上；举升底座油缸6上下两端与举升底座4和举升架3之间均为铰接。
23.该步进装置的安装过程为：在隧道入口处规划好tbm组装位置，在tbm主机组装位置的底面上安放步进底板1，再将滑板2安放到步进底板1上，再在滑板2上方组装tbm主机17，滑板2与tbm主机17底部用螺栓连接；将后支撑13、撑靴14、tbm主梁16、tbm刀盘18与tbm主机17组装在一起；将举升架3与tbm主机17焊接，在举升架3上安装举升油缸7，将举升底座油缸6和导向柱8安装在举升架3和举升底座4之间；将辅助推进油缸5伸缩杆上的球形接头连接座20与垫块9通过螺栓连接，再将垫块9与反力架10用螺栓相连；将连接块15与撑靴支座12焊接，之后根据撑靴14的位置，将连接块15与撑靴支座12组成的整体移动到撑靴14下方，再将连接块15顶部与撑靴14用螺栓相连；将连杆11的一端与反力架10铰接，另一端与撑靴支架铰接；将辅助推进油缸5、举升底座油缸6、举升油缸7和后支撑13的液压管路与外接泵站相连，确保各机构油缸正确动作。
24.实施例2：一种tbm步进装置的使用方法，包括下列步骤：（1）举升底座油缸6启动，带动举升底座4向下移动接触地面，导向机构在此过程中用于控制举升底座4的姿态；举升油缸7启动，其伸缩杆下端顶住举升底座4的上表面，使tbm
主机17、tbm刀盘18和滑板2一同在竖直方向上抬起2~4cm，脱离步进底板1；辅助推进油缸5伸缩杆末端的球形接头与连接座20之间产生角度移动，以适应tbm主机17举升后辅助推进油缸5轴线偏转的微小角度；（2）后支撑13下端伸出，接触地面，将tbm主梁16抬起，使tbm主梁16、撑靴14、连接块15和撑靴支架脱离地面3~5cm；（3）辅助推进油缸5的伸缩杆缩回，带动步进底板1、垫块9、反力架10、连杆11、撑靴支架、连接块15和撑靴14一起沿tbm步进方向移动，此时，步进底板1和滑板2之间、撑靴14和tbm主梁16之间均产生相对移动；（4）步进底板1移动到所需位置后，后支撑13缩回，撑靴支座12重新接触地面、支撑起撑靴14和tbm主梁16；举升油缸7缩回，使tbm主机17下落回原位，其重量全部由步进底板1和滑板2承担，再通过举升底座油缸6回缩控制举升底座4上移，使举升底座4脱离地面3~5cm；（5）辅助推进油缸5的伸缩杆伸出，由反力架10提供反力，推动tbm主机17、滑板2、主梁16和后支撑13一起沿tbm步进方向移动；至此tbm完成一个步进行程；（6）重复上述步骤（1）~（5），使tbm步进所需的距离。
25.上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。