兼备管片拼装与壁后注浆功能的TBM掘进装置及试验方法与流程

兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置及试验方法
技术领域
1.本发明属于隧道开挖模型试验领域，尤其涉及一种兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置及试验方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.全断面隧道掘进机(tbm)是一种用于地下工程全断面开挖的机械施工设备，具有施工效率高、安全可靠、施工质量高等优点。根据工程实践经验，当隧道的长度与直径之比大于600时，采用tbm进行隧道施工是经济的。开展tbm掘进过程中隧道围岩的应力、位移变化研究，对于保障特长隧道工程建设安全具有非常重要的理论和现实意义。
4.发明人发现，目前用于模型试验的tbm掘进装置在开挖过程中仍存在一定问题，如掘进机掘进与管片拼装无法同步进行、掘进与壁后注浆难以实现一体化，影响模型试验的效率及试验结果的准确性，还在一定程度上增加了人力、设备使用成本。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置及试验方法，其能够解决现有技术中掘进机掘进与管片拼装无法同步进行、掘进与壁后注浆难以实现一体化的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一个方面提供了一种兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置，其包括盾体、进给控制系统和转动控制系统；
8.所述盾体包括刀盘和护盾，刀盘位于护盾前方，护盾外侧套设有衬砌管片；所述护盾内部左右两侧沿轴向安装有注浆主管及注浆支管，所述注浆主管及注浆支管对接到护盾上的注浆孔上；所述衬砌管片上开设有盲孔，盲孔与所述注浆孔对应，用于在掘进到指定位置后进行壁后注浆；所述进给控制系统用于为隧道开挖提供顶推力；所述转动控制系统用于控制刀盘转动进行tbm掘进。
9.进一步地，所述护盾后侧设有环形挡板，用于在掘进过程中将衬砌管片带入隧道。
10.进一步地，所述盾体连接在装填试验相似材料的模型试验架上。
11.进一步地，所述护盾为圆环形中空结构，其半径为刀盘半径减去衬砌管片厚度。
12.进一步地，所述注浆孔沿护盾左右两侧轴向等间距开设，间距大小为管片宽度。
13.进一步地，所述注浆支管等间距设置。
14.进一步地，所述刀盘为圆形，刀盘端面中央过圆心沿径向等间距布置滚刀，在过圆心且垂直滚刀布置方向，圆心两侧各开有一个出渣口。
15.进一步地，所述进给控制系统包括进给导轨、进给电机、滑块、连接板和顶推杆，进给导轨前端分别与固定支架连接，滑块安装在所述进给导轨上，两侧滑块通过连接板相连，
所述进给电机固定在左侧的滑块上，可带动所述的滑块沿所述的进给导轨前后移动，进而通过顶推杆带动盾体移动，从而为隧道开挖提供顶推力。
16.进一步地，所述转动控制系统包括刀盘驱动电机和刀盘转动传导轴，所述盘驱动电机用于驱动刀盘转动传导轴转动，进而带动刀盘转动。
17.本发明的第二个方面提供了一种兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置的试验方法，其包括步骤：
18.将所述兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置固定在装填试验相似材料的模型试验架上；
19.将衬砌管片套在护盾外侧，且管片上的盲孔与护盾上的注浆孔一一对应；
20.根据试验所需的刀盘转速和进给速度，设置相应刀盘驱动电机和进给电机参数，启动电机，进行开挖，开挖过程中同时将衬砌管片带入隧道；
21.将模型开挖贯通之后，利用注浆主管连接的外部注浆装置进行壁后注浆；
22.注浆完毕后，将刀盘拆卸，启动进给电机，带动护盾使其退出已开挖隧道。
23.本发明的有益效果是：
24.(1)本发明通过将衬砌管片套在tbm掘进装置护盾外侧，并且在护盾后侧设置环形挡板，掘进的同时将衬砌管片带入隧道中，实现了管片拼装与tbm连续掘进的同步进行，大大提高了掘进效率；
25.(2)本发明通过在护盾内部设置注浆主管与注浆支管，同时在护盾、衬砌管片上开设注浆孔、盲孔，在开挖完成后即可立即进行壁后注浆，实现了掘进与壁后注浆一体化，降低了试验操作难度；
26.(3)本发明通过兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置，其具有良好的运行稳定性，节省了人力物力财力，使得掘进、管片衬砌、壁后注浆过程衔接紧密，使得模型试验精度更高。
27.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
28.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
29.图1为本发明实施例中tbm开挖掘进装置的整体结构示意图；
30.图2为本发明实施例中刀盘的结构示意图；
31.图3为本发明实施例中壁后注浆装置示意图；
32.图4为本发明实施例中衬砌管片结构示意图。
33.图中，1：护盾；2：滚刀；3：刀盘；4：出渣口；5：注浆主管；6：注浆支管；7：注浆孔；8：盲孔；9：衬砌管片；10：环形挡板；11：固定支架；12：进给电机；13：滑块；14：连接板；15：顶推杆；16：刀盘驱动电机；17：进给导轨；18：刀盘转动传导轴。
具体实施方式
34.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
35.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
36.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
37.在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
38.如图1-图3所示，本实施例的一种兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置，其包括盾体、进给控制系统和转动控制系统。
39.其中，所述的盾体包括刀盘3、护盾1，所述的刀盘3位于所述的护盾前方，且可以自由拆卸。
40.盾体的左右两侧设置有固定支架11，试验时通过螺钉连接在装填试验相似材料的模型试验架上，起到固定的作用。
41.具体地，所述的刀盘3为圆形，刀盘端面中央过圆心沿径向等间距布置滚刀2，在过圆心且垂直滚刀布置方向，圆心两侧各开有一个出渣口4，如图2所示。
42.所述的护盾1为圆环形中空结构，其半径为所述的刀盘3半径减去衬砌管片9厚度，即将拼装后的环形衬砌管片9套在所述的护盾1外侧后，如图4所示，两者外表面相吻合。所述的护盾1后侧设有一圈环形挡板10，以便在掘进过程中将衬砌管片9带入隧道。
43.所述的护盾1左右两侧沿轴向等间距开设注浆孔7，间距大小为管片9宽度，所述的护盾1内部左右两侧沿轴向安装有注浆主管5，并且等间距设置注浆支管6，对接到所述的护盾1上的注浆孔7。套在所述的护盾1外侧的衬砌管片9相应的位置开设盲孔8，与所述的护盾注浆孔7对应，以便在掘进到指定位置后进行壁后注浆。
44.在具体实施中，进给控制系统包括进给导轨17、进给电机12、滑块13、连接板14、顶推杆15，所述的两侧进给导轨17前端分别与所述的两侧固定支架11连接，所述的滑块13安装在所述的进给导轨17上，两侧滑块13通过连接板14相连，所述的进给电机12固定在左侧的滑块13上，可带动所述的滑块13沿所述的进给导轨17前后移动，进而通过顶推杆15带动盾体移动，从而为隧道开挖提供顶推力。
45.其中，进给导轨17为锯齿状，所述的进给电机12带动所述的滑块13内部齿轮沿所述的进给导轨17转动，从而带动滑块13移动。
46.转动控制系统包括刀盘驱动电机16、刀盘转动传导轴18。所述的刀盘驱动电机16固定在所述的连接板14下方，通过所述的刀盘转动传导轴18带动所述的刀盘3转动。
47.具体的，顶推杆15前后两侧分别连接所述的刀盘3和所述的连接板14。刀盘转动传导轴18位于所述的两根顶推杆15中间。
48.本实施例还提供了一种如上述所述的兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置的试验方法，其特征在于，包括步骤：
49.将所述兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置固定在装填试验相似材料的
模型试验架上；
50.将衬砌管片套在护盾外侧，且管片上的盲孔与护盾上的注浆孔一一对应；
51.根据试验所需的刀盘转速和进给速度，设置相应刀盘驱动电机和进给电机参数，启动电机，进行开挖，开挖过程中同时将衬砌管片带入隧道；
52.将模型开挖贯通之后，利用注浆主管连接的外部注浆装置进行壁后注浆；
53.注浆完毕后，将刀盘拆卸，启动进给电机，带动护盾使其退出已开挖隧道。
54.本实施例通过将衬砌管片套在tbm掘进装置护盾外侧，并且在护盾后侧设置环形挡板，掘进的同时将衬砌管片带入隧道中，实现了管片拼装与tbm连续掘进的同步进行，大大提高了掘进效率；通过在护盾内部设置注浆主管与注浆支管，同时在护盾、衬砌管片上开设注浆孔、盲孔，在开挖完成后即可立即进行壁后注浆，实现了掘进与壁后注浆一体化，降低了试验操作难度；通过兼备管片拼装与壁后注浆功能的tbm掘进装置，其具有良好的运行稳定性，节省了人力物力财力，使得掘进、管片衬砌、壁后注浆过程衔接紧密，使得模型试验精度更高。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。