一种隧道TBM连续皮带机用洞顶悬挂装置及其施工方法与流程

一种隧道tbm连续皮带机用洞顶悬挂装置及其施工方法
技术领域
1.本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种隧道tbm连续皮带机洞顶正上方悬挂施工方法。


背景技术：

2.全断面隧道掘进机，分为敞开式隧道掘进机和护盾式隧道掘进机，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，在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长。
3.硬岩tbm是利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，落入主机皮带机上向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机运渣到洞外，而传统连续皮带机常采用斜支撑布置于隧道侧壁上，用材较多，且由于皮带机布置于隧道侧壁，占用隧道空间，与隧道内其他设施(如轨道车、其他交通设施等)发生冲突，易发生交通事故。因此，有必要探索一种结构简单、施工方便、安全可靠的洞顶皮带机悬挂方法。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种隧道tbm连续皮带机用洞顶悬挂装置及其施工方法，减少对隧道空间的占用，同时提高洞内施工的安全性。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种隧道tbm连续皮带机用洞顶悬挂装置，包括多个设置在隧道初期支护顶部的预埋锚杆，多个预埋锚杆的下端通过导链与下托架的两侧连接，连续皮带机固定在下托架上，所述导链由多个相互连接的圆环链圈组成，且在圆环链圈一端内壁上设有连接板，在圆环链圈的另一端设有卡板，卡板中部开有两端开放的矩形槽，在矩形槽的中部设有底座，底座上端间隔设置有两个凸缘，两个凸缘之间的间距与连接板的厚度相匹配，在底座上表面开有一个直角梯形槽，且在直角梯形槽中，同时垂直于上底和下底的腰与底座上表面齐平；当相邻的两个圆环链圈连接时，一个圆环链圈上的连接板通过销柱与另一圆环链圈的两个凸缘连接，且连接板下端与底座端面之间留有间隙。隧道tbm掘进过程中，渣体通过tbm主机皮带机转运至连续皮带机上运至洞外，而传统的连续皮带机通常采用斜支撑安装在隧道的侧壁上，极大占用了隧道内的使用空间，并且容易与隧道内的其他设施(如轨道车、其他交通设施等)发生冲突，增大了安全事故的发生几率；同时在传统安装的连续皮带机无自由度，在出渣过程中容易出现皮带跑偏现象，对此，申请人设计出一种用于连续皮带机高空固定的悬挂装置，将传统的安装点位转移至隧道初期支护的顶部，进而释放出隧道中下层的空间，以方便轨道车等交通设施的正常使用或是建材的正常堆码，降低安全事故发生几率的同时，还能确保连续皮带机具备一定的自由度，进而避免皮带跑偏。
7.具体操作时，在隧道初期支护上测量得出合适的锚固点，在锚固点处设置预埋锚
杆，且多个预埋锚杆对称分布在隧道中心线两侧，用于安装连续皮带机的下托架的两侧分别通过导链与预埋锚杆下方连接固定，进而完成连续皮带机的悬挂施工；但是在产生的渣土在连续皮带机上传输时，由于处于隧道初期支护顶部，且用导链进行吊挂，因此在传送时导链会出现一定程度的晃动，该种程度的晃动容易导致连续皮带机上的渣土掉落，对此，本技术方案采用的导链与常规的导链完全不同，即导链由多个圆环链圈相互连接构成，且在拼接时，一个圆环链圈上一端内壁上设有连接板，连接板插入与之相邻的另一个圆环链圈上的两个凸缘之间，并通过销柱实现铰接，并且在底座上表面开有一个直角梯形槽，且在直角梯形槽中，同时垂直于上底和下底的腰与底座上表面齐平，在连续皮带机产生晃动时，连接板的下端会绕销柱产生移动幅度的翻转，而当连接板翻转至其下端进入至与之同侧的直角梯形槽内时，连接板的下端会继续翻转一定角度，直至连接板的下端与直角梯形槽的上底边接触，此时连接板的翻转被限制而无法继续产生运动，与连接板一体的圆环链圈、以及与该圆环链圈上端和下端连接的两个圆环链圈均无法继续产生移动，进而实现了导链整体的位置暂时锁定，即将导链的摆幅限制在一个极小的范围内，在满足连续皮带机具有自由度的同时，降低连续皮带机上渣土掉落的几率。需要指出的是，位于下托架两侧的导链沿下托架的中垂线呈对称分布，即位于同一个下托架两侧的两个导链上的直角梯形槽的设置位置相反，进而确保连续皮带机在产生晃动时，两个导链会形成相互牵制，进而确保导链的摆幅在可控范围内。而在初始状态下，连接板底部与底座上表面之间留有间隙，该间隙的大小直接决定导链能够产生的摆幅大小，可根据实际施工情况，调整销柱在凸缘上的水平高度来实现间隙的大小变换，以满足连续皮带机的使用需求。
8.在所述下托架的两端分别设有吊耳，导链与吊耳连接，在下托架上开有圆角的矩形孔，矩形的纵向支撑件通过u型的卡销固定在矩形孔内，且所述纵向支撑件与下托架垂直设置，连续皮带机的底部与纵向支撑件固定连接。进一步地，为方便连续皮带机的安装与调整，连续皮带机与下托架之间的连接为可拆卸式连接，在下托架上表面的两侧分别开有圆角的矩形孔，而与连续皮带机固定连接的纵向支撑件则通过u型卡销夹持在矩形孔内，而在矩形孔下表面则通过螺母进行锁紧固定；其中，矩形孔的水平长度为下托架水平长度的四分之一，即根据连续皮带机的实际尺寸可合理调整卡销在矩形孔内的位置，以满足连续皮带机的悬挂施工要求。
9.多个所述导链分成多组，每一组中包含两个导链，多组导链等距间隔分布，且同一组中的两个导链分别与下托架两侧的吊耳连接。进一步地，作为支承核心部件，两个导链为一组，且多组导链呈等距间隔分布，使得连续皮带机的每一段传送路径均能均匀受力，且导链与下托架两侧的吊耳连接，而并非与下托架直接焊接，进而方便整个悬挂装置的安装与拆卸灵活性。
10.在吊耳上开有通孔，所述通孔包括相互连通的圆形孔与条形孔，所述条形孔竖直设置且位于圆形孔的上方。作为优选，通孔包括相互连通的圆形孔与条形孔，圆形孔可供导链下端直接穿过，而条形孔的宽度与圆环链圈的直径匹配，即在圆环链圈穿过圆形孔后可直接卡紧在条形孔内，避免在使用时导链与下托架的连接部出现相互运动，由此达到降低连续皮带机摆幅的目的。
11.在所述连接板与直角梯形槽的同侧的底部设有圆滑曲面，在连接板的底面沿水平线朝远离直角梯形槽的方向竖直向上倾斜形成斜面；当相邻的两个圆环链圈连接时，圆滑
曲面靠近底座的上表面且不与底座上表面接触。进一步地，在出渣过程中连续皮带机产生不定向晃动时，连接板下端的两个直角部分会与底座上表面或是直角梯形槽槽底之间产生摩擦，当磨损量达到一定程度时，直角梯形槽对连接板底部的限位效果会降低，即导链的晃动幅度会超过预设的安全摆动幅度，对此，本技术方案中，在连接板与直角梯形槽的同侧的底部设有圆滑曲面，在连接板的底面沿水平线朝远离直角梯形槽的方向竖直向上倾斜形成斜面，斜面能够避免连接板背对直角梯形槽的一侧部分与底座上表面产生摩擦接触，而连接板正对直角梯形槽的一侧部分则能实现圆滑过渡，以减小两者之间的相互磨损。
12.基于权利要求1～5任一项所述的一种隧道tbm连续皮带机用洞顶悬挂施工方法，包括以下步骤；
13.s1：根据连续皮带机各组成构件重量及运输的物料进行计算，确定吊点纵向布置间距；
14.s2：tbm开挖完成后，通过测量对吊点锚杆位置进行精确标注；
15.s3：在进行初期支护作业时，ⅲ级围岩(无拱架段)根据计算结果预埋螺纹钢作为吊点锚杆，ⅳ～
ⅴ
级围岩段(有拱架段)根据计算吊点纵向间距在对应位置拱架腹板位置采用机械成孔；
16.s4：连续皮带机延伸时，分别在对应位置安装下托架，利用导链分别连接吊点锚杆或钢拱架及下托架，完成连续皮带机的悬挂固定。
17.在对连续皮带机进行悬挂施工时，由于tbm掘进与出渣同步进行，待围岩脱出盾尾后，再进行吊点锚杆的位置确定，因此精度吊点的确定则在tbm掘进完成之后，且与隧道初期支护作业同步，针对不同级别的围岩段，吊点处采用的固定方式不同，即对ⅲ级围岩(无拱架段)采用预埋螺纹钢作为吊点锚杆，而对ⅳ～
ⅴ
级围岩段(有拱架段)则根据精确的吊点所对应位置拱架腹板位置开设固定孔，吊点锚杆与固定孔均能作为导链上端的连接部，在连续皮带机沿隧道继续延伸时，在预先完成安装吊点锚杆或是固定孔处连接导链，然后在导链下方连接下托架，连续皮带机的延伸部则通过纵向支撑件以及卡销、螺母安装在增设的下托架上。
18.在步骤s1中，吊点锚杆的纵向布置间距范围为3.2m～4.5m。作为优选，在吊点锚杆布设时，将相邻的两组吊点锚杆的间距设置在3.2m～4.5m范围内，能在确保下托架以及连续皮带机支撑稳定的前提下，减小吊点锚杆的布设数量，缩短吊点锚杆的安装与拆卸工期。
19.在步骤s3中，分别位于同一个下托架的两侧的吊点锚杆的轴线相交成一个锐角，且锐角的大小为38
°
～50
°
。作为优选，位于同一个下托架的两侧的吊点锚杆的轴线相交成一个大小为38
°
～50
°
的锐角，使得连续皮带机在产生晃动时，位于同一组的两个导链之间的相互限制效果达到最佳。
20.在步骤s4中，安装完成的下托架的中垂线与隧道中心线重合。作为优选，下托架的中垂线与隧道中心线重合，使得悬挂完成后的连续皮带机的稳定性达到最大，同时在最大程度上减小隧道上层空间的占用。
21.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
22.1、本发明中用于洞内出渣的连续皮带机悬挂于洞顶，减少了对隧道空间的占用，给其他设施的布置预留了较大的空间，不影响洞内其他交通设施，提高了洞内施工的安全性；
23.2、本发明中的连续皮带机通过导链、下托架悬挂固定，较传统支撑式具有安拆简单、耗材少，易施工等优点；
24.3、本发明中连续皮带机采用悬挂方式，有一定的自由度，在转弯段或皮带机系统启动和急停时，可起到一定的缓冲和自调的作用，避免了皮带机跑偏现象的发生。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
26.图1为本发明的结构示意图；
27.图2为本发明中的连续皮带机的安装意图；
28.图3为下托架的结构示意图；
29.图4为导链的局部结构示意图；
30.图5为连接板与底座的配合示意图；
31.图6为连接板与底座的剖视图。
32.附图标记所代表的为：1-隧道初期支护，2-导链，21-圆环链圈，22-斜面，23-销柱，24-连接板，25-圆滑曲面，26-卡板，27-直角梯形槽，28-底座，29-凸缘，3-预埋锚杆，4-连接件，5-下托架，6-连续皮带机；7-纵向支撑件；8-卡销，9-吊耳，10-通孔。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。
34.实施例1
35.如图1～6所示，本实施例包括多个设置在隧道初期支护1顶部的预埋锚杆3，多个预埋锚杆3的下端通过导链2与下托架5的两侧连接，连续皮带机6固定在下托架5上，所述导链2由多个相互连接的圆环链圈21组成，且在圆环链圈21一端内壁上设有连接板24，在圆环链圈21的另一端设有卡板26，卡板26中部开有两端开放的矩形槽，在矩形槽的中部设有底座28，底座28上端间隔设置有两个凸缘29，两个凸缘29之间的间距与连接板24的厚度相匹配，在底座28上表面开有一个直角梯形槽27，且在直角梯形槽27中，同时垂直于上底和下底的腰与底座28上表面齐平；当相邻的两个圆环链圈21连接时，一个圆环链圈21上的连接板24通过销柱23与另一圆环链圈21的两个凸缘29连接，且连接板24下端与底座28端面之间留有间隙。
36.具体操作时，在隧道初期支护1上测量得出合适的锚固点，在锚固点处设置预埋锚杆3，且多个预埋锚杆3对称分布在隧道中心线两侧，用于安装连续皮带机6的下托架5的两侧分别通过导链2与预埋锚杆3下方连接固定，进而完成连续皮带机6的悬挂施工；但是在产生的渣土在连续皮带机6上传输时，由于处于隧道初期支护1顶部，且用导链2进行吊挂，因此在传送时导链2会出现一定程度的晃动，该种程度的晃动容易导致连续皮带机6上的渣土掉落，对此，本技术方案采用的导链2与常规的导链2完全不同，即导链2由多个圆环链圈21相互连接构成，且在拼接时，一个圆环链圈21上一端内壁上设有连接板24，连接板24插入与
之相邻的另一个圆环链圈21上的两个凸缘29之间，并通过销柱23实现铰接，并且在底座28上表面开有一个直角梯形槽27，且在直角梯形槽27中，同时垂直于上底和下底的腰与底座28上表面齐平，在连续皮带机6产生晃动时，连接板24的下端会绕销柱23产生移动幅度的翻转，而当连接板24翻转至其下端进入至与之同侧的直角梯形槽27内时，连接板24的下端会继续翻转一定角度，直至连接板24的下端与直角梯形槽27的上底边接触，此时连接板24的翻转被限制而无法继续产生运动，与连接板24一体的圆环链圈21、以及与该圆环链圈21上端和下端连接的两个圆环链圈21均无法继续产生移动，进而实现了导链2整体的位置暂时锁定，即将导链2的摆幅限制在一个极小的范围内，在满足连续皮带机6具有自由度的同时，降低连续皮带机6上渣土掉落的几率。
37.需要指出的是，位于下托架5两侧的导链2沿下托架5的中垂线呈对称分布，即位于同一个下托架5两侧的两个导链2上的直角梯形槽27的设置位置相反，进而确保连续皮带机6在产生晃动时，两个导链2会形成相互牵制，进而确保导链2的摆幅在可控范围内。而在初始状态下，连接板24底部与底座28上表面之间留有间隙，该间隙的大小直接决定导链2能够产生的摆幅大小，可根据实际施工情况，调整销柱23在凸缘29上的水平高度来实现间隙的大小变换，以满足连续皮带机6的使用需求。
38.实施例2
39.如图2和3所示，本实施例在实施例1的基础之上，在所述下托架5的两端分别设有吊耳9，导链2与吊耳9连接，在下托架5上开有圆角的矩形孔，矩形的纵向支撑件7通过u型的卡销8固定在矩形孔内，且所述纵向支撑件7与下托架5垂直设置，连续皮带机6的底部与纵向支撑件7固定连接。为方便连续皮带机6的安装与调整，连续皮带机6与下托架5之间的连接为可拆卸式连接，在下托架5上表面的两侧分别开有圆角的矩形孔，而与连续皮带机6固定连接的纵向支撑件7则通过u型卡销8夹持在矩形孔内，而在矩形孔下表面则通过螺母进行锁紧固定；其中，矩形孔的水平长度为下托架5水平长度的四分之一，即根据连续皮带机6的实际尺寸可合理调整卡销8在矩形孔内的位置，以满足连续皮带机6的悬挂施工要求。
40.本实施例中，作为支承核心部件，两个导链2为一组，且多组导链2呈等距间隔分布，使得连续皮带机6的每一段传送路径均能均匀受力，且导链2与下托架5两侧的吊耳9连接，而并非与下托架5直接焊接，进而方便整个悬挂装置的安装与拆卸灵活性。
41.作为优选，通孔10包括相互连通的圆形孔与条形孔，圆形孔可供导链2下端直接穿过，而条形孔的宽度与圆环链圈21的直径匹配，即在圆环链圈21穿过圆形孔后可直接卡紧在条形孔内，避免在使用时导链2与下托架5的连接部出现相互运动，由此达到降低连续皮带机6摆幅的目的。
42.实施例3
43.如图6所示，本实施例在实施例1的基础之上，在所述连接板24与直角梯形槽27的同侧的底部设有圆滑曲面25，在连接板24的底面沿水平线朝远离直角梯形槽27的方向竖直向上倾斜形成斜面22；当相邻的两个圆环链圈21连接时，圆滑曲面25靠近底座28的上表面且不与底座28上表面接触。
44.在出渣过程中连续皮带机6产生不定向晃动时，连接板24下端的两个直角部分会与底座28上表面或是直角梯形槽27槽底之间产生摩擦，当磨损量达到一定程度时，直角梯形槽27对连接板24底部的限位效果会降低，即导链2的晃动幅度会超过预设的安全摆动幅
度，对此，本技术方案中，在连接板24与直角梯形槽27的同侧的底部设有圆滑曲面25，在连接板24的底面沿水平线朝远离直角梯形槽27的方向竖直向上倾斜形成斜面22，斜面22能够避免连接板24背对直角梯形槽27的一侧部分与底座28上表面产生摩擦接触，而连接板24正对直角梯形槽27的一侧部分则能实现圆滑过渡，以减小两者之间的相互磨损。
45.实施例4
46.如图2和3所示，本实施例在实施例1的基础之上，包括以下步骤；
47.s1：根据连续皮带机6各组成构件重量及运输的物料进行计算，确定吊点纵向布置间距；
48.s2：tbm开挖完成后，通过测量对吊点锚杆位置进行精确标注；
49.s3：在进行初期支护作业时，ⅲ级围岩(无拱架段)根据计算结果预埋螺纹钢作为吊点锚杆，ⅳ～
ⅴ
级围岩段(有拱架段)根据计算吊点纵向间距在对应位置拱架腹板位置采用机械成孔；
50.s4：连续皮带机6延伸时，分别在对应位置安装下托架5，利用导链2分别连接吊点锚杆或钢拱架及下托架5，完成连续皮带机6的悬挂固定。
51.在对连续皮带机6进行悬挂施工时，由于tbm掘进与出渣同步进行，待围岩脱出盾尾后，再进行吊点锚杆的位置确定，因此精度吊点的确定则在tbm掘进完成之后，且与隧道初期支护1作业同步，针对不同级别的围岩段，吊点处采用的固定方式不同，即对ⅲ级围岩(无拱架段)采用预埋螺纹钢作为吊点锚杆，而对ⅳ～
ⅴ
级围岩段(有拱架段)则根据精确的吊点所对应位置拱架腹板位置开设固定孔，吊点锚杆与固定孔均能作为导链2上端的连接部，在连续皮带机6沿隧道继续延伸时，在预先完成安装吊点锚杆或是固定孔处连接导链2，然后在导链2下方连接下托架5，连续皮带机6的延伸部则通过纵向支撑件7以及卡销8、螺母安装在增设的下托架5上。
52.作为优选，在吊点锚杆布设时，将相邻的两组吊点锚杆的间距设置在3.2m～4.5m范围内，能在确保下托架5以及连续皮带机6支撑稳定的前提下，减小吊点锚杆的布设数量，缩短吊点锚杆的安装与拆卸工期。
53.作为优选，位于同一个下托架5的两侧的吊点锚杆的轴线相交成一个大小为38
°
～50
°
的锐角，使得连续皮带机6在产生晃动时，位于同一组的两个导链2之间的相互限制效果达到最佳。
54.作为优选，下托架5的中垂线与隧道中心线重合，使得悬挂完成后的连续皮带机6的稳定性达到最大，同时在最大程度上减小隧道上层空间的占用。
55.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。