CN120211789A 一种不良地质隧道护盾式盾构机及其支护方法

地址100043北京市石景山区石景山路35司中铁二十二局集团有限公司北京首尔工程技术有限公司(72)发明人邓启华刘四德白子斌吴大胜董启军王冠英杜风余黄明琦付才凤孟兰(普通合伙)32754一种不良地质隧道护盾式盾构机及其支护方法由刀盘机构掘出的隧道由多个盾护架构进行支护由刀盘机构掘出的隧道由多个盾护架构进行支护刀盘机构单次掘进后与端部的盾护架构之间产生过渡空间，通过动力机构二驱动过渡护盖与刀盘壳分离并临时支护过渡空间通过龙门吊提前在过渡空间底部中间铺设底护板，与此同时补料架将处于折叠状态的盾护架构其他组分输送至隧道开挖端。贯穿送架机构背离施工方向移动至补料架的后方，并同时接过输送而来的盾护架构贯穿送架机构随即反向移动，使折叠状态的盾护架构组分穿过推进机构并运送至过渡空间内通过动力机构二驱动过渡护盖与刀盘壳合并，同时通过顶板扩接机构、底板扩接机构以及侧板扩接机构展开盾护架构推进机构移动到新展开的盾护架构内，并进行下一次的掘进工作2刀盘机构(1);盾护架构(2),采用逐段拼接式的方式连接并用于对隧道进行支护，所述盾护架构(2)由顶角护板(201)、顶护板(202)、侧护板(203)、底角护板(204)以及底护板(205)组合而成，且盾护架构(2)采用可向内折叠式结构；推进机构，深入隧道开挖端并用于将所述刀盘机构(1)向隧道内推进，刀盘机构(1)单次掘进后与端部的盾护架构(2)之间产生过渡空间，所述推进机构内部同时设置有用于向过渡空间内输送底护板(205)以及转运土渣小车的龙门吊(305);补料架(5),用于向隧道开挖端补充处于折叠状态的盾护架构(2);贯穿送架机构(4),用于将由补料架(5)补充的盾护架构(2)转运至过渡空间，并协助盾护架构(2)在过渡空间内展开支护。2.根据权利要求1所述的一种不良地质隧道护盾式盾构机，其特征在于：所述刀盘机构(1)包括刀盘壳(101)、组装于刀盘壳(101)端部的刀盘(102)以及伸缩组装于刀盘壳(101)尾部的过渡护盖(106)。3.根据权利要求2所述的一种不良地质隧道护盾式盾构机，其特征在于：所述顶角护板(201)与底角护板(204)的内壁均阵列式一体式设置有L型槽钢管(209),所述顶护板(202)、侧护板(203)以及底护板(205)内壁均阵列式一体式设置有竖槽钢管(210),每个所述L型槽钢管(209)两端的内部均通过弹簧伸缩式组装有内钢肋(211),且内钢肋(211)分别可分离式插接于对应竖槽钢管(210)一端的内部；所述顶角护板(201)与底角护板(204)同一端的棱角处均开设有锁接槽(207),所述顶角护板(201)与底角护板(204)另一端的棱角处均一体式设置有锁角板(208),两组盾护架构(2)之间通过锁角板(208)插入对应锁接槽(207)内部的方式相连接；所述底护板(205)的一端一体式设置有落搭钩(215),落搭钩(215)的另一端开设有搭钩槽(216),两个底护板(205)之间通过落搭钩(215)插入对应搭钩槽(216)内部的方式相连4.根据权利要求3所述的一种不良地质隧道护盾式盾构机，其特征在于：推进机构包括镂空钢矩架(3)以及固定设置于镂空钢矩架(3)四侧棱角处的推进液压缸(301);所述镂空钢矩架(3)中间架构的顶部一体式设置有龙门轨(304),且龙门吊(305)与龙门轨(304)构成滑动组装。5.根据权利要求4所述的一种不良地质隧道护盾式盾构机，其特征在于：所述补料架(5)中间的顶部固定组装有吊机(501)。6.根据权利要求5所述的一种不良地质隧道护盾式盾构机，其特征在于：所述贯穿送架机构(4)包含顶板扩接机构、底板扩接机构、侧板扩接机构以及轨道机二(401),且轨道机二(401)的表面一体式设置有配重架(402)。7.根据权利要求6所述的一种不良地质隧道护盾式盾构机，其特征在于：顶板扩接机构用于携带顶角护板(201)并使顶角护板(201)斜向上扩展。8.根据权利要求7所述的一种不良地质隧道护盾式盾构机，其特征在于：底板扩接机构用于携带底角护板(204)并使底角护板(204)斜向下扩展。9.根据权利要求8所述的一种不良地质隧道护盾式盾构机，其特征在于：侧板扩接机构3用于携带侧护板(203)并使侧护板(203)向外侧扩展。10.一种不良地质隧道的支护方法，使用如权利要求1-9中任一项所述的不良地质隧道步骤1:由刀盘机构(1)掘出的隧道由多个盾护架构(2)进行支护；步骤2:刀盘机构(1)单次掘进后与端部的盾护架构(2)之间产生过渡空间，通过动力机构二(109)驱动过渡护盖(106)与刀盘壳(101)分离并临时支护过渡空间；步骤3:通过龙门吊(305)提前在过渡空间底部中间铺设底护板(205),与此同时补料架(5)将处于折叠状态的盾护架构(2)其他组分输送至隧道开挖端；步骤4:贯穿送架机构(4)背离施工方向移动至补料架(5)的后方，并同时接过输送而来的盾护架构(2)组分；步骤5:贯穿送架机构(4)随即反向移动，使折叠状态的盾护架构(2)组分穿过推进机构并运送至过渡空间内；步骤6:通过动力机构二(109)驱动过渡护盖(106)与刀盘壳(101)合并，同时通过顶板扩接机构、底板扩接机构以及侧板扩接机构展开盾护架构(2);步骤7:推进机构移动到新展开的盾护架构(2)内，并进行下一次的掘进工作。4一种不良地质隧道护盾式盾构机及其支护方法技术领域[0001]本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种不良地质隧道护盾式盾构机及其支护方法。背景技术[0002]在复杂地质和城市环境下修建隧道和进行地下空间开发极易诱发地表坍塌、构筑物沉降、路面破坏等事故，尤其是在城市地下空间开发中，这些事故的诱发是掌子面1.5倍洞径范围内围岩位移变化引起的，在控制掌子面前方围岩位移变形方面工程界已经有很多方法和技术措施；例如，提供了一种公开号为CN119122553B的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，在该盾构设备中，提供设备机体、支护环以及顶进系统，该支护方法为利用顶进系统向隧道内推进一个支护环身位的深度，同时利用支护环对开掘完成的部分进行支在上述支护方式中，其提供的顶进系统位置不变，但其推动的支护环数量会随着隧道开发深度的增加而增加，针对顶进系统所需要面临的阻力，不仅有来自于设备机体开挖掘进的阻力，还有来自支护环于隧道本体之间的摩擦力，且随着开发深度的增加，该摩擦阻力增大，导致顶进系统所需要面临的阻力逐渐增加，最终使得掘进速率逐渐降低，更有甚至会导致顶进系统因过大负压而面临损坏。发明内容[0003]本发明的目的是提供一种不良地质隧道护盾式盾构机及其支护方法，能够使推进机构每一次作业都仅需推动刀盘机构前进，还提供了可折叠盾护架构，便于运输且可自行[0004]本发明采取的技术方案具体如下：刀盘机构；盾护架构，采用逐段拼接式的方式连接并用于对隧道进行支护，所述盾护架构由顶角护板、顶护板、侧护板、底角护板以及底护板组合而成，且盾护架构采用可向内折叠式推进机构，深入隧道开挖端并用于将所述刀盘机构向隧道内推进，刀盘机构单次掘进后与端部的盾护架构之间产生过渡空间，所述推进机构内部同时设置有用于向过渡空间内输送底护板以及转运土渣小车的龙门吊；补料架，用于向隧道开挖端补充处于折叠状态的盾护架构；贯穿送架机构，用于将由补料架补充的盾护架构转运至过渡空间，并协助盾护架构在过渡空间内展开支护。[0005]所述刀盘机构包括刀盘壳、组装于刀盘壳端部的刀盘以及伸缩组装于刀盘壳尾部5的过渡护盖；所述刀盘壳的背部一体式组装有用于导出土渣的螺旋送料器，且螺旋送料器的末端同时放置土渣小车，所述刀盘机构的内部设置有用于驱动刀盘旋转作业的动力机构一；所述过渡护盖两侧内壁的顶部均水平固定设置有壁齿板，所述刀盘壳尾部两侧内壁的顶部均转动组装有壁齿轮，且壁齿轮与对应的壁齿板相啮合，所述刀盘壳两侧的外壁开设有供壁齿板穿行的壁槽，所述刀盘壳尾部内侧的顶部设置有用于同时驱动两个壁齿轮旋转的动力机构二。[0006]两个所述顶角护板对称设置于顶部的两侧，两个底角护板对称设置于底部的两侧，所述顶护板置于两个顶角护板之间且与两个顶角护板通过接护板相铰接，侧护板置于两个顶角护板与底角护板之间且与两者均通过接护板相铰接，所述底护板置于两个底角护板之间；所述顶角护板与底角护板的内壁均阵列式一体式设置有L型槽钢管，所述顶护板、侧护板以及底护板内壁均阵列式一体式设置有竖槽钢管，每个所述L型槽钢管两端的内部均通过弹簧伸缩式组装有内钢肋，且内钢肋分别可分离式插接于对应竖槽钢管一端的内所述顶角护板与底角护板同一端的棱角处均开设有锁接槽，所述顶角护板与底角护板另一端的棱角处均一体式设置有锁角板，两组盾护架构之间通过锁角板插入对应锁接槽内部的方式相连接；所述底角护板水平板材的表面两端开设有钩孔，位于底角护板内壁所述L型槽钢管底侧的末端贯穿开设有穿孔；所述底护板的一端一体式设置有落搭钩，落搭钩的另一端开设有搭钩槽，两个底护板之间通过落搭钩插入对应搭钩槽内部的方式相连接；位于顶护板内壁所述竖槽钢管的下方一体式设置有挂轨，位于底护板内壁所述竖槽钢管的表面一体式设置有条轨。[0007]推进机构包括镂空钢矩架以及固定设置于镂空钢矩架四侧棱角处的推进液压缸，所述推进液压缸的伸缩输出端与位于刀盘壳尾部的架构相连接，所述镂空钢矩架的底部设置有轨道机一，且轨道机一与各底护板表面拼接的条轨构成滑动组装，所述轨道机一内部通过阵列式设置的伸缩机构伸缩组装有撑挡块，且撑挡块抵住底护板表面对应竖槽钢管时用于固定推进机构的位置；所述镂空钢矩架中间架构的顶部一体式设置有龙门轨，且龙门吊与龙门轨构成滑动组装。[0008]所述补料架中间的顶部固定组装有吊机，且吊机与各顶护板内壁拼接的挂轨构成滑动组装，所述补料架两侧的中部固定连接有撑杆，补料架两侧的底部固定连接有撑叉，补料架两侧的底端可分离式连接档条；所述补料架转运折叠状态盾护架构时，吊机置于顶护板表面及两个顶角护板的对接处，撑杆置于对应侧护板外侧的顶部，撑叉置于对应底角护板内侧的顶部。[0009]所述贯穿送架机构包含顶板扩接机构、底板扩接机构、侧板扩接机构以及轨道机二，所述轨道机二与各底护板表面拼接的条轨构成滑动组装，且轨道机二的表面一体式设置有配重架。6[0010]顶板扩接机构用于携带顶角护板并使顶角护板斜向上扩展，顶板扩接机构包括液压缸二以及角挂架，所述配重架两侧的顶部一体式设置有斜导架，两个液压缸二所述对称式固定安装于配重架两侧的顶部，且液压缸二的伸缩输出端与角挂架固定连接，所述角挂架的一端与对应斜导架构成滑动组装，所述角挂架末端的表面及外壁均阵列式转动组装有辊轮，所述角挂架靠近辊轮的表面弹性转动组装有活挡块，且活挡块背离辊轮的一侧设置为圆弧面。[0011]底板扩接机构用于携带底角护板并使底角护板斜向下扩展，底板扩接机构包括底架、带底架以及液压缸三，两个所述带底架的一端均一体式设置有动力壳，动力壳的内部设置有动力机构三，动力机构三的输出端并位于带底架内部连接有连杆，所述连杆的末端固定连接有双螺纹螺杆一，双螺纹螺杆一的两端对称式螺接有卡钩，所述动力壳的侧壁一体式设置有导块，且导块的侧壁一体式连接有穿杆，所述底架固定设置于轨道机二的一侧，所述底架的两端均设置有限位导架一与限位导架二，限位导架一用于供对应动力壳贯穿并引导其移动，限位导架二用于供对应导块贯穿并引导其移动，两个所述液压缸三固定安装于配重架的两侧，且两个液压缸三的伸缩输出端共同连接有双槽连板，且双槽连板的两端均开设有用于供对应穿杆贯穿的横槽。[0012]侧板扩接机构用于携带侧护板并使侧护板向外侧扩展，侧板扩接机构包括固定设置于配重架两侧的侧穿壳，侧穿壳靠近配重架一端的内部均安装有电机，所述侧穿壳内部竖向阵列式转动组装有双螺纹螺杆二，每个所述双螺纹螺杆二的两端均螺接有螺套，每个所述双螺纹螺杆二延伸至侧穿壳底部的末端均安装有链轮，所述电机与同侧所有链轮通过链条传动连接；所述侧穿壳内部的中间横向贯穿式转动组装有转心杆，侧穿壳内部的顶底两侧横向贯穿式升降组装有夹杆，所述转心杆的末端阵列式转动组装有夹板，夹板设置有多组且每组有两个，所述夹杆贯穿处于同一侧同一高度的所有的夹板，所述夹板末端的侧壁均通过卷簧转动安装有尖头块；位于侧护板内侧的所述竖槽钢管，其两侧的顶底两端均开设有端缺口，且其两侧的中间均开设有中缺口。步骤1:由刀盘机构掘出的隧道由多个盾护架构进行支护；步骤2:刀盘机构单次掘进后与端部的盾护架构之间产生过渡空间，通过动力机构二驱动过渡护盖与刀盘壳分离并临时支护过渡空间；步骤3:通过龙门吊提前在过渡空间底部中间铺设底护板，与此同时补料架将处于折叠状态的盾护架构其他组分输送至隧道开挖端；步骤4:贯穿送架机构背离施工方向移动至补料架的后方，并同时接过输送而来的盾护架构组分；步骤5:贯穿送架机构随即反向移动，使折叠状态的盾护架构组分穿过推进机构并运送至过渡空间内；步骤6:通过动力机构二驱动过渡护盖与刀盘壳合并，同时通过顶板扩接机构、底板扩接机构以及侧板扩接机构展开盾护架构；步骤7:推进机构移动到新展开的盾护架构内，并进行下一次的掘进工作。7[0014]本发明取得的技术效果为：本支护方法，改变了现有技术中，利用推进机构推动多节支护结构深入隧道的方式，且随着掘进深度，所需要推动的支护结构数量就越多，其掘进难度越大，提供了一种新型的掘进支护方式，改用移动式的推进机构配合可折叠运输的盾护架构，最终使得推进机构每一次的推进作业，都仅需要推动刀盘机构前进即可，解决了因支护结构数量增多而阻[0015]本发明提供了一种适配本支护方法的可折叠盾护架构，其折叠后可在其展开组成的隧道内运输，便于其由初始端运输至施工端，且展开后的盾护架构可自动与相邻的盾护架构配合连接，盾护架构自身展开后也可通过弹出式的内钢肋完成整体展开结构的固定。[0016]本发明还提供了专门运输本盾护架构的补料架以及送架机构，补料架主要以杆架组成，结构简单；另外，送架机构在完成将盾护架构运送至待支护区域的前提下，还能够辅助完成盾护架构的展开工作，展开过程由盾护架构的上、中、下同步进行，展开过程全自动[0017]本发明中的刀盘机构，还可在单次掘进后产生的无支护过渡空间内，通过过渡护盖提供临时支护，且控制其在盾护架构展开时复位，即可解决过渡空间的无支护问题。附图说明图1是本发明的实施例所提供的护盾式盾构机的集成结构图；图2是本发明的实施例所提供的护盾式盾构机的剖视结构图；图3是本发明的实施例所提供的刀盘机构与推进机构的组合结构图；图4是本发明的实施例所提供的盾护架构的展开及折叠结构展示图；图5是本发明的实施例所提供的底护板的仰视结构图；图6是图4中A处的局部放大结构图；图7是本发明的实施例所提供的贯穿送架机构从补料架上卸下一组盾护架构的示图8是图7中B处的局部放大结构图；图9是图7中C处的局部放大结构图；图10是本发明的实施例所提供的贯穿送架机构贯穿补料架、盾护架构的平面示意图11是本发明的实施例所提供的贯穿送架机构推送一组盾护架构穿过镂空钢矩架的示意图；图12是本发明的实施例所提供的一组盾护架构与补料架的挂装示意图；图13是本发明的实施例所提供的贯穿送架机构的侧视结构图；图14是图13中D处的局部放大结构图；图15是本发明的实施例所提供的带底架的拆解剖视图；图16是本发明的实施例所提供的贯穿送架机构的仰视结构图；图17是本发明的实施例所提供的夹板钩住侧护板的结构示意图；图18是本发明的实施例所提供的尖头块钩住竖槽钢管的结构示意图；图19是本发明支护方法的流程图。8具体实施方式[0020]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。参照附图1-图3,刀盘机构1,刀盘机构1包括刀盘壳101、组装于刀盘壳101端部的刀盘102以及伸缩组装于刀盘壳101尾部的过渡护盖106;刀盘壳101的背部一体式组装有用于导出土渣的螺旋送料器103,且螺旋送料器103的末端同时放置土渣小车，刀盘机构1的内部设置有用于驱动刀盘102旋转作业的动力机构一104;过渡护盖106两侧内壁的顶部均水平固定设置有壁齿板107,刀盘壳101尾部两侧内壁的顶部均转动组装有壁齿轮105,且壁齿轮105与对应的壁齿板107相啮合，刀盘壳101两侧的外壁开设有供壁齿板107穿行的壁槽108,刀盘壳101尾部内侧的顶部设置有用于同时驱动两个壁齿轮105旋转的动力机构二109。[0022]根据上述结构，刀盘机构1单次掘进后，其后方因位移而产生过渡空间，在刀盘机构1向前移动的同时，通过动力机构二109驱动两个壁齿轮105旋转，借助壁齿轮105与壁齿板107的啮合，使过渡护盖106与刀盘壳101分离并临时支护过渡空间。[0023]参照附图4-图6,盾护架构2,采用逐段拼接式的方式连接并用于对隧道进行支护，盾护架构2由顶角护板201、顶护板202、侧护板203、底角护板204以及底护板205组合而成，且盾护架构2采用可向内折叠式结构；两个顶角护板201对称设置于顶部的两侧，两个底角护板204对称设置于底部的两侧，顶护板202置于两个顶角护板201之间且与两个顶角护板201通过接护板206相铰接，侧护板203置于两个顶角护板201与底角护板204之间且与两者均通过接护板206相铰接，底护板205置于两个底角护板204之间；顶角护板201与底角护板204的内壁均阵列式一体式设置有L型槽钢管209,顶护板202、侧护板203以及底护板205内壁均阵列式一体式设置有竖槽钢管210,每个L型槽钢管9209两端的内部均通过弹簧伸缩式组装有内钢肋211,且内钢肋211分别可分离式插接于对顶角护板201与底角护板204则可向内收缩，处于折叠状态的盾护架构2组件便于从展开的[0025]顶角护板201与底角护板204同一端的棱角处均底角护板204另一端的棱角处均一体式设置有锁角板208,两组盾护架构2之间通过锁角板底角护板204水平板材的表面两端开设有钩孔214,位于底角护板204内壁L型槽钢底护板205的一端一体式设置有落搭钩215,落搭钩215的另一端开设有搭钩槽位于顶护板202内壁竖槽钢管210的下方一体式设置有挂轨213,位于底护板205内区域的底面上，相邻两个底护板205之间通过落搭钩215插入对应搭钩槽216内部的方式相渡空间内输送底护板205以及转运土渣小车的龙门吊305;推进机构包括镂空钢矩架3以及固定设置于镂空钢矩架3四侧棱角处的推进液压缸301,推进液压缸301的伸缩输出端与位于刀盘壳101尾部的架构相连接，镂空钢矩架3的底部设置有轨道机一302,且轨道机一302与各底护板205表面拼接的条轨212构成滑动组镂空钢矩架3中间架构的顶部一体式设置有龙门轨304,且龙门吊305与龙门轨304进位置时，轨道机一302内部的伸缩机构下放撑挡块303并抵住对应底护板205表面的竖槽[0029]参照附图12,补料架5,用于向隧道开挖端补充处于折叠状态的盾护架构2,补料架5中间的顶部固定组装有吊机501,且吊机501与各顶护板202内壁拼接的挂轨213构成滑动组装，补料架5两侧的中部固定连接有撑杆502,补料架5两侧的料架5两侧的底端可分离式连接档条504;补料架5转运折叠状态盾护架构2时，吊机501置于顶护板2504贯穿底角护板204底板表面L型槽钢管209的穿孔219,用于临时挡住其内部的内钢肋[0031]参照附图13-图18,贯穿送架机构4,用于将由补料架5补充的盾护架构2转运至过扩接机构、侧板扩接机构以及轨道机二401,轨道机二401与各底护板205表面拼接的条轨包括液压缸二403以及角挂架404,配重架402两侧的顶部一体式设置有斜导架405,两个液压缸二403对称式固定安装于配重架402两侧的顶部，且液压缸二403的伸缩输出端与角挂及外壁均阵列式转动组装有辊轮407,角挂架404靠近辊轮407的表面弹性转动组装有活挡包括底架408、带底架409以及液压缸三418,两个带底架409的一端均一体式设置有动力壳410,动力壳410的内部设置有动力机构三411,动力机构三411的输出端并位于带底架409内部连接有连杆412,连杆412的末端固定连接有双螺纹螺杆一，双螺纹螺杆一的两端对称式螺接有卡钩413,动力壳410的侧壁一体式设置有导块414,且导块414的侧壁一体式连接有穿杆位导架二417,限位导架一416用于供对应动力壳410贯穿并引导其移动，限位导架二417用个液压缸三418的伸缩输出端共同连接有双槽连板419,且双槽连板419的两端均开设有用于供对应穿杆415贯穿的横槽；侧板扩接机构用于携带侧护板203并使侧护板203向外侧扩展固定设置于配重架402两侧的侧穿壳420,侧穿壳420靠近配重架402一端的内部均安装有电机421,侧穿壳420内部竖向阵列式转动组装有双螺纹螺杆二422,每个双螺纹螺杆二422的两端均螺接有螺套423,每个双螺纹螺杆二422延伸至侧穿壳420底部的末端均安装有链轮，11侧穿壳420内部的中间横向贯穿式转动组装有转心杆425,侧穿壳420内部的顶底两侧横向贯穿式升降组装有夹杆426,转心杆425的末端阵列式转动组装有夹板427,夹板427设置有多组且每组有两个，夹杆426贯穿处于同一侧同一高度的所有的夹板427,夹板位于侧护板203内侧的竖槽钢管210,其两侧的顶底两端均开设有端缺口217,且其架5的后方，贯穿送架机构4整体会贯穿补料架5,顶板扩接机构内的角挂架404会与对应顶的带底架409同时夹住对应底角护板204,通过液压缸三418优先使带底架409直线下移一小423相互靠近，进而驱使上下两个夹杆426相向直线移动，每组内两个夹板427便会对向旋步骤3:通过龙门吊30