TBM整体式轨道托架及TBM电机驱动、整体式轨道托架步进方法 技术领域
本发明涉及一种TBM整体式轨道托架及TBM电机驱动、整体式轨道托架步进方法。
背景技术
西秦岭特长隧道全长28236m，其长度目前在国内尚属前列，且此处采用钻爆法与TBM掘进法相结合施工，TBM预备洞总长度长达5500m，TBM需要步进通过预备洞隧道，步进长度长，步进方法及技术直接影响步进的速度。
我国长大隧道采用TBM施工始于西康铁路秦岭隧道，其后在西南铁路桃花铺隧道、磨沟岭隧道、中天山隧道使用。TBM步进作为TBM施工的一道工序，尤其是TBM与钻爆相结合使得TBM步进越来越长，其施工周期更长，使得人们更加投入地研究其技术的先进性及可靠性。兰渝西秦岭隧道采用敞开式TBM直径10.2m，整机全长172m，整机重1800t，前端刀盘及轴承等总重800t。目前国内同类项目中重庆锦屏采用弧形滑道步进方法，但后面没有铺设仰拱预制块；大伙房隧道局利用撑靴提供反力步进。但TBM型号与此处均不相同，在国内敞开式10.2m直径TBM步进尚属首例，现有技术存在速度较慢等缺陷。
发明内容
为了弥补上述缺陷，本发明提供一种全新的TBM整体式轨道托架及TBM电机驱动、整体式轨道托架步进方法。
本发明的TBM整体式轨道托架包括前端整体式轨道托架和后端整体式轨道托架。前端整体式轨道托架下部为轮对式，利用转向销将托架主体与托架主体下部设置的走行轮铰接固定，可防止TBM在推进过程中瞬间所承受的转载力， 前端整体式轨道托架上部焊接弧形钢板，弧形钢板托起TBM步进主机前端刀盘并与它焊接在一起，防止TBM滚动或晃动。前端整体式轨道托架由行走系统电机同步驱动向前滑行。后端整体式轨道托架下部为轮对式，设有走行轮。上部采用工字钢桁架，在撑靴处托起该工字钢桁架部分。后端整体式轨道托架不设电机驱动，作为前端整体式轨道托架的从动轮。TBM撑靴处放在后端整体式轨道托架上，用走行轮从动前行。
本发明的TBM电机驱动、整体式轨道托架步进方法包括以下主要步骤：
(1)预备洞及始发洞施工
预备洞及始发洞均采用钻爆法施工，预备洞为平底的步进垫层混凝土，始发洞分两部分，后部20m为平底的步进垫层混凝土，前部5m为弧形混凝土底座，始发洞作为步进与掘进转换用。
(2)整体式轨道垫层混凝土施工
预备洞施工停止前开始隧道底面整体式轨道垫层混凝土施工。
(3)其它准备工作，包括：洞口拼装场地硬化、整体式轨道铺设、整体式轨道托架加工安装、以及TBM组装调试。
(4)施工准备工作
(5)TBM步进作业
完成所有准备工作后开始步进，一个循环包括以下几个步骤：a.后支撑腿放下至混凝土底面；b.由行走系统电机驱动，前端整体式轨道托架及后端整体式轨道托架前行一个行程，拖动TBM步进主机步进一个行程，同时后配套牵引油缸伸长一个行程；c.前行完成后，用定位卡锁住前端整体式轨道托架和后端整体式轨道托架的走行轮；d.收起后支撑腿；e.后配套牵引油缸收缩，带动后配套前行一 个行程；f.在后配套完成一个行程步进后，安装仰拱预制块铺设轨道，并进行预制块注浆，从而完成一个循环进入下一循环步进作业。
其中在预备洞及始发洞施工步骤中，始发洞初支27cm，初支采用I20b工字钢，间距45cm，开挖半径5.47m，初支施工后半径5.20m，在TBM撑靴位置安装焊接钢板；预备洞按设计支护参数施工。
其中，TBM主机在洞口场地在弧形钢板上进行组装，弧形钢板焊接在由电机驱动的前端整体式轨道托架上。
其中，一个行程为1.8m。
本发明的TBM整体式轨道托架及TBM电机驱动、整体式轨道托架步进方法具有施工周期短和施工速度快的优点。
附图说明
图1为TBM电机驱动、整体式轨道托架步进方法图；
图2为TBM电机驱动、整体式轨道托架步进方法流程图；
图3为TBM始发洞衬砌断面图；
图4为整体式轨道截面图；
图5为整体式轨道托架示意图；
图6为整体式轨道托架下轮对图；
图7为行走系统示意图。
图中：1-弧形钢板，2-推力油缸，3-仰拱块吊机，4-后配套牵引油缸，5-前端整体式轨道托架，6-后端整体式轨道托架，7-后支撑腿，8-仰拱预制块，9-轨道延伸，10-步进垫层混凝土，11-仰拱混凝土，12-混凝土底座，13-TBM外轮廓。
具体实施方式
首先，详细介绍本发明的TBM步进整体式轨道垫层、整体式轨道、整体式轨道托架、始发洞的具体结构。
TBM步进整体式轨道垫层采用15cm厚C35混凝土。
整体式轨道间距6m，两侧各两根轨道，内侧轨道与外侧轨道中对中间距0.5m，轨道底部用2cm厚钢板焊接成整体，见图4。轨道设计为3.6m一段，用鱼尾板连接。
采用弧形钢板1支撑TBM步进主机的前端刀盘，TBM步进主机设置于在弧形钢板1两侧焊接的前端整体式轨道托架5上(8台整体式轨道托架承载，每台可承载100多吨，该整体式轨道托架利用转向销将托架主体和走行轮铰接固定，可防止TBM在推进过程中瞬间所承受的转载力)，弧形钢板1采用70mm厚钢板加工，尺寸约为5200mm×4270mm×70mm(长×宽×厚)，以内半径5100mm弯成弧形。前端整体式轨道托架5通过铺设在仰拱混凝土11上的整体式轨道由电机驱动(16台电机，每台1.5kw)向前滑行；前端整体式轨道托架5下部为轮对式，上部采用弧形钢板，托起TBM前端刀盘并与它焊接在一起，防止TBM滚动或晃动。下部共有走行轮32个，走行轮直径30cm，采用16台1.5kw电机同步驱动。后端整体式轨道托架6下部为轮对式、上部采用工字钢桁架，在撑靴处托起该工字钢桁架部分，下部共有走行轮8个，走行轮直径30cm。该后端整体式轨道托架6不设电机驱动，作为前端整体式轨道托架5的从动轮。TBM撑靴处放在后端整体式轨道托架6上，用行走轮从动前行。
预备洞(共长5500m)及始发洞(长25m)采用钻爆法施工，其中预备洞按设计断面及支护参数施工；始发洞开挖半径5.47m，初支施工后半径5.20m，初支27cm，初支采用I20b工字钢，间距45cm，在TBM撑靴位置安装焊接钢板。始发洞分两部分，后20m为平底的步进垫层混凝土10，前5m为弧形混凝土底座12。施工时要保证喷射 混凝土的平整度小于1cm，确保掘进时撑靴撑在工字钢桁架位置并能提供足够的反力。
下面，详细介绍本发明的电机驱动、整体式轨道托架步进方法。
本发明的TBM电机驱动、整体式轨道托架步进方法流程图见图2，具体包括以下主要步骤：
(1)预备洞及始发洞施工
在步进前先施工预备洞及始发洞，确保步进到位后可以正常转换工序，从而进行正常掘进，预备洞及始发洞均采用钻爆法施工，预备洞为平底的步进垫层混凝土，始发洞分两部分，后20m为平底的步进垫层混凝土10，前5m为弧形混凝土底座12。初支27cm，初支采用I20b工字钢，间距45cm。开挖半径5.47m，初支施工后半径5.20m，施工时要保证喷射混凝土的平整度小于1cm，确保掘进时撑靴撑在工字钢桁架位置并能提供足够的反力。预备洞按设计支护参数施工。
(2)整体式轨道垫层混凝土施工
预备洞施工停止前1个月左右开始隧道底面整体式轨道垫层混凝土施工。
(3)其它准备工作
完成其它准备工作，具体包括：洞口拼装场地硬化、整体式轨道铺设、整体式轨道托架加工安装、TBM组装调试。TBM主机在洞口场地在弧形钢板上进行组装，弧形钢板焊接在由电机驱动的前端整体式轨道托架5上。
(4)施工准备
完成一些通常的施工准备工作。
(5)TBM步进作业
完成所有准备工作后开始步进，以一个行程为1.gm为例说明步进作业。后支撑腿7放下至混凝土底面；由行走系统电机驱动，前端整体式轨道托架5及后端整体式轨道托架6前行1.8m，拖动主机步进1.8m，同时后配套牵引油缸4伸 长1.8m；前行完成后，用定位卡锁住前端整体式轨道托架5和后端整体式轨道托架6的走行轮；收起后支撑腿7；后配套牵引油缸4收缩，带动后配套前行1.8m；在后配套完成1.8m步进后，后方安装仰拱预制块8铺设轨道，并进行预制块注浆，从而完成一个循环进入下一循环步进作业。
虽然上面已经参考附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对本发明作出各种不同的修改和变化。因此，应该理解上述的实施例不是限制，而是各个方面的举例说明。