隧道掘进机顶推支撑装置及施工方法.pdf

一种隧道掘进机顶推支撑装置及施工方法，包括预埋的多根支撑锚孔横梁，在支撑锚孔横梁的两端设有支撑定位锚孔；还设有至少两条倾斜的滑轨；还包括反力架，反力架的底部设有反力架支腿，反力架为框架结构，并具有一个与隧道掘进机尾部端面相对的用于顶住辅助顶推油缸侧面。施工方法包括以下步骤：一、将预埋螺栓焊在插筋上；二、通过螺母安装钢垫板在预埋螺栓上，三、在钢垫板上安装支撑锚孔横梁、支撑定位锚孔和滑轨；将辅助液压油缸放置在隧道掘进机与反力架之间，顶升一个步进行程；通过上述步骤，实现隧道掘进机始发进洞的顶推行走。本发明可以确保支撑数百吨的步进推力，不会因受力不均使滑道结构受到破坏。

1.  一种隧道掘进机顶推支撑装置，包括预埋的多根支撑锚孔横梁（5），其特征是：在支撑锚孔横梁（5）的两端设有支撑定位锚孔（6）；
所述的多根支撑锚孔横梁（5）沿着隧道掘进机的前进方向均布，在支撑锚孔横梁（5）上位于支撑定位锚孔（6）之间的位置还设有至少两条上端面中垂线指向同一圆心的倾斜的滑轨（9）；
还包括反力架（14），反力架（14）的底部设有至少两个与支撑定位锚孔（6）形成接插配合的反力架支腿（10），反力架（14）为框架结构，并具有一个与隧道掘进机尾部端面相对的用于顶住辅助顶推油缸（15）的侧面。

2.  根据权利要求1所述的一种隧道掘进机顶推支撑装置，其特征是：所述的滑轨（9）底部固设有使各条滑轨同心的调整斜钢板（7）。

3.  根据权利要求1所述的一种隧道掘进机顶推支撑装置，其特征是：在滑轨（9）的侧面还设有多根滑轨U型钢筋埋件（8）。

4.  根据权利要求1所述的一种隧道掘进机顶推支撑装置，其特征是：反力架（14）用于顶住辅助顶推油缸（15）的侧面还设有油缸反力板（12）。

5.  根据权利要求1所述的一种隧道掘进机顶推支撑装置，其特征是：在反力架（14）上与支撑定位锚孔（6）相应位置的顶部还设有顶耳（11），顶梁（16）插入到顶耳（11）内，在顶梁（16）的一端与地面之间设有千斤顶（17）。

6.  根据权利要求1所述的一种隧道掘进机顶推支撑装置，其特征是：所述的支撑锚孔横梁（5）固设在钢垫板（3）上，钢垫板（3）通过螺母（4）与多根预埋螺栓（2）可调节地固定连接；预埋螺栓（2）与预埋的插筋（1）焊接连接。

7.  根据权利要求6所述的一种隧道掘进机顶推支撑装置，其特征是：所述的钢垫板（3）固定在两颗螺母（4）之间。

8.  根据权利要求1所述的一种隧道掘进机顶推支撑装置，其特征是：反力架支腿（10）为至少四个。

9.  一种如权利哦要求1~8任一项所述的隧道掘进机顶推支撑装置的施工方法，其特征是包括以下步骤：
一、在地面开挖一个与隧道掘进机（20）相应尺寸的槽，在槽中浇一层混凝土并沿隧道掘进机的顶推方向埋入多根插筋（1），将预埋螺栓（2）焊在插筋（1）上；
二、通过螺母（4）安装钢垫板（3）在预埋螺栓（2）上，利用上下双螺母调节钢垫板（3）的高度及水平度；
三、在钢垫板（3）上安装支撑锚孔横梁（5），支撑锚孔横梁（5）的两端固设有支撑定位锚孔（6），在支撑锚孔横梁（5）上测放中心线，移动支撑锚孔横梁（5）与滑轨（9）之间的调整斜钢板（7），将滑轨（9）的倾斜角、高程、间距、同心精度和平行度参数调整到符合设计要求；
四、浇筑混凝土，至支撑定位锚孔（6）的上端面以下，和滑轨（9）上端面所接圆弧以下，以形成弧形滑道（18）；
五、将框架结构的反力架（14）的底部的反力架支腿（10）插入到支撑定位锚孔（6）内，将辅助液压油缸（15）放置在隧道掘进机尾部端面与反力架（14）的侧面之间，操作辅助液压油缸（15）顶升，即推动隧道掘进机行走一个步进行程，将反力架（14）插入下一组支撑定位锚孔（6）内，顶升下一个步进行程；
通过上述步骤，实现隧道掘进机始发进洞的顶推行走。

10.  根据权利要求9所述的一种隧道掘进机顶推支撑装置的施工方法，其特征是：在反力架（14）上与支撑定位锚孔（6）相应位置的顶部还设有顶耳（11），当反力架支腿（10）难以取出时，将顶梁（16）插入到顶耳（11）内，在顶梁（16）的一端与地面之间设置千斤顶（17），顶升千斤顶（17）即可将反力架支腿（10）顶松吊出。

隧道掘进机顶推支撑装置及施工方法
本申请是名称为“隧道掘进机步进顶推支撑装置及施工方法”，申请日为2013年11月13日，申请号为“2013105619687”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及隧道掘进机施工领域，特别是一种用于隧道掘进机始发进洞的步进顶推支撑装置及施工方法。
背景技术
铁路、公路、大型水利工程等通常需要在岩石山体内进行施工，山体是由不同软、硬，不同层理的岩石所组成。随着工程规模加大，施工速度要求加快，许多长度大于6Km，横断面大于80m²的隧道，已经不适应采用粗放的钻爆法施工。为了加快工程进度，减少二次衬砌工序，目前都采用全断面岩石隧道掘进机（隧道掘进机：TunnelBoringMachinc简称TBM，）铣挖隧洞。隧洞硬岩掘进机在隧洞口前安装场安装调试，由于主机始发位置处于隧道始发洞段之外，TMB不能利用撑靴与岩壁相互作用，顶推机体牵引后部配套设施前进，必须借助底部辅助油缸与地面的反力支撑装置，将TBM主机段与后部配套设施等由洞外安装场，顶推到洞内掌子面掘进位置。TBM机体重量约600余吨，后配套设施等装置所需牵引力约70吨，TBM机体与地面轨道的滑动磨擦力约180余吨，在多种力的组合作用下，按常规方法在地面混凝土滑道上预埋支撑反力装置，埋件的埋设精度不高，其强度也承受不了最大250吨推力作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道掘进机顶推支撑装置，可以为隧道掘进机的顶推提供可靠支撑，且便于调整精度。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种隧道掘进机顶推支撑装置的施工方法，可以埋设精度和强度能满足隧道掘进机辅助液压油缸顶推力的支撑装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种隧道掘进机顶推支撑装置，包括预埋的多根支撑锚孔横梁，在支撑锚孔横梁的两端设有支撑定位锚孔；
所述的多根支撑锚孔横梁沿着隧道掘进机的前进方向均布，在支撑锚孔横梁上位于支撑定位锚孔之间的位置还设有至少两条上端面中垂线指向同一圆心的倾斜的滑轨；
还包括反力架，反力架的底部设有至少两个与支撑定位锚孔形成接插配合的反力架支腿，反力架为框架结构，并具有一个与隧道掘进机尾部端面相对的用于顶住辅助顶推油缸的侧面。
所述的滑轨底部固设有使各条滑轨同心的调整斜钢板。
在滑轨的侧面还设有多根滑轨U型钢筋埋件。
反力架用于顶住辅助顶推油缸的侧面还设有油缸反力板。
在反力架上与支撑定位锚孔相应位置的顶部还设有顶耳，顶梁插入到顶耳内，在顶梁的一端与地面之间设有千斤顶。
所述的支撑锚孔横梁固设在钢垫板上，钢垫板通过螺母与多根预埋螺栓可调节地固定连接；预埋螺栓与预埋的插筋焊接连接。
所述的钢垫板固定在两颗螺母之间。
反力架支腿为至少四个。
一种隧道掘进机顶推支撑装置的施工方法，包括以下步骤：
一、在地面开挖一个与隧道掘进机相应尺寸的槽，在槽中浇一层混凝土并沿隧道掘进机的顶推方向埋入多根插筋，将预埋螺栓焊在插筋上；
二、通过螺母安装钢垫板在预埋螺栓上，利用上下双螺母调节钢垫板的高度及水平度；
三、在钢垫板上安装支撑锚孔横梁，支撑锚孔横梁的两端固设有支撑定位锚孔，在支撑锚孔横梁上测放中心线，移动支撑锚孔横梁与滑轨之间的调整斜钢板，将滑轨的倾斜角、高程、间距、同心精度和平行度参数调整到符合设计要求；
四、浇筑混凝土，至支撑定位锚孔的上端面以下，和滑轨上端面所接圆弧以下，以形成弧形滑道；
五、将框架结构的反力架的底部的反力架支腿插入到支撑定位锚孔内，将辅助液压油缸放置在隧道掘进机尾部端面与反力架的侧面之间，操作辅助液压油缸顶升，即推动隧道掘进机行走一个步进行程，将反力架插入下一组支撑定位锚孔内，顶升下一个步进行程；
通过上述步骤，实现隧道掘进机始发进洞的顶推行走。
在反力架上与支撑定位锚孔相应位置的顶部还设有顶耳，当反力架支腿难以取出时，将顶梁插入到顶耳内，在顶梁的一端与地面之间设置千斤顶，顶升千斤顶即可将反力架支腿顶松吊出。
本发明提供的一种隧道掘进机顶推支撑装置及施工方法，通过预埋的支撑定位锚孔配合反力架，可以确保支撑辅助顶推油缸数百吨的步进推力，本发明的结构和施工方法不会因受力不均使滑道结构受到破坏，确保TBM始发进洞步进顶推平稳顺利安全可靠。本发明中预埋螺栓配合钢垫板的结构便于调节高程和水平，支撑锚孔横梁和调整斜钢板的结构，便于调整滑轨的倾斜角，高程、间距、同心精度和平行度，即本发明的结构与方法，非常便于调节整个支撑装置的精度，从而避免受力不均。
本发明结构尺寸调整操作简单，简化埋件安装工序，加快安装调整进度，埋件安装精度高。弧形滑道的滑轨及支撑锚孔受力均衡，结构强度高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为隧道掘进机步进顶进的俯视结构示意图。
图2为本发明支撑装置的结构断面示意图，图中采用了省略画法，将滑轨外接圆的圆心移近，以便于观察。
图3为本发明方法中顶松反力架支腿的结构示意图。
图4为本发明中插筋、预埋螺栓和钢垫板的连接结构示意图。
图5为本发明中支撑定位锚孔和支撑锚孔横梁的结构示意图。
图6为本发明中滑轨与调整斜钢板的结构示意图。
图7为图6的侧向视图。
图8为本发明中反力架的结构示意图。
图中：插筋1，预埋螺栓2，钢垫板3，螺母4，支撑锚孔横梁5，支撑定位锚孔6，调整斜钢板7，滑轨U型钢筋埋件8，滑轨9，反力架支腿10，顶耳11，油缸反力板12，吊耳13，反力架14，辅助顶推油缸15，顶梁16，千斤顶17，弧形滑道18，混凝土19，隧道掘进机20。
具体实施方式
实施例1：
如图1~8中，一种隧道掘进机顶推支撑装置，包括预埋的多根支撑锚孔横梁5，在支撑锚孔横梁5的两端设有支撑定位锚孔6；如图2、3、5中所示，本例中的支撑定位锚孔6优选的采用方形钢管。
如图1、3中，所述的多根支撑锚孔横梁5沿着隧道掘进机的前进方向均布，在支撑锚孔横梁5上位于支撑定位锚孔6之间的位置还设有至少两条上端面中垂线指向同一圆心的倾斜的滑轨9。如图2中所示，当然，本领域技术人员可以理解的，在实际安装过程中可能存在误差，如图2中的O₁和O₂所示，通过调整尽量使O₁和O₂重合或者在设计要求许可的范围内，图2采用了省略画法，实际的圆心要在更高的位置。本例中的滑轨9采用如图6中所示的“H”型钢滑轨。
如图2中，支撑定位锚孔6的上端面以下，和滑轨9上端面所接圆弧以下，填充有混凝土19；优选的，混凝土19会低于支撑定位锚孔6的上端面和滑轨9上端面所接圆弧以下3~8mm。
如图1、2、8中，还包括反力架14，反力架14的底部设有至少两个与支撑定位锚孔6形成接插配合的反力架支腿10，优选的，根据隧道掘进机的重量反力架支腿10采用四个或六个也是可行的，本例中则采用四个。
反力架14为框架结构，并具有一个与隧道掘进机尾部端面相对的用于顶住辅助顶推油缸15的侧面。由此结构，如图1中，由滑轨9提供隧道掘进机20的重量支撑，而由插在支撑定位锚孔6内的反力架14提供可靠的步进顶推支撑。
优选的，如图2、6、7中所示，所述的滑轨9底部固设有使各条滑轨同心的调整斜钢板7。调整斜钢板7靠近该侧支撑定位锚孔6的一端较高。通过调整斜钢板7在支撑锚孔横梁5上的位置，可以方便地调节滑轨的倾斜角、高程、间距、同心精度和平行度，从而便于提高整个支撑装置的安装精度。
优选的，如图6~7中所示，在滑轨9的侧面还设有多根滑轨U型钢筋埋件8，在U型钢筋埋件8的端头还设有弯折部，U型钢筋埋件8与滑轨9焊接连接。由此结构，进一步提高滑轨9在混凝土19内的强度。
优选的，如图2、8所示，反力架14用于顶住辅助顶推油缸15的侧面还设有油缸反力板12。由此结构，便于使所受到的压力分散给整个反力架14。
优选的如图3中，在反力架14上与支撑定位锚孔6相应位置的顶部还设有顶耳11，顶梁16插入到顶耳11内，在顶梁16的一端与地面之间设有千斤顶17。由此结构，当反力架支腿10与支撑定位锚孔6因轻微变形而锁紧时，可以采用千斤顶17配合顶梁16将反力架支腿10顶松，从而便于通过反力架14上的吊耳13起吊整个反力架14。
所述的支撑锚孔横梁5固设在钢垫板3上，钢垫板3通过螺母4与多根预埋螺栓2可调节地固定连接；预埋螺栓2与预埋的插筋1焊接连接。
优选的，如图2~4中所示，所述的钢垫板3固定在两颗螺母4之间。由此结构，便于调节钢垫板3的高度精度和水平精度。
实施例2：
本例为采用实施例1装置的方法，本例中未描述的结构，与实施例1中的结构相同。
如图1~8中所示，一种隧道掘进机顶推支撑装置的施工方法，包括以下步骤：
一、在地面开挖一个与隧道掘进机20相应尺寸的槽，在槽中浇一层素混凝土并沿隧道掘进机的顶推方向和步进顶推间距埋入多根插筋1，将预埋螺栓2焊在插筋1上；素混凝土是指无筋或不配置受力钢筋的混凝土。
二、通过螺母4安装钢垫板3在预埋螺栓2上，本例中钢垫板3的四角穿过预埋螺栓2，并被固定在上下两个螺母4之间，利用上下双螺母调节钢垫板3的高度及水平度；
三、在钢垫板3上安装支撑锚孔横梁5，支撑锚孔横梁5的两端固设有支撑定位锚孔6，在支撑锚孔横梁5上测放中心线，移动支撑锚孔横梁5与滑轨9之间的调整斜钢板7，将滑轨9的倾斜角如图2中的α₁和α₂所示，高程、间距、同心精度如图2中的O₁和O₂所示，和平行度参数调整到符合设计要求；
四、浇筑混凝土，至支撑定位锚孔6上端面以下，和滑轨9上端面所接圆弧以下，以形成弧形滑道18；通常低3~8mm。
五、隧道掘进机20放置在滑轨9上，在反力架14顶部的吊耳13内穿上吊索，用隧道掘进机20上的吊运机构将反力架14，吊运至弧形滑道18上方，将框架结构的反力架14的底部的反力架支腿10插入到支撑定位锚孔6内并落到底，将辅助液压油缸15放置在隧道掘进机尾部端面与反力架14的侧面之间，操作辅助液压油缸15缸头顶住油缸反力板12，向前顶一个行程，则隧道掘进机20在反力架14、反力架支腿10和支撑定位锚孔6的反作用下，推动隧道掘进机行走一个步进行程，操作辅助顶推油缸15收缩，用隧道掘进机20的吊运机构将反力架14吊起前移一个步进行程，将反力架14插入下一组支撑定位锚孔6内，顶升下一个步进行程；
通过上述步骤，实现隧道掘进机始发进洞的顶推行走。
优选的如图3中所示，在反力架14上与支撑定位锚孔6相应位置的顶部还设有顶耳11，当反力架支腿10难以取出时，将顶梁16插入到顶耳11内，在顶梁16的一端与地面之间设置千斤顶17，顶升千斤顶17即可将反力架支腿10顶松吊出。