一种护盾式TBM中U型梁安装装置及方法技术领域
本发明涉及一种TBM隧洞支护技术，具体涉及一种护盾式TBM中U
型梁安装装置及方法。
背景技术
TBM隧洞施工方法由于具有施工速度快、施工环境粉尘小等优势，在水
电引水隧洞、公铁交通隧道的施工中得到了广泛应用。在TBM施工过程中，
随着刀盘不断向前掘进，开挖面自TBM护盾后方不断被揭露，此时需在围
岩揭露区进行一次支护作业。一次支护效率不仅关系围岩的稳定及人员的安
全，还直接影响到TBM的掘进速度。现在护盾式TBM的U型梁安装器位
于护盾内侧，U型梁的组装均在安装器内侧进行。由于安装器尺寸小于围岩
开挖内尺寸，导致拼装完成的整环U型梁弧度与开挖洞壁不匹配，严重影响
了U型梁的安装效率与工作性能。因此，急需研发一种U型梁的安装装置及
方法，以改善U型梁的拼装效率及工作性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种护盾式TBM中U型梁安装装置及方法，以
解决护盾式TBM中U型梁安装器弧度与开挖洞壁不匹配的问题，本发明可
以解决TBM安装器与开挖洞壁不匹配导致U型梁无法紧贴洞壁、接头连接
不牢的问题，能够显著改善U型梁的受力状态，充分发挥其支护性能；同时
能够有效提高U型梁的安装效率，进而提高TBM的掘进效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种护盾式TBM中U型梁安装装置，包括设置于隧洞中的U型梁安装
器，所述的U型梁安装器为圆筒状，U型梁安装器的外沿上固定有若干弧形
钢板，所述的弧形钢板组成曲率半径等于U型梁安装器外径的圆筒，弧形钢
板的外侧设有若干U型梁，相邻的U型梁通过接头连接。
进一步地，U型梁安装器与隧洞顶部的围岩开挖壁面之间设有保护盾。
进一步地，所述的弧形钢板共十二个。
进一步地，每个弧形钢板的两端与其曲率中心连线的夹角均为30°。
进一步地，所述的U型梁共六个。
进一步地，所述的弧形钢板通过焊接方式与U型梁安装器的外沿固定。
一种护盾式TBM中U型梁安装方法，包括以下步骤：
步骤一：在U型梁安装器的后方焊接若干弧形钢板，弧形钢板组成曲率
半径等于U型梁安装器外径的圆筒；
步骤二：将其中一节U型梁放置在最下端的弧形钢板上；接着旋转U型
梁安装器将放置在弧形钢板上的U型梁转至一侧，让出邻接U型梁的安装空
间；在让出的安装空间上将邻接U型梁放置在弧形钢板上，两相邻的弧形钢
板通过接头连接；依此将一环内所有U型梁及接头安装完成，形成整环U型
梁；
步骤三：将组装完成的整环U型梁拖出，通过调整接头使整环U型梁与
围岩开挖壁面紧密贴合。
进一步地，U型梁安装器与隧洞顶部的围岩开挖壁面之间设有保护盾。
进一步地，所述的弧形钢板共十二个，每个弧形钢板的两端与其曲率中
心连线的夹角均为30°；整环U型梁包括六个U型梁。
进一步地，步骤二中旋转U型梁安装器时，每次的旋转方向相同，每次
的旋转弧度为一节U型梁及一个接头的弧度之和。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明装置通过在U型梁安装器后方固定弧形钢板，改变了整环U型梁
的连接弧度，解决了U型梁安装器与U型梁弧度不匹配导致U型梁组装困
难，组装完成后无法紧贴洞壁、接头连接不牢的问题，该装置能够显著改善
U型梁的受力状态，充分发挥其支护性能；同时能够有效提高U型梁的安装
效率，进而提高TBM的掘进效率。
进一步地，在U型梁安装器与隧洞顶部的围岩开挖壁面之间设置保护盾，
可以防止围岩揭露区塌方与落石，有效保护了支护施工人员及机械设备的安
全。
本发明方法在U型梁安装器的后方焊接若干弧形钢板，弧形钢板组成曲
率半径等于U型梁安装器外径的圆筒；然后将其中一节U型梁放置在最下端
的弧形钢板上；接着旋转U型梁安装器将放置在弧形钢板上的U型梁转至一
侧，让出邻接U型梁的安装空间；在让出的安装空间上将邻接U型梁放置在
弧形钢板上，两相邻的弧形钢板通过接头连接；依此将一环内所有U型梁及
接头安装完成，形成整环U型梁；最后将组装完成的整环U型梁拖出，通过
调整接头使整环U型梁与围岩开挖壁面紧密贴合，可以解决TBM安装器与
开挖洞壁不匹配导致U型梁无法紧贴洞壁、接头连接不牢的问题。能够显著
改善U型梁的受力状态，充分发挥其支护性能；同时能够有效提高U型梁的
安装效率，进而提高TBM的掘进效率。
进一步地，旋转U型梁安装器时，每次的旋转方向相同，每次的旋转弧
度为一节U型梁及一个接头的弧度之和，保证了安装精度。
附图说明
图1为本发明的U型梁安装正式图；
图2为本发明的U型梁安装侧视图。
其中，1、U型梁安装器；2、弧形钢板；3、U型梁；4、接头；5、保护
盾；6、围岩开挖壁面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1至图2，一种护盾式TBM中U型梁安装装置，包括设置于隧
洞中的U型梁安装器1，U型梁安装器1与隧洞顶部的围岩开挖壁面6之间
设有保护盾5，所述的U型梁安装器1为圆筒状，U型梁安装器1的外沿上
焊接固定有十二个弧形钢板2，每个弧形钢板2的两端与其曲率中心连线的
夹角均为30°，所述的弧形钢板2组成曲率半径等于U型梁安装器1外径的
圆筒，弧形钢板2的外侧设有六个U型梁3，相邻的U型梁3通过接头4连
接。
一种护盾式TBM中U型梁安装方法，包括以下步骤：
步骤一：在U型梁安装器1与隧洞顶部的围岩开挖壁面6之间设置保护
盾5，在U型梁安装器1的后方焊接十二个弧形钢板2，每个弧形钢板2的
两端与其曲率中心连线的夹角均为30°，弧形钢板2组成曲率半径等于U型
梁安装器1外径的圆筒；
步骤二：将其中一节U型梁3放置在最下端的弧形钢板2上；接着旋转
U型梁安装器1将放置在弧形钢板2上的U型梁3转至一侧，旋转弧度为一
节U型梁3及一个接头4的弧度之和，让出邻接U型梁3的安装空间；在让
出的安装空间上将邻接U型梁3放置在弧形钢板2上，两相邻的弧形钢板2
通过接头4连接；依此将一环内六个U型梁3及对应接头4安装完成，形成
整环U型梁，每次旋转U型梁安装器1时的旋转方向相同；
步骤三：将组装完成的整环U型梁拖出，通过调整接头4使整环U型梁
与围岩开挖壁面6紧密贴合。
下面对本发明的操作过程做详细描述：
本实施例以直径8.5m的TBM隧道为例，U型梁安装器1为圆筒状，内
径约为8.04米，壁厚30mm，外径约为8.1m；采用36U型钢，一环中共6
节环形U型梁3，相邻两节进行搭接，接头4长度为600mm，接头处高度约
220mm。
由于U型梁设计弧度与围岩开挖壁面6相同，而U型梁安装器1内径
8.04m小于围岩开挖壁面6的内径8.5m，在实际的安装过程中发现由于两者
弧度的不匹配，U型梁3在U型梁安装器1内成环困难，接头4连接不牢固。
当U型梁3成环推出保护盾5后，U型梁3无法与洞壁较好地贴合，严重影
响了施工效率与U型梁的工作性能。
本发明采用如下方式安装：
1、弧形钢板焊接：弧形钢板2由长度为300mm钢板加工而成，将钢
板弯曲成弧形并使其曲率与U型安装器1外径相同。考虑到一环由6节U型
梁3拼接而成，弧形钢板取6组，每组2个共12个，每个弧形钢板夹角为
30度。将弧形钢板2焊接至U型梁安装器1后端，且使两者外表面平齐。
2、U型梁拼接：将1号U型梁放置在最下端的两个弧形钢板2上，放
置完成后顺时针旋转U型安装器1约60度，让出底部安装空间。将2号U
型梁放置在最下端的两个弧形钢板2上，2号U型梁与1号U型梁搭接
600mm。在搭接部分安装接头4。再次顺时针旋转U型安装器1约60度，
采用上述同样的方法进行2号U型梁与3号U型梁的搭接与接头安装。采用
同样的方法安装其余U型梁直至整环拼接完成。
整环U型梁安装：待一整环U型梁拼接完成后，用拖车将整环U型梁
顶起并拖出保护盾5，然后顶在围岩开挖壁面6，通过调整接头4使整环U
型梁紧贴在围岩开挖壁面6上。