一种承重轮装置及基于承重轮装置的tbm空推步进方法
阅读说明：本技术 一种承重轮装置及基于承重轮装置的tbm空推步进方法 (Bearing wheel device and TBM air-assisted stepping method based on bearing wheel device ) 是由 胡江涛 谢祥明 乔晓锋 周南龙 金永就 钟哲 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种承重轮装置及基于承重轮装置的空推步进方法,承重轮装置包括：承重轮、加工护套、油缸组件和预制块；所述油缸组件包括油缸、上固定座、下固定座、上连接销轴、下连接销轴、上锁片和下锁片；所述油缸上端与上固定座通过所述上连接销轴连接；所述油缸下端与下固定座通过所述下连接销轴连接；所述上锁片嵌入上连接销轴,所述下锁片嵌入下连接销轴；所述加工外护套与加工内护套在油缸组件的作用下构成相对运动所述预制块与所述油缸组件连接,为油缸提供反推力,其优化了TBM空推步进施工工艺,在实际使用过程中,避免了原施工工艺条件下需停机制作工字钢才能行走的现象,提高施工效率。(The invention relates to a bearing wheel device and an air-pushing stepping method based on the bearing wheel device, wherein the bearing wheel device comprises: the bearing wheel, the processing sheath, the oil cylinder assembly and the precast block; the oil cylinder assembly comprises an oil cylinder, an upper fixed seat, a lower fixed seat, an upper connecting pin shaft, a lower connecting pin shaft, an upper locking plate and a lower locking plate; the upper end of the oil cylinder is connected with the upper fixing seat through the upper connecting pin shaft; the lower end of the oil cylinder is connected with the lower fixed seat through the lower connecting pin shaft; the upper locking plate is embedded into the upper connecting pin shaft, and the lower locking plate is embedded into the lower connecting pin shaft; the outer processing sheath and the inner processing sheath form relative motion under the action of the oil cylinder assembly, the precast block is connected with the oil cylinder assembly to provide counter thrust for the oil cylinder, the TBM air-pushing stepping construction process is optimized, the phenomenon that the work steel can only move when being stopped under the original construction process condition is avoided in the actual use process, and the construction efficiency is improved.)
技术领域
本发明涉及硬岩掘进机技术领域，尤其涉及一种承重轮装置及基于承重轮装置的TBM空推步进方法。
背景技术
榕江关埠引水项目第一段6.3km贯通后，需要空推步进1036m后进行二次始发掘进，在施工初期，因设备配套的承重轮仅适配用Φ4300洞径，空推段为已经成型且洞径为Φ5360，因存在高差的原因，需要多次重复在设配配套承重轮下垫以工字钢。它不仅影响到隧洞工程的安全性和结构的安全，而且大大降低了提高TBM设备的空推效率，增加工作量，空推每天保持在30m-40m之间，后期经过改进，发明了一种改进型承重轮装置，极大的提高了施工效率，降低了劳动强度，日平均掘进米数86.5m，最高达到98m。
在空推步进工作初期，考虑撑靴在洞径变大的情况下，撑靴不能撑住围岩，这样就不能提供反力使其向前步进，在使用管片来提供反力前提下，会造成较大的经济成本(8133元/环，每环1.4米)，经过研究发现，使用预制块提供反力，可以极大的节约成本(405元/环，每环0.7米)，直接节约成本542万元。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种TBM空推步进方法，以榕江关埠引水工程项目为例进行说明，发现TBM设备在空推过程中，因设计缺陷，在洞径发生变化时，每次都需要在配套沉重轮下垫以工字钢后，才能进行空推步进，严重影响空推施工效率，经核查，发现配套沉重轮是焊接结构，仅适用Φ4300洞径使用，不具备洞径发生改变情况下的适用性，经技术团队讨论研究，将配套承重轮结构改变，再内置油缸，增加适用性，该方案比较合理比较合理。
空推步进过程中，具体的施工形式如下所述：
(1)在空推步进过程中，当在TBM施工段时，油缸回收至最短位置，并在液压锁的作用下，使承重轮保持在该位置，在Φ4300管片内行走；
(2)在空推步进过程中，当在TBM二衬施工段时，油缸伸出至适宜的位置，并在液压锁的作用下，使承重轮保持在该位置，在洞径为Φ5360二衬洞径内行走；
(3)在二衬断面上，依靠预制块提供反力，油缸向前推进，每推进0.7米，放置一块，连续进行。
该发明实施过程中，对采取的焊接工艺流程先要进行焊接工艺评定，并制取试件试样，合格后方可施工，焊接完成，需进行无损检测；对所有螺栓连接的部位用扭矩扳手进行施工，对每颗螺栓分为初拧和终拧施工，并用记号笔进行标记。
该施工一种改进型承重轮装置，优化了TBM空推步进施工工艺，通过调整承重轮内置油缸行程，使得在施工过程中，能够适应各种洞径尺寸的变化，从而避免了原施工工艺条件下，在洞径发生变化时，承重轮无法进行调整伸缩长度，每次必须停机后，在承重轮下方为补偿洞径变化的高差，在承重轮下面垫以工字钢才能行走拖拉设备台车，通过该发明，减少了劳动强度，提高空推步进施工效率。
为克服空推步进不能连续作业带来的施工困难、生产效率低的问题，本发明采用了一种在钢结构装置进行空推步进施工的方法。发明了一种能够在空推步进过程中，设备运行状态下能够连续作业施工的一种改进型承重轮装置。
具体地，本发明提供了一种承重轮装置，包括：承重轮、油缸组件和预制块；所述油缸组件包括油缸、上固定座、下固定座、上连接销轴、下连接销轴、上锁片和下锁片；
所述油缸上端与上固定座通过所述上连接销轴连接；所述油缸下端与下固定座通过所述下连接销轴连接；所述上锁片嵌入上连接销轴，所述下锁片嵌入下连接销轴；
所述上固定座与连接桥焊接，所述下固定座与所述承重轮焊接；
所述预制块与所述油缸组件连接，为油缸提供反推力。
优选地，还包括加工护套，所述加工护套包括加工外护套和加工内护套，所述加工外护套一端与连接桥焊接，加工内护套一端与承重轮焊接，所述加工外护套另一端与所述加工内护套连接，所述加工外护套套设在所述加工内护套外围，所述加工外护套与加工内护套在油缸组件的作用下构成相对运动；
优选地，所述上固定座和所述下固定座上均设置有通孔和多个内螺纹孔，所述油缸上端设置有与上固定座的通孔和多个内螺纹孔相匹配的通孔和多个内螺纹孔，所述油缸下端设置有与下固定座的通孔和多个内螺纹孔相匹配的通孔和2个内螺纹孔，所述上连接销轴穿过上固定座和油缸的上端的通孔和多个内螺纹孔，所述下连接销轴穿过下固定座和油缸的下端的通孔和多个内螺纹孔。
优选地，内螺纹孔为2个，深度为10mm。
优选地，所述上连接销轴和下连接销轴的规格为24mm×100mm。
优选地，所述预制块使用C30混泥土浇筑，使用单层钢筋形式，预制块宽度为0.7米。
另一方面，本发明提供了一种承重轮装置的制作方法，包括如下步骤：
(1)设计上固定座，将上固定座焊接固定在连接桥上，在上固定座上制作通孔，用于连接油缸，并在上固定座上制作2个内螺纹孔，用于固定上连接销轴；
(2)设计上连接销轴；
(3)设计上锁片；
(4)设计油缸，在上固定座安装完成后，使用上连接销轴穿入上固定座将油缸连接固定，并将上锁片嵌入上连接销轴；
(5)设计加工外护套，加工外护套一端与连接桥焊接；
(6)设计加工内护套，加工内护套一端与承重轮焊接；
(7)设计下固定座，下固定座与承重轮焊接连接，在下固定座上制作通孔，用于连接油缸，并在该下固定座上制作内螺纹孔2个，用于固定下连接销轴；
(8)设计下连接销轴；
(9)设计下锁片；在下固定座安装完成后，使用下连接销轴穿入下固定座将油缸连接固定，并将下锁片嵌入下连接销轴；
(10)设计预制块，当在二衬断面时，油缸在预制块提供反力的作用下，向前步进，每步进预设距离，放置一块预制块，以此类推，连续进行。
本发明提供了一种基于承重轮装置的空推步进方法，包括如下步骤：
(1)TBM掘进二衬施工断面时，将预制块存放在存放区，并将承重轮调整至合适位置；
(2)将油缸伸出至适宜位置，并在液压锁的作用下，使承重轮保持在既定位置；
(3)通过底部敷设预制块以提供向前推进的反力，油缸向前推进。
优选地，还包括步骤(4)空推行程到达后，回缩油缸，并将预制块放置在回收区域，放置稳固后再次空推步进，直至空推步进完成。
优选地，步骤(3)中油缸向前推进，每推进预设距离，放置一块预制块，以此类推，连续进行。
与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：
(1)本发明提供了一种改进型承重轮装置，优化了TBM空推步进施工工艺，在实际使用过程中，避免了原施工工艺条件下需停机制作工字钢才能行走的现象，提高施工效率，降低了劳动强度，日平均掘进米数86.5m，最高达到98m，而且使用预制块提供反力，可以极大的节约成本(405元/环，每环0.7米)，直接节约成本542万元。
附图说明
图1是本发明提供的承重轮装施工示意图；
图2是本发明提供的承重轮装置结构示意图；
图3是本发明提供的油缸未使用示意图；
图4是图3是本发明提供的油缸使用示意图；
图5-1是本发明提供的上固定座主视图；
图5-2是图5-1A-A方向上的剖视图；
图6-1是本发明提供的上连接销轴和下连接销轴的剖视图；
图6-2是本发明提供的上连接销轴和下连接销轴的俯视图；
图7-1是本发明提供的上锁片的主视图；
图7-2是图7-1B-B方向上的剖视图；
图8是本发明提供的油缸主视图；
图9-1是本发明提供的加工外护套和加工内护套的主视图；
图9-2是本发明提供的加工外护套和加工内护套的侧视图；
图9-3是本发明提供的加工外护套和加工内护套的俯视图；
图10-1是本发明提供的下固定座主视图；
图10-2是图10-1C-C方向上的剖视图；
图11-1是本发明提供的下锁片的主视图；
图11-2是本发明提供的下锁片的侧视图；
图12-1是本发明提供的预制块的主视图；
图12-2是图12-1D-D方向上的剖视图；
图13是本发明提供的空推步进方法的流程图。
附图标记如下：
1：上固定座；2：上连接销轴；3：上锁片；4：油缸；5：加工外护套；6：加工内护套；7：下固定座；8：下连接销轴；9：下锁片；10：预制块；11：二衬施工段；12：TBM施工段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
如图1-4所示，本发明提供了一种承重轮装置，包括：加工护套、承重轮、油缸组件和预制块10；所述油缸组件包括油缸4、上固定座1、下固定座7、上连接销轴2、下连接销轴8、上锁片3和下锁片9；
所述油缸4上端与上固定座通过所述上连接销轴连接；所述油缸下端与下固定座通过所述下连接销轴连接；所述上锁片嵌入上连接销轴，所述下锁片嵌入下连接销轴；
所述上固定座与连接桥焊接，所述下固定座与所述承重轮焊接；
所述预制块10与所述油缸组件连接，为油缸提供反推力。
其中，所述上连接销轴和下连接销轴的规格为24mm×100mm。所述预制块使用C30混泥土浇筑，使用单层钢筋形式，预制块宽度为0.7米。
所述加工护套包括加工外护套5和加工内护套6，所述加工外护套5一端与连接桥焊接，加工内护套6一端与承重轮焊接，所述加工外护套另一端与所述加工内护套连接，所述加工外护套套设在所述加工内护套外围，所述加工外护套与加工内护套在油缸组件的作用下构成相对运动；
具体地，所述上固定座和所述下固定座上均设置有通孔和2个内螺纹孔，其中，深度为10mm。
所述油缸上端设置有与上固定座的通孔和2个内螺纹孔相匹配的通孔和2个内螺纹孔，所述油缸下端设置有与下固定座的通孔和2个内螺纹孔相匹配的通孔和2个内螺纹孔，所述上连接销轴穿过上固定座和油缸的上端的通孔和2个内螺纹孔，所述下连接销轴穿过下固定座和油缸的下端的通孔和2个内螺纹孔。
(1)其中，本发明提供的承重轮装置应用于二衬段施工段11和TBM施工段12，在空推步进过程中，当在TBM施工段12时，油缸回收至最短位置，并在液压锁的作用下，使承重轮保持在该位置，在Φ4300管片内行走；
(2)在空推步进过程中，当在二衬施工段11时，油缸伸出至适宜的位置，并在液压锁的作用下，使承重轮保持在该位置，在洞径为Φ5360二衬洞径内行走；
(3)在二衬断面上，依靠预制块提供反力，油缸向前推进，每推进0.7米，放置一块，连续进行。
如图5-1-图12-2所示，本发明提供了一种承重轮装置制作方法，其发明内容主要包含以下几点：
(1)设计油缸连接上固定座1。底座采取焊接连接方式固定在连接桥上，并在油缸连接上固定座1上制作Ф24mm通孔一个，用于连接油缸4，并在该构件上制作内螺纹孔2个(M5，深度为10mm)，用于固定油缸上连接销轴2。
(2)设计型油缸上连接销轴2(规格为Ф24mm×100mm)。在油缸上连接销轴2的作用下，将油缸连接上固定座1与油缸连接起来，并使用上锁片3将其固定。
(3)设计上锁片3。在油缸连接上固定座1安装完成后，使用油缸上连接销轴2穿入将油缸4连接固定，考虑在施工过程中，油缸上连接销轴2会划出脱落，设计上锁片3嵌入油缸上连接销轴2内使其不划出脱落。
(4)设计油缸4。在油缸4上端通过油缸上连接销轴2与油缸连接上固定座1连接，在油缸4下端通过油缸下连接销轴8与油缸连接下固定座7连接。
(5)设计加工外护套5。加工外护套5一端与连接桥焊接，加工外护套5与加工内护套6在油缸4的作用下构成相对运动，以达到在洞径发生变化是，增加了承重轮施工的适用性，提高了施工效率。
(6)设计加工内护套6。加工内护套6一端与承重轮焊接，加工外护套5与加工内护套6在油缸4)的作用下构成相对运动，以达到在洞径发生变化是，增加了承重轮施工的适用性，提高了施工效率。
(7)设计油缸连接下固定座7。油缸连接下固定座7采取焊接连接方式沉重轮连接，并将油缸连接下固定座7上制作Ф24mm通孔一个，用于连接油缸4，并在该构件上制作内螺纹孔2个(M5，深度为10mm)，用于固定油缸下连接销轴8。
(8)设计型油缸下连接销轴8(规格为Ф24mm×100mm)。在油缸下连接销轴8的作用下，将油缸连接下固定座7与油缸连接起来，并使用下锁片9；
(9)设计下锁片9。在油缸连接下固定座7安装完成后，使用油缸上连接销轴8穿入将油缸4连接固定，考虑在施工过程中，油缸下连接销轴8会划出脱落，设计上锁片(构件9)嵌入油缸下连接销轴8内使其不划出脱落。
(10)设计预制块10。预制块10使用C30混泥土浇筑，使用Φ[email protected]×100单层钢筋形式，预制块宽度为0.7米。当在二衬断面时，油缸在预制块提供反力的作用下，向前步进，每步进0.7米，放置一块预制块，以此类推，连续进行。
另一方面，如图13所示，本发明还提供了一种基于承重轮装置的空推步进方法，包括如下步骤：
(1)TBM掘进二衬施工断面时，将预制块存放在存放区，并将承重轮调整至合适位置；
(2)将油缸伸出至适宜位置，并在液压锁的作用下，使承重轮保持在既定位置；
(3)通过底部敷设预制块以提供向前推进的反力，油缸向前推进；
(4)空推行程到达后，回缩油缸，并将预制块放置在回收区域，放置稳固后再次空推步进，直至空推步进完成。
具体地，步骤(3)中油缸向前推进，每推进0.7m，放置一块预制块，以此类推，连续进行。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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。
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