本发明涉及掘进机技术领域，特别是指一种具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm的施工方法。
背景技术：
单护盾tbm属于全面硬岩隧道掘进机的一种，掘进原理与盾构类似，采用管片同步衬砌方式，常用于软岩及中等长度隧道施工。在围岩类别较差时，与双护盾tbm相比，能够发挥出较快的掘进速度，且成本较低；且由于盾体长度较短，在大变形、软弱破碎等地层中卡机风险较小。
单护盾tbm主机主要部件包括刀盘、主驱动、前盾、中盾、尾盾等，其中前盾和中盾之间通过铰接油缸连接，用于传递掘进推力、适应隧道转弯。常规的单护盾tbm在前盾和中盾之间设计滑动轨道，前盾和中盾之间沿环向无法相对运动；刀盘为双向旋转开挖，通过刀盘正反转纠正主机掘进过程中产生的反扭矩。针对刀盘旋转产生的发扭矩仅能被动适应，无法主动调整；且双向旋转刀盘由于布置刀具空间和结构强度等因素，无法适应硬岩掘进环境。
随着市场发展，采用单护盾tbm在硬岩环境下掘进称为一种新的需求，由此产生的主机滚转问题需要新的技术克服，需要对现有的单护盾tbm主机系统进行改进升级。
技术实现要素：
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm的施工方法，用以解决上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm，包括刀盘和盾体，所述前盾内设有主驱动，主驱动与刀盘相连接。所述盾体包括依次连接的前盾、中盾和尾盾，前盾通过铰接油缸和反扭矩装置与中盾相连接，前盾和中盾上设有稳定器，中盾或尾盾内设有推进油缸。优选地，所述稳定器包括前盾稳定器和中盾稳定器，前盾稳定器沿径向设置在前盾的安装槽内，中盾稳定器沿径向设置在中盾的安装槽内。
优选地，所述反扭矩装置包括扭矩梁和扭矩油缸，扭矩梁固定在前盾上，扭矩油缸固定在中盾上且与扭矩梁相配合。
优选地，所述铰接油缸沿盾体周向分布，铰接油缸的一端与前盾铰接、另一端与中盾铰接，实现前盾与中盾之间的相对运动。
优选地，所述刀盘为单向旋转刀盘，单向旋转刀盘上设有单向刮渣口。
一种具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm的施工方法，步骤如下：s1：盾体姿态主动调整，使主机以合适姿态向前掘进；
s2：tbm向前掘进过程中，tbm的刀盘受困时，设置在前盾上的稳定器撑紧在洞壁上，为刀盘旋转提供相应的反向扭矩，使刀盘顺利脱困；
s3：tbm掘进过程中，当主机后退时，稳定器与铰接油缸配合，使tbm主机整体后退，进行高效掘进。
根据权利要求7所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm的施工方法，其特征在于：步骤s1中盾体姿态主动调整的具体步骤如下：
s1.1：前盾稳定器撑紧在开挖洞壁上，中盾稳定器收回，反扭矩装置提供旋转扭矩，中盾相对前盾旋转至设定位置；
s1.2：前盾稳定器收回，中盾稳定器伸出撑紧在开挖洞壁上，反扭矩装置提供旋转扭矩，前盾相对中盾旋转至设置位置；
s1.3：重复操作步骤s1.1和步骤s1.2，将tbm主机姿态调整至所需位置。
步骤s3中主机后退的步骤如下：
s3.1：前盾稳定器伸出撑紧在开挖洞壁上，中盾稳定器收回，铰接油缸伸出，实现tbm中盾、尾盾后退；
s3.2：前盾稳定器收回，中盾稳定器伸出撑紧在洞壁上，铰接油缸收回，实现前盾的后退；
s3.3：重复步骤s3.1和步骤s3.2动作，实现tbm主机的整体后退。
本发明通过反扭矩装置连接前盾和中盾，用于将刀盘掘进产生的反扭矩从前盾传递到中盾，配合前盾和中盾稳定器调整前盾和中盾的姿态，前盾和中盾稳定器配合铰接油缸，遇到特殊地质情况和工况时实现主机的后退，提高施工效率和施工安全系数。本发明单护盾tbm，可采用单向旋转刀盘，且能实现主动调整盾体姿态和tbm主机后退，进而提高单护盾tbm在硬岩地层中的适应性，增强tbm在软弱围岩、破碎带等不良地层的适应性，同时丰富了tbm的组装和拆机手段，具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体内部结构示意图。
图2为本发明刀盘结构示意图。
图3为前盾稳定器撑紧，调整中盾姿态示意图。
图4为前盾稳定器撑紧，利用反扭矩装置纠正中盾姿态示意图。
图5为中盾稳定器撑紧，利用反扭矩装置纠正前盾姿态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，实施例1，一种具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm，包括刀盘1和盾体，当然还包括相应的出渣系统、控制系统等必备系统，配合刀盘进行基础掘进。所述盾体包括依次连接的前盾2、中盾3和尾盾4，所述前盾2内设有主驱动9，主驱动9与刀盘1相连接，为刀盘的旋转提供动力。前盾2通过铰接油缸5和反扭矩装置与中盾3相连接，实现前盾与中盾间沿轴向和周向相对运动，便于姿态和前后位置的调节。尾盾与中盾固定刚性连接。前盾2和中盾3上设有稳定器，中盾3或尾盾4内设有推进油缸10，通过推进油缸顶紧在管片上，推动tbm主机向前掘进。
进一步，所述反扭矩装置包括扭矩梁7和扭矩油缸8，扭矩梁7固定在前盾2上，扭矩油缸8固定在中盾3上且与扭矩梁7相配合。反扭矩装置连接前盾和中盾，用于将刀盘掘进产生的反扭矩从前盾传递到中盾；配合前盾和中盾稳定器调整前盾和中盾的姿态。
进一步，所述铰接油缸5沿盾体周向分布，铰接油缸5的一端与前盾2铰接、另一端与中盾3铰接。铰接油缸连接前盾和中盾，采用分区设计，通过不同区域油缸的行程差适应tbm在掘进过程中的转弯，同时将推进油缸产生的推力传递到刀盘。
进一步，如图3所示，所述稳定器包括前盾稳定器61和中盾稳定器62，前盾稳定器61沿径向设置在前盾2的安装槽内，数量可设置多个且前盾稳定器位于前盾上部弧形区域，可相对前盾沿径向伸缩，中盾稳定器62沿径向设置在中盾3的安装槽内，数量可设置多个且中盾稳定器位于中盾上部弧形区域，可相对中盾沿径向伸缩。前盾稳定器可浮动撑紧和高压撑紧开挖洞壁。前盾稳定器浮动撑紧时，可为刀盘脱困提供反力，也可配合反扭矩装置为中盾姿态调整提供反力，还可以配合铰接油缸为中盾后退提供反力。中盾稳定器撑紧开挖洞壁时，可配合反扭矩装置为前盾姿态调整提供反力，也可以配合铰接油缸为前盾后退提供反力。
其中，如图2所示，刀盘为单向旋转或双向旋转，优选地，所述刀盘1为单向旋转刀盘，单向旋转刀盘上设有单向刮渣口11，单向旋转刀盘与单向刮渣口方向相同，便于进渣。单向刮渣口占用面积变小、刀具布置的空间更大，则刀间距设计可选择范围更广，能够更好的适应硬岩掘进环境。刀盘在旋转掘进时，会产生与旋转方向相反的扭。
如图4、5所示，实施例2，一种如实施例1所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm的施工方法，步骤如下：s1：盾体姿态主动调整，使主机以合适姿态向前掘进；具体步骤如下：s1.1：前盾稳定器伸出撑紧在开挖洞壁上，中盾稳定器收回至中盾内，反扭矩装置提供旋转扭矩，中盾相对前盾旋转至设定位置；s1.2：前盾稳定器收回，中盾稳定器伸出撑紧在开挖洞壁上，反扭矩装置提供旋转扭矩，前盾相对中盾旋转至设置位置；s1.3：重复操作步骤s1.1和步骤s1.2，将tbm主机姿态调整至所需位置。
s2：tbm向前掘进过程中，tbm的刀盘受困时，设置在前盾2上的稳定器撑紧在洞壁上，为刀盘旋转提供相应的反向扭矩，使刀盘顺利脱困。
s3：tbm掘进过程中，当主机后退时，稳定器与铰接油缸5配合，使tbm主机整体后退，进行高效掘进。步骤s3中主机后退的步骤如下：s3.1：前盾稳定器伸出撑紧在开挖洞壁上，中盾稳定器收回，铰接油缸伸出，实现tbm中盾、尾盾后退；s3.2：前盾稳定器收回，中盾稳定器伸出撑紧在洞壁上，铰接油缸收回，实现前盾的后退；s3.3：重复步骤s3.1和步骤s3.2动作，实现tbm主机的整体后退。
本发明单护盾tbm盾体姿态主动调整功能可适应单向旋转开挖刀盘，使得单护盾tbm能够适应硬岩掘进环境，同时有具备比双护盾tbm相对较低的成本。本发明单护盾tbm，可采用单向旋转刀盘、主动调整盾体姿态和tbm主机后退。能提高单护盾tbm在硬岩地层中的适应性，增强tbm在软弱围岩、破碎带等不良地层的适应性，同时丰富了tbm的组装和拆机手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm，包括刀盘（1）和盾体，其特征在于：所述盾体包括依次连接的前盾（2）、中盾（3）和尾盾（4），前盾（2）通过铰接油缸（5）和反扭矩装置与中盾（3）相连接，前盾（2）和中盾（3）上设有稳定器，中盾（3）或尾盾（4）内设有推进油缸（10）。
2.根据权利要求1所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm，其特征在于：所述反扭矩装置包括扭矩梁（7）和扭矩油缸（8），扭矩梁（7）固定在前盾（2）上，扭矩油缸（8）固定在中盾（3）上且与扭矩梁（7）相配合。
3.根据权利要求1或2所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm，其特征在于：所述铰接油缸（5）沿盾体周向分布，铰接油缸（5）的一端与前盾（2）铰接、另一端与中盾（3）铰接。
4.根据权利要求3所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm，其特征在于：所述前盾（2）内设有主驱动（9），主驱动（9）与刀盘（1）相连接。
5.根据权利要求1、2、4任一项所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm，其特征在于：所述稳定器包括前盾稳定器（61）和中盾稳定器（62），前盾稳定器（61）沿径向设置在前盾（2）的安装槽内，中盾稳定器（62）沿径向设置在中盾（3）的安装槽内。
6.根据权利要求5所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm，其特征在于：所述刀盘（1）为单向旋转刀盘，单向旋转刀盘上设有单向刮渣口（11）。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm的施工方法，其特征在于：步骤如下：s1：盾体姿态主动调整，使主机以合适姿态向前掘进；
s2：tbm向前掘进过程中，tbm的刀盘受困时，设置在前盾（2）上的稳定器撑紧在洞壁上，为刀盘旋转提供相应的反向扭矩，使刀盘顺利脱困；
s3：tbm掘进过程中，当主机后退时，稳定器与铰接油缸（5）配合，使tbm主机整体后退，进行高效掘进。
8.根据权利要求7所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm的施工方法，其特征在于：步骤s1中盾体姿态主动调整的具体步骤如下：
s1.1：前盾稳定器撑紧在开挖洞壁上，中盾稳定器收回，反扭矩装置提供旋转扭矩，中盾相对前盾旋转至设定位置；
s1.2：前盾稳定器收回，中盾稳定器伸出撑紧在开挖洞壁上，反扭矩装置提供旋转扭矩，前盾相对中盾旋转至设置位置；
s1.3：重复操作步骤s1.1和步骤s1.2，将tbm主机姿态调整至所需位置。
9.根据权利要求8所述的具备盾体姿态主动调整功能的单护盾tbm的施工方法，其特征在于：步骤s3中主机后退的步骤如下：
s3.1：前盾稳定器伸出撑紧在开挖洞壁上，中盾稳定器收回，铰接油缸伸出，实现tbm中盾、尾盾后退；
s3.2：前盾稳定器收回，中盾稳定器伸出撑紧在洞壁上，铰接油缸收回，实现前盾的后退；
s3.3：重复步骤s3.1和步骤s3.2动作，实现tbm主机的整体后退。
技术总结