[0001] 本申请涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种缓冲引导装置及基于TBM的平斜一体施工方法。

[0002] 抽水蓄能电站是一种利用上下库高度落差发电的电站，其输水系统通常包括上平洞、下平洞以及连接二者的斜井或者竖井。

[0003] 利用TBM设备进行平斜一体开挖的过程中，在平洞与斜井的过渡段，TBM设备需要进行转向实现一体式开挖流程以节约工期。TBM转向过程中，通常通过尾支撑和/或撑靴撑紧洞壁以保证TBM设备的姿态稳定，尾支撑和/或撑靴撑紧洞壁的同时需要跟随TBM设备前进，这需要保证过渡段洞壁具有较好的平整度，否则TBM设备在转向过程中容易出现抖动，轻则使得TBM设备局部结构遭受破坏，重则会使得TBM设备的掘进方向改变。由于TBM设备体积较大，过渡段的洞壁面积相应较大，若采用预先对洞壁进行加固、表面处理，则会延长工期，减缓施工进度。

[0060] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请作进一步的详细说明，本申请的示意性实施方式及其说明仅用于解释本申请，并不作为对本申请的限定。

[0061] 在平斜一体施工中，需要预先开挖上下平洞以及平洞与斜井之间的步进段，TBM设备对平洞掘进完成后，直接在步进段内转向以进行斜井的掘进，即TBM设备进洞后不需要进行拆装，从而实现平洞与斜井的连续施工，减小施工周期，提高施工效率。在步进段，TBM设备转向时需要通过尾支撑或撑靴撑紧洞壁以防止TBM设备倾覆，步进段的洞壁各处土质可能不一，且洞壁表面并不平整，尾支撑或撑靴与洞壁之间难以保持稳定的撑紧状态，尾支撑或撑靴随着TBM设备前进，尾支撑或撑靴会连续的撑紧在洞壁的不同位置，当洞壁的平整度较小或者各处土质差异较大，尾支撑或撑靴可能会连续的在受力极大和受力极小(或不受力)的状态之间切换，从而使得TBM设备产生剧烈的抖动，这将不利于TBM设备的掘进；并且TBM设备下方通过夹轨器锁紧在滑轨上，夹轨器在剧烈的抖动下会承受频繁的冲击，容易造成夹轨器或者滑轨结构破坏。通常的做法是将步进段的洞壁进行加固、表面处理，然而这需要对步进段的整体洞壁进行施工，由于步进段直径较大、平洞长度较长，施工周期较长且会耗费较多的土建材料，基于此，如下所述，本申请实施例提供一种缓冲引导装置及基于TBM的平斜一体施工方法。

[0062] 第一方面，可参阅图1～图5，本申请实施例提供一种缓冲引导装置，用于在隧洞2内为TBM施行导向作用，该缓冲引导装置包括架体7和缓冲部8，其中，缓冲部8包括缓冲体81和引导轮84。

[0063] 架体7用于连接隧洞2洞壁，实际实施时，架体7连接于隧洞2中上平转斜步进段23和斜转下平步进段25的洞壁上，架体7可以被构造为弧形以适应两个步进段的走向以向TBM设备1提供稳定的导向作用，架体7与洞壁之间可以采用锁紧螺杆9连接以保证架体7与洞壁之间的连接稳定性。

[0064] 缓冲体81与架体7连接，具体的，缓冲体81连接在架体7上背向隧洞2洞壁的一侧板面，缓冲体81的数量可以被配置为多个，多个缓冲体81在架体7上呈阵列排布，缓冲体81具体可以被配置为橡胶块体，缓冲体81上设置有引导轮安置槽82，引导轮安置槽82中设置有支撑轴83。

[0065] 引导轮84与支撑轴83轴孔配合以使引导轮84能够在支撑轴83上转动，其中，引导轮84与支撑轴83之间配置有第一缓冲组件以向引导轮84提供径向缓冲力。

[0066] 本申请实施例提供的缓冲引导装置，架体7安装于隧洞2洞壁后，当TBM设备1转向时，TBM设备1上的尾支撑14或撑靴13能够撑紧在引导轮84上，引导轮84通过自身转动为TBM设备1施行引导功能，其中，尾支撑14或撑靴13撑紧缓冲引导装置时，缓冲引导装置中的缓冲体81和第一缓冲组件能够为TBM设备1提供双重缓冲作用，从而使得TBM设备1在转向过程中不会产生剧烈抖动，一方面能够保证TBM设备1正确的掘进方向，另一方面能够对TBM设备1本身结构起到一定的保护作用；同时，相较于对隧洞2洞壁进行加固、表面处理的方式，使用缓冲引导装置时只需要保证缓冲引导装置与隧洞2洞壁之间的连接强度即可，实施相对简便，例如不需要对洞壁整体进行施工，不必进行大量建材的运输，工期得到一定的缩减，能够提高施工效率，降低材料成本，并且尾支撑14或撑靴13不必与隧洞2洞壁直接接触，减小了隧洞2洞壁被破坏的风险，保证了隧洞2洞壁的成型质量。

[0067] TBM设备1在转向过程中存在受力复杂的情况，例如TBM设备1在掘进的过程中会具有偏斜的趋势，即尾支撑14或撑靴13相对于引导轮84的施力方向不完全沿尾支撑14或撑靴13的长度方向，在引导轮84上具体表现为引导轮84会出现轴线偏斜的情况，若引导轮84与支撑轴83之间的间隙较小，支撑轴83便会受到较大的弯矩，从而容易造成缓冲体81和支撑轴83结构破坏，进而导致引导作用失效，因而在一些可选的实施例中，引导轮84的配合轴孔
85被配置为沙漏型，配合轴孔85轴向两侧分别配置有第一缓冲组件，其中，配合轴孔85的轴向中部孔壁与支撑轴83接触，第一缓冲组件与支撑轴83滑动抵触。实际实施时，配合轴孔85的中部孔壁做倒圆角处理以避免支撑轴83与引导轮84接触部位发生应力集中而导致支撑轴83被剪断的情况。

[0068] 本申请实施例中，将配合轴孔85配置为沙漏型，配合轴孔85中部两侧的孔壁与支撑轴83之间具有较大的间隙，配合轴孔85与支撑轴83之间的第一缓冲组件能够提供一定的支撑作用，即当尾支撑14或撑靴13向引导轮84施加径向力时，第一缓冲组件能够在支撑轴83与引导轮84之间提供支撑力，从而缓解支撑轴83承受的来自引导轮84中部的压力；当TBM设备1出现偏斜趋势时，第一缓冲组件能够进行弹性形变以使引导轮84进行一定的轴线偏斜，偏斜过程中，第一偏斜组件形变量将加大，从而提供更大的弹力，一方面能够结合缓冲体81对TBM设备1的偏斜趋势提供一定的缓冲作用，防止TBM设备1偏斜趋势过大而因惯性导致TBM设备1整体出现歪斜，另一方面能够防止引导轮84与支撑轴83发生撞击，保护缓冲引导装置的结构完整性。

[0069] 引导轮84转动的过程中会带动第一缓冲组件转动，即第一缓冲组件提供的弹力方向在不停改变，若将第一缓冲组件设置得较为集中，则在引导轮84转动到一定角度时，第一缓冲组件提供的缓冲效果将会下降较多，因而在一些可选的实施例中，每一侧的第一缓冲组件呈圆周均布。实际实施时，在安装空间足够的情况下，第一缓冲组件的数量越多越好，例如相邻两个第一缓冲组件提供的弹力的方向夹角为5度，这样在引导轮84转动到不同角度时，第一缓冲组件均能够提供差别不大的缓冲效果，避免在支撑轴83周向上因缓冲力不均而导致引导轮84与支撑轴83发生碰撞的情况。

[0070] 在一些可选的实施例中，其中一侧的第一缓冲组件与另一侧的第一缓冲组件关于配合轴孔85的轴线中点呈中心对称。实际实施时，每一侧设置有多组第一缓冲组件，每组第一缓冲组件呈圆周均布，相邻组沿支撑轴83的轴向间隔排布。

[0071] 本申请实施例中，由于配合轴孔85为沙漏型状，在引导轮84出现轴线偏斜时，一侧的孔壁与支撑轴83相互靠近时，就有另一侧的孔壁与支撑轴83也相互靠近，当其中一侧的第一缓冲组件与另一侧的第一缓冲组件呈中心对称排布后，不管尾支撑14或撑靴13的偏斜趋势倾向于哪一侧，两侧的第一缓冲组件能够共同提供缓冲作用以保证引导轮84状态稳定，并为尾支撑14或撑靴13提供更好的缓冲效果。

[0072] 在一些可选的实施例中，第一缓冲组件具体可以包括第一弹性件86、安装板87和滚珠88；第一弹性件86一端与配合轴孔85的孔壁连接，第一弹性件86可以被配置为挤压弹簧；安装板87与第一弹性件86另一端连接；滚珠88通过沟槽锁球工艺设置于安装板87；其中，滚珠88在第一弹性件86的弹性作用下与支撑轴83抵触。当第一弹性组件被引导轮84带动转动时，滚珠88可以通过自身的滚动实现第一缓冲组件与支撑轴83的相对滑动，实际实施时，为了避免第一缓冲组件在被压缩的过程中滚珠88与支撑轴83出现支撑轴83轴向上的相对滑动，可以在支撑轴83上设置限位环槽，限位滑槽的槽宽小于滚珠88的直径。

[0073] 在一些可选的实施例中，支撑轴83通过第二缓冲组件与缓冲体81连接。

[0074] 本申请实施例中，第二缓冲组件的设置能够进一步提高缓冲引导装置的缓冲能力。即尾支撑14或撑靴13与引导轮84相互抵触后，首先通过第二缓冲组件缓解压力，当压力过大时，再通过缓冲体81进一步提供缓冲；特别是当TBM设备1具有倾斜趋势时，通过第一缓冲组件提供一定的缓冲力，同时通过第二缓冲组件提供进一步的缓冲力，然后通过缓冲体81提供进一步的缓冲力，缓冲引导装置整体的缓冲能力得到进一步提高。

[0075] 在一些可选的实施例中，第二缓冲组件具体可以包括导向杆811和第二弹性件812；导向杆811与缓冲体81连接并与支撑轴83轴孔配合以使支撑轴83能够在导向杆811上沿导向杆811的长度方向滑动，实际实施时，可以引导轮安置槽82的槽壁上开设侧缓冲槽
89，导向杆811设置于侧缓冲槽89中；第二弹性件812两端分别与支撑轴83和缓冲体81连接以使支撑轴83在导向杆811上具有滑动趋势，第二弹性件812具体可以别配置为挤压弹簧，第二弹性件812套设于导向杆811上，第二弹性件812一端与缓冲体81固定连接，另一端与支撑轴83固定连接。

[0076] 为了保证支撑轴83能够沿导向杆811的长度方向流畅滑动，在一些可选的实施例中，支撑轴83端部通过衔接块810与导向杆811连接，其中，衔接块810套设于导向杆811上，衔接块810与导向杆811之间配置直线轴承以保证衔接块810的滑动流畅性。

[0077] 第二方面，可参考图6～图17结合理解，本申请实施例提供一种基于TBM的平斜一体施工方法，包括以下内容：

[0078] S1、提前施工隧洞2的上平洞21、上平转斜步进段23、斜转下平步进段25和下平洞26并布置相应的始发设施。

[0079] 其中，始发设施包括导轨架4和始发滑架5，始发设施可以供TBM设备1进行滑行。施工上平转斜步进段23和斜转下平步进段25时曲线半径不小于40M以向TBM设备1提供安全的转向环境。

[0080] S2、在上平转斜步进段23的顶部洞壁和斜转下平步进段25的底部洞壁上分别安装如第一方面的任一种缓冲引导装置。

[0081] 其中，缓冲引导装置可以通过锁紧螺杆9与洞壁连接。

[0082] S3、在上平洞21内组装TBM设备1并自上平洞21内的始发设施处开始掘进直至上平转斜步进段23。

[0083] 本申请实施例中，TBM设备1的刀盘采用可变径刀盘，刀盘的变径范围被配置为0～1.5m；TBM设备1可以在上平洞21中的装机室22进行组装，组装过程中可以利用组装架3进行吊装，其中，TBM设备1可以包括TBM主机11以及与TBM主机11转动连接的台车15，台车15作为连接扩展部件以供其他设备安装。TBM设备1组装完成后，利用主机步进装置12提供动力以使TBM设备1移动至始发滑架5的位置。当TBM设备1到达上平转斜步进段23时，利用TBM主机
11前盾底部和尾支撑14位置的夹轨器夹住导轨架4以做好转向准备，其中，尾支撑14通过液压缸连接在TBM主机11和台车15之间，TBM主机11与台车15之间还通过液压缸连接有撑靴
13。

[0084] S4、调整TBM设备1的掘进角度并控制其前进，使TBM设备1的撑靴13撑紧在上平转斜步进段23的缓冲引导装置，直至TBM设备1在上平转斜步进段23的始发设施处。

[0085] 转向时可以通过尾支撑14来调节TBM主机11的姿态，即改变刀盘与掌子面的角度；尾支撑14具体可以包括顶部支腿141和底部支腿142，顶部支腿141和底部支腿142均通过液压缸与TBM主机11连接，通过控制液压缸活塞杆伸长或者回收，能够控制顶部支腿141和底部支腿142伸长或者回收，利用顶部支腿141和底部支腿142撑紧洞壁，通过调整顶部支腿
141和底部支腿142长度，并在缓冲引导装置以及导轨的双重导向作用下，TBM主机11的角度得到准确的调整。TBM设备1在转向过程中会产生较大的倾覆力矩，通过撑靴13撑紧在上平转斜步进段23的缓冲装置上能够抵抗该倾覆力矩，保证TBM设备1稳定的转向。

[0086] S5、控制TBM设备1向前掘进以形成斜井24直至斜转下平步进段25。

[0087] 其中，斜井24相对于竖向的夹角不超过60度。TBM设备1到达斜转下平步进段25时，利用TBM设备1中的ABS装置16顶住洞壁锁紧以防止溜车。同时进行步进托盘6的布设，步进托盘6具体可以与斜转下平步进段25中的导轨架4滑动连接，步进托盘6用于与主机步进装置12接触以对主机步进装置12进行承载。

[0088] S6、调整TBM设备1的掘进角度并控制其前进，使TBM设备1的撑靴13撑紧在斜转下平步进段25的缓冲引导装置。

[0089] 其中，TBM设备1在斜转下平步进段25中可以依靠自身重力进行滑移，当自身重力不足以实现滑移时，依靠主机步进装置12配合步进托盘6实现TBM设备1的前进。

[0090] S7、控制TBM设备1向前掘进预设的长度后拆解TBM设备1。

[0091] 撑靴13离开斜转下平步进段25中的引导缓冲装置时，尾支撑14的顶部支腿141和底部支腿142撑紧洞壁，抵消整机翻转力矩，同时ABS装置16撑紧洞壁，抵消整机倾覆力矩；当尾支撑14步进至离开掘进洞后，尾支撑14的底部支腿142回缩至合适位置并安装尾支撑
14位置的夹轨器。

[0092] 其中，TBM主机11达到下平洞26过程中，台车15底部需要安装行走轮，利用导轨架4进行移动。TBM主机11可以继续对下平洞26进行扩洞，或者向前挖掘尾水洞。也可以在拆机室27进行拆解，拆解时，使用组装架33进行吊装拆解。

[0093] 本申请实施例提供的基于TBM的平斜一体施工方法，通过在上平转斜步进段23和斜转下平步进段25内设置缓冲引导装置，当TBM设备1进行转向时，TBM设备1上的尾支撑14或撑靴13能够撑紧在缓冲引导装置上，TBM设备1在缓冲引导装置的引导作用下向前掘进，不易在转向处产生剧烈抖动，掘进方向得到保障，整体施工流程连续，工期得到一定的缩减，施工效率得到提高。

[0094] 本申请实施例提供的基于TBM的平斜一体施工方法，相较于常规TBM隧洞2施工采用的钻爆法，烟尘、粉尘少，对施工作业人员的身体健康危害低；同时不会对掌子面以外的部分造成损伤破坏，不易出现过挖和对岩壁扰动大的问题，减少洞室支护作业量，提高整体施工效率。

[0095] 以上由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合一些实施例一起介绍，但这并不代表此申请的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作申请介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以上描述中包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0096] 应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在上面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0097] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。