隧道斜井施工系统及施工方法

权利要求书： 1.一种隧道斜井施工系统，其特征在于：包括始发装置（1）、斜井TBM（2）和接收装置（3），斜井TBM（2）开挖的斜井内设有随动运输系统（4）；所述斜井TBM（2）包括掘进主机（201）和后配套（203），掘进主机（201）和后配套（203）之间设有安全防溜装置（204）；所述始发装置（1）包括始发洞室（101），始发洞室（101）内设有顶升装置（102），始发洞室（101）与斜井（100）交汇处设有步进始发台装置（103）或弧形始发架（104），顶升装置（102）与步进始发台装置（103）相对应；所述始发洞室（101）的底部设有凹槽（109），凹槽（109）内设有第一支撑架（108），第一支撑架（108）与步进始发台装置（103）相对应；所述掘进主机（201）进入斜井（100）后，在始发洞室（101）与斜井（100）交汇处设置弧形始发架（104）。

2.根据权利要求1所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述掘进主机（201）包括刀盘（2011）、主驱动（2012）、米字梁（2013）和出渣机构（2015），主驱动（2012）设置在米字梁（2013）上且与刀盘（2011）相连接，米字梁（2013）内部设有运刀工装（2014），出渣机构与刀盘（2011）相对应。

3.根据权利要求2所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述运刀工装（2014）包括设置在米字梁（2013）顶部的导轨（2?301），导轨（2?301）上通过行走制动机构连接有电动吊机（2?302），电动吊机（2?302）上设有吊钩（2?303）；所述行走制动机构包括设置在导轨（2?

301）上的防溜制动器（2?304），防溜制动器（2?304）内的行走齿轮与设置在导轨（2?301）上的齿条（2?305）相啮合，电动吊机（2?302）通过固定链（2?306）连接在防溜制动器（2?304）上。

4.根据权利要求3所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述刀盘（2011）包括刀盘本体（2?104），刀盘本体（2?104）上设有中心滚刀（2?101）和正面滚刀（2?102），中心滚刀（2?

101）设置在刀盘本体（2?104）的中心部，正面滚刀（2?102）由刀盘本体（2?104）中心向刀盘本体（2?104）边缘呈螺旋线分布，刀盘本体（2?104）上设有渣口（2?103），渣口（2?103）处设有刮渣机构。

5.根据权利要求4所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述渣口（2?103）包括中心出渣口、底部出渣口和侧面出渣口；所述刮渣机构为铲齿（2?112），铲齿（2?112）成列设置在渣口（2?103）处。

6.根据权利要求2 5任一项所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述出渣机构~

（2015）包括自溜出渣装置（5?2），自溜出渣装置（5?2）位于斜井TBM（2）的下方，且与设置在斜井（100）洞口的渣水分离装置（5?3）相对应，渣水分离装置（5?3）的出渣口设有渣料运输装置（5?4）。

7.根据权利要求6所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述自溜出渣装置（5?2）包括U型溜渣槽（5?201），U型溜渣槽（5?201）的上部可拆卸设有盖体（5?202），U型溜渣槽（5?

201）的侧壁上设有电磁振动器（5?203），盖体（5?202）上设有高压水冲刷喷头（5?204）。

8.根据权利要求7所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述渣水分离装置（5?3）包括分离罐体（5?301），分离罐体（5?301）内设有搅动机构（5?302）和过滤网（5?303），过滤网（5?303）位于搅动机构（5?302）的下方，分离罐体（5?301）上设有振动器（5?304），且分离罐体（5?301）的出渣口设有皮带输送机（5?305）；分离罐体（5?301）的进渣口与自溜出渣装置（5?2）相对应，皮带输送机（5?305）的出渣口与渣料运输装置（5?4）相对应。

9.根据权利要求1 5、7、8任一项所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述步进始发~

台装置（103）包括设置在始发洞室（101）内的第一始发架（1?301）和设置在斜井（100）井壁上的第二始发架（1?302），第一始发架（1?301）与第二始发架（1?302）相对应；第一始发架（1?301）通过旋转机构（1?303）转动设置在始发洞室（101）底部，所述第一始发架（1?301）上设有第一拖拉油缸（1?304）。

10.根据权利要求9所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述顶升装置（102）包括行走机构（1?201），行走机构（1?201）上对称设有伸缩式多级顶杆（1?202），伸缩式多级顶杆（1?202）通过横梁（1?203）连接形成门式伸缩架，横梁（1?203）上设有电动吊机（1?204）；所述行走机构（1?201）包括移动座（1?2011）和设置在始发洞室（101）内的滑轨（1?2012），移动座（1?2011）的底部设有移动轮（1?2013），移动轮（1?2013）与滑轨（1?2012）相配合，所述移动座（1?2011）上设有千斤顶（1?2014）。

11.根据权利要求1 5、7、8、10任一项所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述接收~

装置（3）包括设置在斜井（100）与平洞（200）相交处的转换洞室（303），转换洞室（303）上部设有起吊机构（304），转换洞室（303）下部设有摆动支撑机构（305）和拖拉机构（306），摆动支撑机构（305）设置在斜井（100）与平洞（200）相交处且与拖拉机构（306）相对应。

12.根据权利要求11所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述起吊机构（304）包括设置在转换洞室（303）内的水平导轨（3?401），水平导轨（3?401）上设有起重机（3?402）；所述摆动支撑机构（305）包括设置在斜井（100）与平洞（200）底面相交处的旋转支架（3?501），旋转支架（3?501）上铰接有旋转步进架（3?502），旋转步进架（3?502）的两端可拆卸设有第二支撑架（3?503）。

13.根据权利要求12所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述旋转步进架（3?502）处于水平状态时与拖拉机构（306）平滑对接；旋转步进架（3?502）处于极限倾斜状态时与设置在斜井（100）内的固定步进架（3?504）平滑对接；所述拖拉机构（306）包括设置在平洞（200）底部的水平步进架（3?601），水平步进架（3?601）上设有第二拖拉油缸（3?602）。

14.根据权利要求1 5、7、8、10、13任一项所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述~

随动运输系统（4）包括第一子系统（401）和第二子系统（402），第一子系统（401）与第二子系统（402）沿斜井（100）轴向前后排列设置在斜井（100）内，第一子系统（401）设置在斜井（100）底部与斜井TBM尾部之间，第二子系统（402）设置在斜井TBM尾部与掘进主机之间，且第二子系统（402）、第一子系统（401）分别与斜井TBM（2）相对应。

15.根据权利要求14所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述第一子系统（401）包括设置在斜井（100）底部的卷扬机（4?101）和设置在斜井井壁上的换向轮组（4?102），换向轮组（4?102）位于斜井TBM尾部上方，卷扬机（4?101）的钢丝绳（101?1）依次绕过换向轮组（4?102），且钢丝绳（101?1）上设有机车装置（4?103）；所述机车装置（4?103）包括车厢体（103?1），车厢体（103?1）通过起吊锁紧扣（103?2）与钢丝绳（101?1）相连接，车厢体（103?1）上铰接有伸缩油缸（103?3），伸缩油缸（103?3）的伸缩端设有连接锁扣（103?4）。

16.根据权利要求15所述的隧道斜井施工系统，其特征在于：所述第二子系统（402）包括设置在斜井井壁上的第一导轨（4?201），第一导轨（4?201）位于斜井TBM（2）上方且位于第一子系统（401）前方，第一导轨（4?201）上设有第一防溜制动器（4?204），第一防溜制动器（4?204）内的行走齿轮与设置在第一导轨（4?201）上的第一齿条（4?205）相啮合，第一防溜制动器（4?204）通过第一固定链（4?206）连接有第一电动吊机（4?202），第一电动吊机（4?

202）上设有第一吊钩（4?203）。

17.一种如权利要求1 16任一项所述的隧道斜井施工系统的施工方法，其特征在于：步~

骤如下：S1：在特定位置预先开挖始发装置（1）的始发洞室和接收装置（3）的转换洞室（303），并安装相应的工装设备；

S2：斜井TBM（2）在始发装置（1）拼装完成后，由始发装置（1）的步进始发台装置（103）和顶升装置（102）配合，完成斜井TBM（2）由始发洞室到斜井的始发；

S3：斜井TBM（2）沿预定轨迹进行斜井开挖掘进，在掘进过程中，渣土经刀盘到出渣机构，进行自溜式出渣；

S4：在斜井开挖掘进过程中，随动运输系统（4）配合斜井TBM（2）定期移动，进行物料连续输送，并配合运刀工装进行刀具运输；

S5：斜井TBM（2）掘进至转换洞室（303）时，通过接收装置（3）的起吊机构（304）、摆动支撑机构（305）和拖拉机构（306），将斜井TBM（2）快速转运至平洞（200）内；

S6：调整斜井TBM（2）的刀盘溜渣部分、后配套相应设备，以满足平洞（200）掘进需要。

说明书： 一种隧道斜井施工系统及施工方法技术领域[0001] 本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种隧道斜井施工系统及施工方法。背景技术[0002] TBM硬岩隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送泥渣、拼装隧道衬砌等功能，已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。常规的

TBM掘进机适用于±5%坡度的平洞施工，在国内还没有大坡度斜井TBM应用的案例。在抽水

蓄能电站中有引水斜井和上平洞通常连通，若采用TBM工法施工，引水斜井需要一台斜井

TBM，适应大坡度隧洞施工；平洞则需另外一台常规TBM施工。如申请号为CN201210207191.X

的一种应用具有土压平衡功能的TBM施工斜井的方法，包括大坡度掘进施工、长距离施工通

风、反坡地下水抽排及地下水综合治理施工、长距离大坡度物料运输及出渣综合施工、斜井

超前地质预报施工和单护盾TBM及土压平衡两种掘进模式的转换施工。但是上述技术只适

用于大坡度高埋深斜井施工，斜井与平洞转换困难，仍需两台掘进机完成斜井与平洞的开

挖，施工投入较大，施工效率低。

发明内容[0003] 针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种隧道斜井施工系统及施工方法，用以解决上述技术问题。

[0004] 本发明的技术方案是这样实现的：一种隧道斜井施工系统，包括始发装置、斜井TBM和接收装置，斜井TBM开挖的斜井内设有随动运输系统；所述斜井TBM包括掘进主机和后

配套，掘进主机和后配套之间设有安全防溜装置。

[0005] 所述掘进主机包括刀盘、主驱动、米字梁和出渣机构，主驱动设置在米字梁上且与刀盘相连接，米字梁内部设有运刀工装，出渣机构与刀盘相对应。

[0006] 所述运刀工装包括设置在米字梁顶部的导轨，导轨上通过行走制动机构连接有电动吊机，电动吊机上设有吊钩；所述行走制动机构包括设置在导轨上的防溜制动器，防溜制

动器内的行走齿轮与设置在导轨上的齿条相啮合，电动吊机通过固定链连接在防溜制动器

上。

[0007] 所述刀盘包括刀盘本体，刀盘本体上设有中心滚刀和正面滚刀，中心滚刀设置在刀盘本体的中心部，正面滚刀由刀盘本体中心向刀盘本体边缘呈螺旋线分布，刀盘本体上

设有渣口，渣口处设有刮渣机构。

[0008] 所述渣口包括中心出渣口、底部出渣口和侧面出渣口；所述刮渣机构为铲齿，铲齿成列设置在渣口处。

[0009] 所述出渣机构包括自溜出渣装置，自溜出渣装置位于斜井TBM的下方，且与设置在斜井洞口的渣水分离装置相对应，渣水分离装置的出渣口设有渣料运输装置。

[0010] 所述自溜出渣装置包括U型溜渣槽，U型溜渣槽的上部可拆卸设有盖体，U型溜渣槽的侧壁上设有电磁振动器，盖体上设有高压水冲刷喷头。

[0011] 所述渣水分离装置包括分离罐体，分离罐体内设有搅动机构和过滤网，过滤网位于搅动机构的下方，分离罐体上设有振动器，且分离罐体的出渣口设有皮带输送机；分离罐

体的进渣口与自溜出渣装置相对应，皮带输送机的出渣口与渣料运输装置相对应。

[0012] 所述始发装置包括始发洞室，始发洞室内设有顶升装置，始发洞室与斜井交汇处设有步进始发台装置或弧形始发架，顶升装置与步进始发台装置相对应；所述始发洞室的

底部设有凹槽，凹槽内设有第一支撑架，第一支撑架与步进始发台装置相对应；所述掘进主

机进入斜井后，在始发洞室与斜井交汇处设置弧形始发架。

[0013] 所述步进始发台装置包括设置在始发洞室内的第一始发架和设置在斜井井壁上的第二始发架，第一始发架与第二始发架相对应；第一始发架通过旋转机构转动设置在始

发洞室底部，所述第一始发架上设有第一拖拉油缸。

[0014] 所述顶升装置包括行走机构，行走机构上对称设有伸缩式多级顶杆，伸缩式多级顶杆通过横梁连接形成门式伸缩架，横梁上设有电动吊机；所述行走机构包括移动座和设

置在始发洞室内的滑轨，移动座的底部设有移动轮，移动轮与滑轨相配合，所述移动座上设

有千斤顶。

[0015] 所述接收装置包括设置在斜井与平洞相交处的转换洞室，转换洞室上部设有起吊机构，转换洞室下部设有摆动支撑机构和拖拉机构，摆动支撑机构设置在斜井与平洞相交

处且与拖拉机构相对应。

[0016] 所述起吊机构包括设置在转换洞室内的水平导轨，水平导轨上设有起重机；所述摆动支撑机构包括设置在斜井与平洞底面相交处的旋转支架，旋转支架上铰接有旋转步进

架，旋转步进架的两端可拆卸设有第二支撑架。

[0017] 所述旋转步进架处于水平状态时与拖拉机构平滑对接；旋转步进架处于极限倾斜状态时与设置在斜井内的固定步进架平滑对接；所述拖拉机构包括设置在平洞底部的水平

步进架，水平步进架上设有第二拖拉油缸。

[0018] 所述随动运输系统包括第一子系统和第二子系统，第一子系统与第二子系统沿斜井轴向前后排列设置在斜井内，第一子系统设置在斜井底部与斜井TBM尾部之间，第二子系

统设置在斜井TBM尾部与掘进主机之间，且第二子系统、第一子系统分别与斜井TBM相对应。

[0019] 所述第一子系统包括设置在斜井底部的卷扬机和设置在斜井井壁上的换向轮组，换向轮组位于斜井TBM尾部上方，卷扬机的钢丝绳依次绕过换向轮组，且钢丝绳上设有机车

装置；所述机车装置包括车厢体，车厢体通过起吊锁紧扣与钢丝绳相连接，车厢体上铰接有

伸缩油缸，伸缩油缸的伸缩端设有连接锁扣。

[0020] 所述第二子系统包括设置在斜井井壁上的第一导轨，第一导轨位于斜井TBM上方且位于第一子系统前方，第一导轨上设有第一防溜制动器，第一防溜制动器内的行走齿轮

与设置在第一导轨上的第一齿条相啮合，第一防溜制动器通过第一固定链连接有第一电动

吊机，第一电动吊机上设有第一吊钩。

[0021] 一种隧道斜井施工系统的施工方法，步骤如下：包括始发装置、斜井TBM和接收装置，斜井TBM开挖的斜井内设有随动运输系统；所述斜井TBM包括掘进主机和后配套，掘进主

机和后配套之间设有安全防溜装置；

[0022] S1：在特定位置预先开挖始发装置的始发洞室和接收装置的转换洞室，并安装相应的工装设备；

[0023] S2：斜井TBM在始发装置拼装完成后，由始发装置的步进始发台装置和顶升装置配合，完成斜井TBM由始发洞室到斜井的始发；

[0024] S3：斜井TBM沿预定轨迹进行斜井开挖掘进，在掘进过程中，渣土经刀盘到出渣机构，进行自溜式出渣；

[0025] S4：在斜井开挖掘进过程中，随动运输系统配合斜井TBM定期移动，进行物料连续输送，并配合运刀工装进行刀具运输；

[0026] S5：斜井TBM掘进至转换洞室时，通过接收装置的起吊机构、摆动支撑机构和拖拉机构，将斜井TBM快速转运至平洞内；

[0027] S6：调整斜井TBM的刀盘溜渣部分、后配套相应设备，以满足平洞掘进需要。[0028] 本发明斜井与平洞快速转换装置的起吊机构的辅助作用下，摆动支撑机构成为斜井与平洞之间的“桥梁”实现TBM掘进机由斜井到平洞的快速转换，提高掘进效率，减少设备

投入。始发系统适用于大坡度斜井TBM始发工作，可实现向上掘进和向下掘进两种模式，适

用范围广。始发系统采用可旋转的第一始发架配合高度可调的支撑架，方便调整始发角度，

保证稳定性和安全性。始发系统采用弧形始发架对后配套装置进行始发，提高了后配套装

置的始发效率。新型刀盘改变传统TBM刀盘结构，盘背部不设置溜渣板，采用间隔布置的支

撑梁，既承受推力和扭矩，又起到溜渣作用。斜井TBM渣料由斜井刀盘处经自溜出渣装置滑

落到渣水分离装置内，进行渣水分离，分离后的渣土进入渣料运输装置被运出井外，整个出

渣过程简单，适用于坡度大于40%的斜井工程。此外，自溜出渣装置的U型溜渣槽侧壁布置电

磁振动器和盖板上设有高压水冲刷喷头，可有效加快渣料流动速度，防止堵渣现象，保证掘

进效率。本发明通过第一子系统和第二子系统完成两部分运输，一是从斜井底部至斜井TBM

尾部物料暂存区域的运输，另一部分是斜井TBM尾部物料暂存区域至斜井TBM主机部分的运

输，第一子系统和第二子系统互相配合，提高运输效率和运输灵活性，满足斜井TBM掘进对

物料运输的需求。本发明结构设计适用于大坡度斜井，施工方法简单有效，提高了斜井TBM

的高效、安全始发，是斜井施工的一大创新，具有较高的推广价值。

附图说明[0029] 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。

[0030] 图1为本发明始发装置和接收装置布置示意图。[0031] 图2为本发明斜井TBM结构示意图。[0032] 图3为本发明掘进主机结构示意图。[0033] 图4为运刀工装布置示意图。[0034] 图5为运刀工装结构示意图。[0035] 图6为刀盘主视示意图。[0036] 图7为出渣机构结构示意图。[0037] 图8为自溜出渣装置横截面示意图。[0038] 图9为始发装置结构示意图。[0039] 图10为接收装置结构示意图。[0040] 图11为随动运输系统结构示意图。[0041] 图12为机车装置结构示意图。[0042] 图13为第二子系统结构示意图。[0043] 图14为斜井TBM始发状态示意图。[0044] 图15为斜井TBM完成始发状态示意图。[0045] 图16为斜井TBM进入接收状态装置示意图。具体实施方式[0046] 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。

[0047] 如图1、2所示，实施例1，一种隧道斜井施工系统，包括始发装置1、斜井TBM2和接收装置3，包括始发装置1位于斜井TBM的始发端，辅助斜井TBM完成始发。接收装置3位于斜井

TBM的接收端，用于接收从斜井掘进至平洞的TBM。斜井TBM2开挖的斜井内设有随动运输系

统4，随动运输系统4定期随斜井TBM调整位置，实现对TBM的连续运送物料。所述斜井TBM2包

括掘进主机201和后配套203，掘进主机201和后配套203之间设有安全防溜装置204。安全防

溜装置204防止TBM掘进机在斜井100内掘进时发生溜车或不必要的滑动，在平洞200内掘进

时，将安全防溜装置拆掉即可。优选地，所述安全防溜装置包括支撑台车，支撑台车上设有

伸缩臂，伸缩臂可采用伸缩油缸，伸缩臂的数量根据需要设置，伸缩臂的自由端设有撑靴

板，使用时伸缩臂伸出，将撑靴板撑紧在斜井井壁上，有效防止TBM掘进机发生向下的溜动。

支撑台车的前端设有与掘进主机相连接的连接油缸，通过连接油缸实现与掘进主机的快速

连接，并随掘进主机进行同步随动，提高斜井施工的安全性。

[0048] 进一步，如图3所示，所述掘进主机201包括刀盘2011、主驱动2012、米字梁2013和出渣机构2015，主驱动2012设置在米字梁2013上且与刀盘2011相连接，米字梁2013内部设

有运刀工装2014，出渣机构与刀盘2011相对应，渣土经刀盘上的进渣口进入出渣机构进行

高效出渣。当需要换刀时，运刀工装载有的刀具通过米字梁，到达刀盘处进行刀具的更换，

提高换刀效率。

[0049] 进一步，如图4、5所示，所述运刀工装2014包括设置在米字梁2013顶部的导轨2?301，导轨2?301上通过行走制动机构连接有电动吊机2?302，电动吊机2?302上设有吊钩2?

303；电动吊机在行走制动机构的作用下，沿导轨运动，实现在斜井内的上下运动。所述行走

制动机构包括设置在导轨2?301上的防溜制动器2?304，防溜制动器2?304内的行走齿轮与

设置在导轨2?301上的齿条2?305相啮合，防溜制动器内的电机带动齿轮转动，齿轮与齿条

啮合，带动防溜制动器沿导轨运动。电动吊机2?302通过固定链2?306连接在防溜制动器2?

304上。固定链连接提高电动吊机的灵活性，提高运输安全性。使用时，运刀工装负责从掘进

主机区域运输到刀盘背部区域，由电动吊机接过斜井TBM物料运输系统送过来的滚刀，由电

动吊机沿齿轮齿条机构运输，防溜制动器起到大坡度斜井运输安全保障作用，防止下溜。

[0050] 进一步，如图6所示，所述刀盘2011包括刀盘本体2?104，刀盘本体2?104上设有中心滚刀2?101和正面滚刀2?102和用于喷涂改良剂的喷口2?113，中心滚刀设置在刀盘本体

的中心部，根据需要可设置4 6把中心滚刀。正面滚刀的数量根据需要设置，中心滚刀2?101

~

设置在刀盘本体2?104的中心部，正面滚刀2?102由刀盘本体2?104中心向刀盘本体2?104边

缘呈螺旋线分布，提高开挖效率和出渣效率。刀盘本体2?104上设有渣口2?103，渣口2?103

处设有刮渣机构。在刮渣机构的作用下，刀盘开挖下的渣土快速进入进渣口。所述渣口2?

103包括中心出渣口、底部出渣口和侧面出渣口；中心出渣口、底部出渣口和侧面出渣口内

均设有封堵闸门且均与相应的出渣系统相连接。在斜井掘进过程中，中心出渣口的封堵闸

门处于关闭状态，底部出渣口和侧面出渣口内的封堵闸门处于打开状态，掘进过程中产生

的渣土，经底部出渣口和侧面出渣口进入溜渣槽进行出渣。在平洞掘进过程中，将溜渣槽拆

除，中心出渣口的封堵闸门处于打开状态，并安装相应的中心出渣皮带机，底部出渣口和侧

面出渣口内的封堵闸门处于关闭状态，掘进过程中产生的渣土经中心出渣口进入中心出渣

皮带机进行出渣。所述刮渣机构为铲齿2?112，铲齿2?112成列设置在渣口2?103处。铲齿在

刀盘本体转动的作用下，将渣土刮送到进渣口，提高自溜出渣效率。

[0051] 如图7所示，实施例2，一种隧道斜井施工系统，所述出渣机构2015包括自溜出渣装置5?2，自溜出渣装置5?2位于斜井TBM2的下方，且与设置在斜井100洞口的渣水分离装置5?

3相对应，自溜出渣装置依次穿过斜井掘进主机、安全防溜装置和后配套，并延伸至斜井洞

口。渣水分离装置5?3的出渣口设有渣料运输装置5?4。斜井TBM在掘进过程中产生的渣土经

自溜出渣装置滑落到渣水分离装置内，进行渣水分离，分离后的渣土进入渣料运输装置被

运出井外。优选地，所述渣料运输装置为自卸式运输车，运输更加方便、灵活。

[0052] 进一步，如图8所示，所述自溜出渣装置5?2包括U型溜渣槽5?201，U型溜渣槽的前端与斜井TBM刀盘的出渣口相对应，U型溜渣槽5?201的上部可拆卸设有盖体5?202，形成密

封腔道。U型溜渣槽5?201的侧壁上设有电磁振动器5?203，所述U型溜渣槽内设有流速传感

器，盖体5?202上设有高压水冲刷喷头5?204。流速传感器对溜渣槽渣料的流动速度进行监

测，渣料流动速度大于1.5m/s时，为正常出渣状态；当渣料流动速度在0.8?1.5m/s之间时，

打开电磁振动器，对溜渣槽侧壁进行辅助出渣；当渣料流动速度在0.3?0.8m/s之间时，关闭

电磁振动器，采用高压水冲刷溜渣槽底部进行辅助出渣；当渣料流动速度小于0.3m/s时，同

时打开电磁振动器和高压水冲刷进行辅助出渣。相邻两个电磁振动器5?203之间的距离为

10 40m，振动器布置数量与溜渣槽的倾斜角度相关，相邻两个高压水冲刷喷头5?204之间的

~

距离为10 40m，冲刷喷头布置数量与溜渣槽的的倾斜角度相关，倾斜角度越小，相邻两个电

~

磁振动器203之间的距离和相邻两个高压水冲刷喷头5?204之间的距离就越小。冲刷喷嘴直

径2 5mm，压力3 10bar。

~ ~

[0053] 优选地，如图7所示，所述渣水分离装置5?3包括分离罐体5?301，分离罐体5?301内设有搅动机构5?302和过滤网5?303，过滤网5?303位于搅动机构5?302的下方，搅动机构5?

302可采用电机驱动的搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌叶。或采用电动机带动的滚筒。分离罐体

5?301上设有振动器5?304，且分离罐体5?301的出渣口设有皮带输送机5?305；分离罐体5?

301的进渣口与自溜出渣装置5?2相对应，皮带输送机5?305的出渣口与渣料运输装置5?4相

对应。皮带输送机305为倾斜角度可调的皮带机，皮带输送机由皮带、皮带运输机构、调速电

机组成，可实时调整渣料运转速度。

[0054] 如9所示，实施例3，一种隧道斜井施工系统，所述始发装置1包括始发洞室101，发洞室为预支洞，设置在斜井始发位置。始发洞室101内设有顶升装置102，顶升装置为斜井掘

进主机等组装或调运提供动力，且顶升装置能在始发洞室内运动，提高其灵活性。始发洞室

101与斜井100交汇处设有步进始发台装置103或弧形始发架104，当斜井掘进主机或安全防

溜装置始发时，始发洞室1与斜井100交汇处设置步进始发台装置，斜井掘进主机和安全防

溜装置完成始发后，将步进始发台装置103一部分拆除，在始发洞室1与斜井100交汇处架设

弧形始发架104便于后配套的运动。顶升装置102与步进始发台装置103相对应；始发顶升装

置102辅助步进始发台装置103发生角度改变，便于斜井掘进主机由始发洞室1向斜井的始

发。为防止第一始发架1?301在摆动过程中发生干涉，同时保证第一始发架1?301的摆动范

围，在所述始发洞室101的底部设有凹槽109，凹槽109内设有第一支撑架108，第一支撑架

108与步进始发台装置103相对应；所述掘进主机201进入斜井100后，在始发洞室101与斜井

100交汇处设置弧形始发架104。第一支撑架108与步进始发台装置103相对应，当始发台装

置103的第一始发架1?301处于水平位置时，支撑架对其进行支撑，确保第一始发架1?301的

稳定性；当第一始发架1?301发生转动时，将第一支撑架拆除。

[0055] 优选地，所述步进始发台装置103包括设置在始发洞室101内的第一始发架1?301和设置在斜井100井壁上的第二始发架1?302，第一始发架1?301与第二始发架1?302相对

应；当第一始发架转动到一定位置时，能与第二始发架完美对接。第一始发架1?301通过旋

转机构1?303转动设置在始发洞室101底部，旋转机构可采用旋转支架，然后第一始发架通

过销轴与旋转支架铰接，实现第一始发架相对旋转支架的转动，旋转支架固定在始发洞室

底部且位于凹槽的边缘。所述第一始发架1?301上设有第一拖拉油缸1?304。拖拉油缸的数

量根据需要设置，用于将斜井掘进主机和安全防溜装置向前拖拽。

[0056] 进一步，所述顶升装置102包括行走机构1?201，行走机构可采用轨道式或轮式，在行走机构的作用下，顶升装置能在始发洞室内自由运动。行走机构1?201上对称设有伸缩式

多级顶杆1?202，伸缩式多级顶杆1?202通过横梁1?203连接形成门式伸缩架，门式伸缩架横

跨第一始发架。横梁1?203上设有电动吊机1?204；电动吊机能沿横梁运动，提高起灵活性。

所述行走机构1?201包括移动座1?2011和设置在始发洞室101内的滑轨1?2012，移动座1?

2011的底部设有移动轮1?2013，移动轮1?2013与滑轨1?2012相配合，移动轮在驱动件的作

用下转动，实现移动座沿滑轨的运动。所述移动座1?2011上设有千斤顶1?2014。当行走机构

运动到合适位置处，千斤顶伸出顶紧在始发洞室底面上，防止移动轮发生移动，起到制动作

用。当斜井掘进主机进入斜井100后或斜井掘进主机和安全防溜装置都进入斜井后，将第一

始发架拆除，然后在始发洞室101与斜井100交汇处回填渣土并设置弧形始发架104。所述弧

形始发架104在始发洞室1与斜井100之间形成平缓过渡路段，便于后配套随斜井掘进主机

和安全防溜装置顺利进入斜井。

[0057] 如图10所示，实施例4，一种隧道斜井施工系统，所述接收装置3包括设置在斜井100与位于上部的待开挖的平洞200相交处的转换洞室303，转换洞室分别与斜井和平洞连

通。转换洞室303上部设有起吊机构304，转换洞室303下部设有摆动支撑机构305和拖拉机

构306，摆动支撑机构305设置在斜井100与平洞200相交处且与拖拉机构306相对应。起吊机

构位于摆动支撑机构和拖拉机构上方，起吊机构为摆动支撑机构的摆动提供动力。摆动支

撑机构为斜井与平洞之间的“桥梁”实现TBM掘进机由斜井到平洞的快速转换，提高掘进效

率，减少设备投入。

[0058] 进一步，所述起吊机构304包括设置在转换洞室303内的水平导轨3?401，水平导轨3?401上设有起重机3?402；起重机在自身驱动电机的作用下能沿水平导轨运动，起重机带

动旋转步进架绕铰接点转动，辅助TBM掘进机从斜井快速进入平洞。所述摆动支撑机构305

包括设置在斜井100与平洞200底面相交处的旋转支架3?501，旋转支架3?501上铰接有旋转

步进架3?502，旋转步进架能绕铰接点转动，旋转步进架的长度保证在其旋转过程中不与斜

井、转换洞室及平洞发生干涉，旋转步进架3?502的两端可拆卸设有第二支撑架3?503。当旋

转步进架3?502处于水平状态时，旋转步进架3?502与斜井相对应的一端设有第二支撑架，

当旋转步进架3?502处于极限倾斜状态时，旋转步进架与平洞对应的一端设有第二支撑架，

其目的均为提高旋转步进架3?502的稳定性，同时提高施工安全系数。

[0059] 优选地，所述旋转步进架3?502处于水平状态时与拖拉机构306平滑对接；保证TBM掘进能顺利经旋转步进架3?502进入水平步进架3?601。旋转步进架3?502处于极限倾斜状

态（极限倾斜状态即旋转步进架紧贴在斜井底部）时与设置在斜井100内的固定步进架3?

504平滑对接；保证保证TBM掘进能顺利经固定步进架进入旋转步进架。所述拖拉机构306包

括设置在平洞200底部的水平步进架3?601，水平步进架3?601上设有第二拖拉油缸3?602。

水平步进架3?601的长度根据需要设置，以能满足TBM掘进机的顺利转换，第二拖拉油缸3?

602与水平步进架平行设置，为掘进主机在平洞中的初始运动提供动力。

[0060] 如图11所示，实施例5，一种隧道斜井施工系统，所述随动运输系统4包括第一子系统401和第二子系统402，第一子系统401与第二子系统402沿斜井100轴向前后排列设置在

斜井100内位于斜井的上侧井壁上，避免与斜井TBM发生干涉。第一子系统401设置在斜井

100底部与斜井TBM尾部之间，用于斜井3底部与斜井TBM尾部之间区域物料或人员的运输。

第二子系统402设置在斜井TBM尾部与掘进主机之间，用于斜井TBM尾部与斜井掘进主机之

间区域物料的运输，第二子系统402、第一子系统401分别与斜井TBM2相对应。斜井TBM尾部

设有人行台阶通道，便于经第一子系统运送来的施工人员从斜井TBM尾部进入斜井掘进主

机区域。第二子系统、第一子系统随着斜井TBM改变路径长度，使斜井TBM施工过程中产生的

废料依次经第一子系统、第二子系统运送至斜井底部。

[0061] 进一步，如图12所示，所述第一子系统401包括设置在斜井100底部的卷扬机4?101和设置在斜井井壁上的换向轮组4?102，卷扬电机运输速度0.1m/s?5m/s可调。换向轮组4?

102位于斜井TBM尾部上方，换向轮组随着斜井TBM向上掘进，换向轮组4?102定期向TBM掘进

方向移动安装，即随着TBM的运动延长第一子系统的运输路径。卷扬机4?101的钢丝绳101?1

依次绕过换向轮组4?102，且钢丝绳101?1上设有机车装置4?103；在卷扬机的作用下，钢丝

绳带动机车装置沿斜井运动。所述机车装置4?103包括车厢体103?1，车厢体103?1通过起吊

锁紧扣103?2与钢丝绳101?1相连接，钢丝绳上根据可设置1个或多个车厢体，施工人员或物

料经车厢体运动至斜井TBM尾部。车厢体103?1上铰接有伸缩油缸103?3，伸缩油缸103?3的

伸缩端设有连接锁扣103?4。到达斜井TBM后配套台车尾部时，通过拖拉油缸与后配套台车

尾部连接，TBM掘进时运输机车装置随斜井TBM移动。所述卷扬机4?101包括支撑座，支撑座

固定在斜井底部，支撑座上设有卷扬电机和卷筒，卷扬电机与卷筒相连接，在卷扬电机的作

用下带动卷筒转动，进而实现钢丝绳的收放。卷筒的两端设有制动器，防止在运输过程中，

发生不必要的打滑，提高运输安全系数。

[0062] 进一步，如图13所示，所述第二子系统402包括设置在斜井井壁上的第一导轨4?201，第一导轨4?201位于斜井TBM2上方且位于第一子系统401前方，随着斜井TBM向前掘进，

导轨的铺设长度增加。第一导轨4?201上设有第一防溜制动器4?204，第一防溜制动器4?204

内的行走齿轮与设置在第一导轨4?201上的第一齿条4?205相啮合，防溜制动器内的电机带

动齿轮转动，齿轮与齿条啮合，带动防溜制动器沿导轨运动。第一防溜制动器4?204通过第

一固定链4?206连接有第一电动吊机4?202，第一电动吊机4?202上设有第一吊钩4?203。电

动吊机在行走制动机构的作用下，沿导轨运动，实现在斜井内的上下运动。

[0063] 实施例6：一种隧道斜井施工系统的施工方法，步骤如下：包括始发装置1、斜井TBM2和接收装置3，斜井TBM2开挖的斜井内设有随动运输系统4；所述斜井TBM2包括掘进主

机201和后配套203，掘进主机201和后配套203之间设有安全防溜装置204；

[0064] S1：在特定位置预先开挖始发装置1的始发洞室和接收装置3的转换洞室303，并安装相应的工装设备；

[0065] S2：如图14所示，斜井TBM2在始发装置1拼装完成后，由始发装置1的步进始发台装置103和顶升装置102配合，完成斜井TBM2由始发洞室到斜井的始发；具体如下：S2.1预先开

挖始发洞室和凹槽，其中始发洞室长度大于斜井掘进主机长度、宽度为斜井TBM直径的1.3

~

1.5倍、高度为斜井TBM直径的1.4 1.6倍；然后将步进始发台装置的第一始发架与第二始发

~

架安装在洞壁的相应位置处，将顶升装置在始发洞室内完成安装；S2.2：在顶升装置的辅助

作用下将斜井掘进主机在第一始发架上进行组装；使组装后的斜井TBM位于第一始发架上。

S2.3：在顶升装置的辅助下，斜井掘进主机和第一始发架绕旋转机构旋转，使第一始发架与

第二始发架顺利对接，形成斜直路架，便于斜井掘进主机顺利进入斜井内；S2.4：通过第一

始发架上的拖拉油缸，将斜井掘进主机移动至始第二始发架处，并将第一始发架恢复到初

始水平位，并通过支撑支撑；S2.5：在顶升装置的辅助下，将斜井TBM的安全防溜装置调运至

第一始发架1?301上并完成组装；S2.6：移除支撑架，在顶升装置的辅助下，安全防溜装置和

和第一始发架绕旋转机构旋转，使第一始发架与第二始发架顺利对接，形成斜直路架，便于

斜井TBM的安全防溜装置顺利进入斜井内；S2.7：斜井掘进主机沿第二始发架向上移动，安

全防溜装置由第一始发架移动至第二始发架处；S2.8：拆除第一始发架，对凹槽进行渣土回

填，并架设弧形始发架，然后在斜井TBM的安全防溜装置后部安装牵引钢丝绳；S2.9：斜井掘

进主机步进至掌子面处，调试完毕后开始掘进；随着斜井TBM掘进，后配套装置沿弧形始发

架也同步完成始发，如图15所示。

[0066] S3：斜井TBM2沿预定轨迹进行斜井开挖掘进，在掘进过程中，渣土经刀盘到出渣机构，进行自溜式出渣；具体为斜井TBM在掘进过程中产生的渣土经自溜出渣装置滑落到渣水

分离装置内，进行渣水分离，分离后的渣土进入渣料运输装置被运出井外。

[0067] S4：在斜井开挖掘进过程中，随动运输系统4配合斜井TBM2定期移动，进行物料连续输送，并配合运刀工装进行刀具运输。物料连续输送具体步骤如下S4.1：斜井底部的施工

人员或物料即运输包括施工人员、工装辅料、刀具等易耗品，进入第一子系统的机车装置

内，然后在卷扬机的作用下将机车装置运输至斜井TBM尾部；卷扬机运输速度可调，可实现

高速、高效运输；S4.2：施工人员经设置在斜井TBM尾部的人行台阶通道向斜井掘进主机区

域移动；S4.3：物料在第二子系统的电动吊机吊运至斜井掘进主机。所述从斜井掘进主机到

斜井底部的向下运输步骤如下：A1：斜井掘进主机施工过程中产生的废料由第二子系统的

电动吊机吊运至斜井TBM尾部区域；并将第一子系统1的机车装置运送至斜井TBM尾部区域；

A2：将废料转运至机车装置内，然后通过第一子系统的卷扬机将载有废料的机车装置向下

运送至斜井底部。两部分运输系统互相配合，满足斜井TBM掘进对物料运输的需求。

[0068] S5：如图16所示，斜井TBM2掘进至转换洞室303时，通过接收装置3的起吊机构304、摆动支撑机构305和拖拉机构306，将斜井TBM2快速转运至平洞200内；具体如下：S5.1：掘进

主机由斜井至转换洞室：摆动支撑机构的旋转步进架处于极限倾斜状态，初始状态下，旋转

步进架与平洞对应端处的支撑架（设为上支撑架）支撑在洞壁上，掘进主机运动至旋转步进

架的合适位置处，断开掘进主机与安全防溜装置之间的连接，拆除上支撑架；转换洞室内的

起吊机构带动旋转步进架转动，将旋转步进架由极限倾斜状态转动至水平状态，旋转步进

架旋转后与水平步进架相连，掘进主机由斜井转运至转换洞室内；并安装旋转步进架与斜

井对应端处的支撑架（设为下支撑架），对旋转步进架进行支撑；S5.2：掘进主机由转换洞室

至平洞：拖拉机构的拖拉油缸与掘进主机连接，将掘进主机由处于水平状态的旋转步进架

拖拉至水平步进架；及将掘进主机沿水平步进架向前拉动移动距离，便于后配套等的安装；

S5.3：安全防溜装置由斜井至转换洞室：拆除下支撑架，利用起吊机构将旋转步进架放至极

限倾斜位置，将安全防溜装置移动至旋转步进架，在起吊机构的辅助下，旋转步进架和安全

防溜装置旋转至水平状态，安装下支撑架，拆除安全装置，平洞掘进过程不需要安全装置；

S5.4：后配套由斜井至转换洞室：拆除下支撑架，利用起吊机构将旋转步进架放至极限倾斜

位置，将后配套依次移动到旋转步进架，在起吊机构的辅助下，旋转步进架和后配套台车旋

转至水平状态；S5.5：掘进主机在水平步进架上步进至预定位置，将后配套与掘进主机连

接，并对刀盘溜渣部分、后配套相应设备进行调整，以满足平洞掘进需要。

[0069] S6：调整斜井TBM2的刀盘溜渣部分、后配套相应设备，以满足平洞200掘进需要。具体步骤如下：将刀盘底部出渣口和侧面出渣口闸门封堵，将刀盘701的中心出渣口打开，增

加刮渣、溜渣板和出渣皮带机，满足刀盘中心出渣。后配套相应设备进行调整步骤是将原液

压箱、水箱改造成水平布置，拆除人行通道的台阶。

[0070] 其他结构与实施例4或5相同。[0071] 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。