本发明属于隧道施工，具体涉及一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备。
背景技术：
1、在复杂地质和城市环境下修建隧道和进行地下空间开发极易诱发地表坍塌、构筑物沉降、路面破坏等事故，尤其是在城市地下空间开发中，由这些事故而造成的社会影响和破坏力非常大。这些事故的诱发是掌子面1.5倍洞径范围内围岩位移变化引起的，在控制掌子面前方围岩位移变形方面工程界已经有很多方法和技术措施，例如：
2、超前支护：通过设置掌子面锚杆、管棚等超前支护手段，可以有效控制掌子面前方的围岩变形。这些措施能够提前增强围岩的稳定性，减少因开挖引起的先行位移。
3、掌子面锚杆加固：掌子面锚杆是一种有效的预加固技术，它能够控制围岩开挖后的先行位移和掌子面位移，为大断面开挖创造条件。掌子面锚杆的长度一般在10～20m之间，宜优先采用易于切割的玻璃纤维锚杆。
4、管棚支护：在隧道开挖前，通过向掌子面前方地层里打入钢管并注浆，使地层与钢管共同形成一种承载结构，能够将荷载传递到掌子面前方较大范围的土体上，从而减小掌子面处的围岩变形。
5、初期支护加强：在隧道开挖后及时进行初期支护，如喷混凝土、钢支撑等，以增强围岩的自承能力，控制掌子面后方的围岩变形。
6、全断面预加固工法：如全断面预加固工法，通过超前预加固核心土，提高待挖核心土的强度和刚度，可以显著控制围岩的变形。
7、但这些方法工程量都比较大，而且需要在施工之前就要进行各方面预备工作，同时在隧道推进的过程中还需要不断地加固，施工效率低，投入较大，同时不方便狭小空间施工。
8、国家正在大力开发地下空间，如轨道交通、市政设施、人防工程、地下管网等。因拟建地下工程埋深、地质水文、规模、结构及功能的多样性，所处地面环境、地下地质条件的差异以及对施工影响控制要求的不同，并限于现有的施工工艺及技术水平，地下工程的施工方法呈现出多样性，其先进性、安全性和经济性等参差不齐。
9、另外，在安全文明施工要求日益强化和机械化施工率亟待提高的形势下，有些落后的施工工法及设备的持续发展的空间越来越小，需要一种集简约、高效、环保于一体的技术措施和设备，既要有超前预支护功能也要具有初支结构安装化功能。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，能够在隧道开掘推进的过程中同步进行支护，并且不断循环延伸支护长度，提高工作效率，并降低工程量，是一种集简约、高效、环保于一体的技术措施和设备。
2、本发明采取的技术方案具体如下：
3、一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，包括：
4、设备机体；
5、支护环，其包括用于对隧道进行支护的支护壳体以及用于加固所述支护壳体的内横撑与边框，所述支护壳体两端面固定嵌入有用于首尾相互拼接的外延连接板；
6、顶进系统，用于将所述设备机体与所述支护环向隧道内推进，其包括顶进气缸以及固定安装于所述顶进气缸动力输出端的传动框；
7、其中，所述设备机体与所述支护环之间以及所述支护环两端面之间设置有用于相互拼接的卡接系统，相邻所述支护环之间利用所述卡接系统进行拼接以通过分段式结构逐步提高支护长度，并逐步向隧道内推进；
8、所述卡接系统包括相互适配卡接的卡接端头与卡接板，所述卡接端头与所述卡接板分别安装于所述支护环的两个端面，所述设备机体靠近所述支护环的这一端面上安装有所述卡接板。
9、作为一种优选方案，所述设备机体包括钻进壳体、转动安装于所述钻进壳体推进端的切削刀盘、与所述切削刀盘固定安装于一体的螺旋钻杆以及固定安装于所述设备机体内的伺服电机，所述伺服电机通过减速器与所述螺旋钻杆传动连接用于驱动所述切削刀盘与所述螺旋钻杆同步运动，所述钻进壳体推进端四角固定焊接有铲刀。
10、作为一种优选方案，所述外延连接板表面均匀开设有用于相互连接的第一螺栓孔，所述内横撑为槽钢制成，所述边框与所述外延连接板均为钢板制成。
11、作为一种优选方案，还包括顶铁，其包括垂直焊接于一体的内框体与加固横撑，且在所述内框体与所述加固横撑的两个端面固定焊接有外面板，所述内框体与所述外面板之间固定焊接有用于加固的角铁，所述外面板上贯通开设有中空通槽，且边缘均匀开设有用于相互连接的第二螺栓孔，所述外面板底面横向对称贯穿开设有用于推进定位的轨道卡槽。
12、作为一种优选方案，所述卡接端头包括锥形头以及连接座，所述锥形头上开设有螺旋槽，且中心开设有螺纹通槽，所述连接座上一体成型有与所述螺纹通槽相匹配的螺栓杆，所述连接座靠近所述螺栓杆一端固定安装有环形垫圈以在所述连接座与所述锥形头之间形成环形卡槽，所述连接座远离所述螺栓杆一端开设有环形连接槽，并在其内部固定安装有轴承。
13、作为一种优选方案，所述卡接板中心贯穿开设有与所述锥形头最大直径相同的连接通孔，所述连接通孔内壁凸起有定位销头，所述卡接板边缘开设有用于连接的第三螺栓孔。
14、作为一种优选方案，还包括贯穿于所述设备机体与所述支护环之间用于渣土传输的出渣系统，其包括出渣斗车以及铺设于所述设备机体与所述支护环底部的轨道，所述出渣斗车与所述传动框之间悬挂有可不断延展的钢索，以通过所述顶进气缸拉动所述出渣斗车在所述轨道上进行行走。
15、作为一种优选方案，所述出渣斗车包括底托板以及放置于所述底托板上的储渣斗，所述底托板顶面四角固定焊接有用于限定所述储渣斗的定位柱，所述底托板底面四角固定安装有与所述轨道相适配的轨道轮，所述底托板其中一端一体成型有用于栓接所述钢索的拉环。
16、作为一种优选方案，所述轨道由限位段、助力段以及延伸段三段组成，所述延伸段可通过螺纹连接的方式不断延伸，所述限位段铺设于所述设备机体内部的出料口，且在远离所述助力段一端弯折形成有限位弯头，以通过所述限位弯头与所述助力段限定所述出渣斗车承接渣土的位置。
17、作为一种优选方案，所述顶进气缸至少设置有四组，且相互之间通过金属框架相互固定于一体，所述传动框固定安装于各个动力输出端之间。
18、本发明取得的技术效果为：
19、本发明通过设置设备机体、支护环与顶进系统相配合，利用顶进系统将设备机体与支护环不断地向待挖掘隧道内推进，通过设备机体开掘隧道，同时支护环完成对开掘隧道的支护，并且在不断开掘的过程中可不断分段式的添加支护环，形成循环加长支护结构，进而完善支护能力，与现有技术相比，不需要进行预备支护准备工作，而且在开掘的过程中同步进行支护，支护结构稳定，集简约、高效、环保于一体，同时便于在狭小空间内进行施工。
20、本发明通过在设备机体和支护环之间以及相邻的支护环之间设置有卡接系统，可在其相互推进的过程中利用螺旋槽与定位销头之间的相对旋转与卡合，对其进行自动定位与连接，使其相互之间能够连接稳定，并且对位准确，使得支护结构整体稳定性更加良好，同时完整性更高，并且可在使用完毕之后进行拆卸或者二次紧固，不影响重复利用，十分便捷和环保。
21、本发明通过在设备机体和支护环之间设置有出渣系统，可在推进的过程中不断地承接渣土，同时利用顶进气缸推进完成之后的回程动力，来拉动出渣斗车，使其在经过轨道上的助力段之后，利用自身的重力势能自动向隧道外滑出，无需外接动力设备，提高资源利用率，降低了能源损害，结构设计合理，更加符合简约、高效、环保于一体的设计理念，便于在狭小空间内施工。
1.一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：所述设备机体（1）包括钻进壳体（11）、转动安装于所述钻进壳体（11）推进端的切削刀盘（12）、与所述切削刀盘（12）固定安装于一体的螺旋钻杆（13）以及固定安装于所述设备机体（1）内的伺服电机（14），所述伺服电机（14）通过减速器与所述螺旋钻杆（13）传动连接用于驱动所述切削刀盘（12）与所述螺旋钻杆（13）同步运动，所述钻进壳体（11）推进端四角固定焊接有铲刀（15）。
3.根据权利要求1所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：所述外延连接板（24）表面均匀开设有用于相互连接的第一螺栓孔（25），所述内横撑（22）为槽钢制成，所述边框（23）与所述外延连接板（24）均为钢板制成。
4.根据权利要求1所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：还包括顶铁（3），其包括垂直焊接于一体的内框体（31）与加固横撑（32），且在所述内框体（31）与所述加固横撑（32）的两个端面固定焊接有外面板（34），所述内框体（31）与所述外面板（34）之间固定焊接有用于加固的角铁（33），所述外面板（34）上贯通开设有中空通槽（36），且边缘均匀开设有用于相互连接的第二螺栓孔（35），所述外面板（34）底面横向对称贯穿开设有用于推进定位的轨道卡槽（37）。
5.根据权利要求1所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：所述卡接端头（51）包括锥形头（511）以及连接座（514），所述锥形头（511）上开设有螺旋槽（512），且中心开设有螺纹通槽（513），所述连接座（514）上一体成型有与所述螺纹通槽（513）相匹配的螺栓杆（515），所述连接座（514）靠近所述螺栓杆（515）一端固定安装有环形垫圈（516）以在所述连接座（514）与所述锥形头（511）之间形成环形卡槽，所述连接座（514）远离所述螺栓杆（515）一端开设有环形连接槽（517），并在其内部固定安装有轴承（518）。
6.根据权利要求5所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：所述卡接板（52）中心贯穿开设有与所述锥形头（511）最大直径相同的连接通孔（521），所述连接通孔（521）内壁凸起有定位销头（522），所述卡接板（52）边缘开设有用于连接的第三螺栓孔（523）。
7.根据权利要求1所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：还包括贯穿于所述设备机体（1）与所述支护环（2）之间用于渣土传输的出渣系统（6），其包括出渣斗车（61）以及铺设于所述设备机体（1）与所述支护环（2）底部的轨道（62），所述出渣斗车（61）与所述传动框（42）之间悬挂有可不断延展的钢索（63），以通过所述顶进气缸（41）拉动所述出渣斗车（61）在所述轨道（62）上进行行走。
8.根据权利要求7所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：所述出渣斗车（61）包括底托板（611）以及放置于所述底托板（611）上的储渣斗（615），所述底托板（611）顶面四角固定焊接有用于限定所述储渣斗（615）的定位柱（612），所述底托板（611）底面四角固定安装有与所述轨道（62）相适配的轨道轮（613），所述底托板（611）其中一端一体成型有用于栓接所述钢索（63）的拉环（614）。
9.根据权利要求7所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：所述轨道（62）由限位段（621）、助力段（622）以及延伸段（623）三段组成，所述延伸段（623）可通过螺纹连接的方式不断延伸，所述限位段（621）铺设于所述设备机体（1）内部的出料口，且在远离所述助力段（622）一端弯折形成有限位弯头（624），以通过所述限位弯头（624）与所述助力段（622）限定所述出渣斗车（61）承接渣土的位置。
10.根据权利要求1所述的一种软土土质围岩隧道护盾式循环预支护盾构设备，其特征在于：所述顶进气缸（41）至少设置有四组，且相互之间通过金属框架相互固定于一体，所述传动框（42）固定安装于各个动力输出端之间。
