一種隧道掘進方法及掘進的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種隧道掘進方法及掘進機，掘進時，在巖壁圓周內同時鉆多孔，在已鉆好的孔旁沿其分布圓周繼續同時鉆與上一孔相切或相交的多個孔，重復如上步驟，直至將圓周打通形成巖土芯，將巖土芯碎裂，繼續上述步驟，直至達到設定的掘進深度，相比現有方法，本發明的方法掘進速度快，工程造價低；掘進機包括機架，位于機架前端的鉆孔裝置和鉆孔推進裝置，鉆孔裝置包括圓盤、位于圓盤上且沿圓盤圓周均勻分布的多個鉆桿和鉆桿末端的液壓馬達，各鉆桿同時沿掘進方向進行鉆孔，圓盤可繞其軸線旋轉調節，該掘進機適用于本發明的隧道掘進方法，相比現有掘進機，設備重量輕、結構簡單。
【專利說明】一種隧道掘進方法及掘進機
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程機械領域，特別涉及一種隧道掘進方法和掘進機。
【背景技術】
[0002]21世紀是地下空間的世紀，隨著國民經濟的快速發展，我國城市化進程不斷加快，今后相當長的時期內，國內的城市地鐵隧道、水工隧道、越江隧道、鐵路隧道、公路隧道、市政管道等工程將需要大量的隧道施工及施工用的掘進機。
[0003]隧道掘進機是用機械破碎巖石、出碴和支護實行連續作業的一種綜合設備。按掘進機在工作面上的切削過程，分為全斷面掘進機和部分斷面掘進機。按破碎巖石原理不同，又可分滾壓式(盤形滾刀)掘進機和銑切式掘進機。中國產品多為滾壓式全斷面掘進機，適于中硬巖至硬巖。掘進時，在推進油缸的軸向壓力作用下，電動機驅動滾刀盤旋轉，將巖石切壓破碎，其周圍有勺斗，隨轉動而卸到運輸帶上。這種隧道掘進方法費時、工程造價大，隧道掘進機的設備結構復雜、成本高，同時由于制造工藝復雜，因此設備主要依賴進口。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種隧道掘進方法和適用于該方法進行作業的掘進機，其方法掘進效率高，設備結構、制造工藝簡單。
[0005]本發明的隧道掘進方法，包括如下步驟
[0006]a)在需進行隧道掘進的開挖面上同時鉆多個孔，各孔均勻分布在同一圓周內；
[0007]b)在已鉆好的孔旁沿其分布圓周繼續同時鉆與上一孔相切或相交的多個孔；
[0008]c)重復如上步驟，直至上述孔覆蓋整個孔的分布圓周，并在孔分布圓周中部形成巖土芯;
[0009]d)碎裂巖土芯，取出碎石，完成一次掘進；
[0010]e)在已挖掘出的隧道最里端的開挖面上，沿掘進方向重復上述a)至d)，直至達到預定的掘進深度。
[0011]進一步，所述步驟a)和b)中，所述多個孔的鉆進方向與隧道軸向的夾角為3-6度，多個孔形成的圓錐沿掘進方向截面逐漸增大。
[0012]一種用于實施上述隧道掘進方法的掘進機，包括機架、位于機架前端的鉆孔裝置和鉆孔推進裝置，所述鉆孔裝置包括可繞其自身軸線轉動的圓盤、繞周向均布于圓盤上的多根鉆桿和設置于鉆桿末端用于驅動鉆桿旋轉的液壓馬達，所述圓盤可繞其自身軸線旋轉調節，所述鉆孔推進裝置驅動鉆桿沿鉆桿軸向往復移動。
[0013]進一步，所述圓盤由鉸接于機架和圓盤之間的液壓缸A驅動旋轉，所述液壓缸A伸長時，各鉆桿的旋轉軌跡構成一個完整的圓周。
[0014]進一步，所述鉆桿固定于滑座上，所述圓盤設有擺臂A，所述擺臂A頂部設有固定滑軌，所述滑座在滑軌上沿鉆桿軸線方向滑動。
[0015]進一步，所述各鉆桿與圓盤中心線呈3-6度夾角，各鉆桿形成的圓錐沿掘進方向截面逐漸增大，
[0016]進一步，所述鉆孔推進裝置包括位于擺臂A上的滑輪A、位于滑座底部沿掘進方向前后布置的前滑輪B與后滑輪C、位于圓盤上且與圓盤同心的電動絞盤和鋼絲繩，所述鋼絲繩依次繞過滑輪A、前滑輪B、后滑輪C和滑輪A后，鋼絲繩兩端交叉分別與電動絞盤連接。
[0017]進一步，所述擺臂A與圓盤在滑輪A的中心處鉸接，所述擺臂A由位于圓盤上的液壓缸B驅動，繞滑輪A的中心在圓盤平面內擺動。
[0018]進一步，還包括安裝在機架上的行走機構，所述行走機構包括與機架連接的機架提升裝置和安裝于機架提升裝置上的行走輪，所述機架提升裝置包括平行四連桿機構和用于驅動四連桿機構動作的液壓缸C所述行走輪安裝于四連桿機構的底部水平機架桿上。
[0019]進一步，所述行走機構為兩個，并沿機架左右兩側對稱布置。
[0020]進一步，所述機架上沿左右兩側對稱固定有套桿，所述平行四連桿機構的頂部連桿以可繞其自身軸線自由旋轉的方式套于套桿外。
[0021]進一步，所述機架兩側對稱設有支撐裝置，所述支撐裝置包括一端與機架鉸接的擺臂B和位于擺臂B另一端的支撐盤，所述擺臂B由液壓缸D驅動擺動。
[0022]進一步，還包括位于機架上的液壓劈裂機。
[0023]進一步，所述機架為油缸式，所述圓盤設置在機架活塞桿上。
[0024]進一步，所述機架活塞桿、絞盤和圓盤為中空，中空空間內設有中心孔鉆。
[0025]進一步，所述機架后端設有供給液壓元件的液壓站，所述掘進機的重心位于前后行走輪之間。
[0026]本發明的有益效果:本發明的一種隧道掘進方法及掘進機，掘進時，在巖壁上同時打孔多個，各孔均勻分布在同一圓周內，在已打好的孔旁沿其分布圓周繼續同時打孔；重復如上步驟，直至將圓周打通，用劈裂機將圓周方向已鉆通的巖石進行劈裂，重復上述步驟，直至達到設定的掘進深度，相比現有隧道掘進方法，本發明的隧道掘進方法，掘進速度快；本發明的掘進機包括裝有行走機構的機架，位于機架前端的鉆孔裝置和鉆孔推進裝置，鉆孔裝置包括圓盤、位于圓盤上且沿圓盤圓周均勻分布的多個鉆桿和鉆桿末端的液壓馬達，圓盤由驅動裝置驅動繞其軸線旋轉，各鉆桿同時沿掘進方向進行鉆孔，鉆桿在圓盤驅動下旋轉一角度，在已完成的孔旁繼續鉆孔，該掘進機適用于本發明的隧道掘進方法，相比現有掘進機，設備重量輕、結構簡單，制造工藝簡單、成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。
[0028]圖1為本發明隧道掘進方法步驟a)的操作示意圖；
[0029]圖2為本發明隧道掘進方法步驟b)的操作示意圖；
[0030]圖3為本發明隧道掘進方法步驟c)完成后的操作示意圖；
[0031]圖4為本發明掘進機的立體結構示意圖；
[0032]圖5為本發明掘進機的主視圖；
[0033]圖6為本發明掘進機的俯視圖；
[0034]圖7為本發明掘進機的右視圖；
[0035]圖8為圖5中A部分的放大視圖。【具體實施方式】
[0036]以下將結合附圖對本發明進行詳細說明。
[0037]1.隧道掘進方法的實施例:
[0038]包括如下步驟:
[0039]a)如圖1所示，在需進行隧道掘進的開挖面上同時鉆多個孔，各孔均勻分布在同一圓周內；
[0040]b)在已鉆好的孔旁沿其分布圓周繼續同時鉆與上一孔相切或相交的多個孔，如圖2所示；
[0041]c)重復如上步驟，直至上述孔覆蓋整個孔的分布圓周，并在孔分布圓周中部形成巖土芯，如圖3所示。
[0042]d)碎裂巖土芯，取出碎石，完成一次掘進；
[0043]e)在已挖掘出的隧道最里端的開挖面上，沿掘進方向重復上述a)至d)，直至達到預定的掘進深度。
[0044]采用上述步驟掘進時，步驟完成后的隧道內壁上會殘留有部分凸起，造成繼續掘進時的掘進直徑會逐漸減小，為此在步驟a)和b)中，所述多個孔的鉆進方向與隧道軸向的夾角為3-6度，多個孔形成的圓錐沿掘進方向截面逐漸增大。
[0045]2.掘進機的實施例:
[0046]如圖4-8所示，本發明的掘進機，包括機架1、位于機架前端的鉆孔裝置2和鉆孔推進裝置3，鉆孔裝置2包括可繞其自身軸線轉動的圓盤21、繞周向均布于圓盤21上的多根鉆桿22和設置于鉆桿末端用于驅動鉆桿旋轉的液壓馬達23，圓盤21可繞其自身軸線旋轉調節，鉆孔推進裝置驅動鉆桿沿鉆桿軸向往復移動，如圖1所示，由鉆孔推進裝置驅動鉆桿在開挖面上鉆孔，然后鉆桿在圓盤驅動下旋轉一角度，沿其分布圓周繼續同時鉆與上一孔相切或相交的多個孔，如圖2所示，如此往復，直至在圓周方向鉆通，如圖3所示。圓盤21可以由電機、液壓馬達等驅動，優選的，圓盤21由位于機架I上的液壓缸A24驅動旋轉，液壓缸A24缸體部分固定在機架上，活塞桿輸出端與圓盤邊部連接，活塞桿運動可驅動圓盤繞自身軸線在某一角度范圍內旋轉，當液壓缸A24活塞桿輸出滿行程時，位于圓盤上的各鉆桿的旋轉軌跡構成一個完整的圓周，即可以將鉆桿分布的整個圓周鉆通，相比電機、液壓馬達等，采用液壓缸A驅動圓盤21結構簡單，同時圓盤21不必整圈旋轉，節約能量。
[0047]為使各鉆桿可單獨沿掘進方向鉆孔，所述鉆桿22固定于滑座27上，所述圓盤外圓上設有擺臂A25，擺臂A25頂部設有固定滑軌28，所述滑座27與滑軌25之間沿鉆桿22軸線方向滑動配合，鉆進過程中不同鉆桿遇到的巖土硬度存在差異，鉆桿單獨沿掘進方向移動，各鉆桿鉆進深度可以適應遇不同的巖土硬度。
[0048]為避免掘進斷面直徑越來越小，所述各鉆桿22與圓盤21中心線呈3-6度夾角，各鉆桿形成的圓錐沿掘進方向截面逐漸增大。
[0049]每個鉆桿22對應一套鉆孔推進裝置3，包括位于擺臂A25上的滑輪A31、位于滑座27底部沿掘進方向前后布置的前滑輪B34與后滑輪C35、位于圓盤21上且與圓盤21同心的電動絞盤32和鋼絲繩33，所述鋼絲繩33依次繞過滑輪A31、前滑輪B34、后滑輪C35和滑輪A后，鋼絲繩33兩端交叉分別與電動絞盤24連接，絞盤不同方向旋轉，由鋼絲繩33帶動滑座27及鉆桿22前進或后退。
[0050]為了調整掘進斷面直徑的大小，擺臂A25與圓盤21鉸接，所述滑輪A31中心位于鉸接點處，擺臂A25由位于圓盤上的液壓缸B26驅動繞鉸點在圓盤平面內擺動，可以調整鉆桿與圓盤中心的距離，即掘進斷面直徑大小可調；而將滑輪A31設置在擺臂A25與圓盤21的鉸接點處，擺臂A繞其鉸點在擺動過程中，滑輪A與滑座24間的距離始終不變，即滑輪A與滑座間鋼絲繩的長度不會隨擺臂的擺動而變化，鉆桿不會沿掘進方向移動。
[0051]還包括安裝在機架上的行走機構4，所述行走機構4包括與機架I連接的機架提升裝置5和安裝于機架提升裝置上的行走輪41，所述機架提升裝置5包括平行四連桿機構51和用于驅動四連桿機構動作的液壓缸C52，如圖8所示，平行四連桿機構由底部水平機架桿511、頂部連桿512和機架桿511與頂部連桿512之間的連架桿513、514組成，行走輪安裝于四連桿機構的底部水平機架桿511上，頂部連桿512與機架I連接，液壓缸C用于驅動連架桿513轉動，從而實現機架I與頂部連桿512 —同升降，因此可實現鉆桿掘進高度的調整。
[0052]作為上述技術方案的進一步改進，行走機構4為兩個，沿機架I左右兩側對稱布置，行走和機架升降更平穩。
[0053]作為上述技術方案的進一步改進，所述機架上沿左右兩側對稱固定有連接套桿12，所述平行四連桿機構的頂部連桿512同軸套于套桿12外，套桿12與頂部連桿512間設有滾動軸承，在套桿12及滾動軸承的支撐下，頂部連桿512以可繞其自身軸線自由旋轉，進而實現機架桿511上的行走輪41繞頂部連桿512自由擺動，以適應不同路面情況。
[0054]作為上述技術方案的進一步改進，機架I兩側對稱設有支撐裝置6，支撐裝置包括與一端機架鉸接的擺臂B61和位于擺臂B另一端的支撐盤62，擺臂B61由液壓缸D63驅動擺動，在液壓缸D63作用下支撐盤62支撐在隧道側壁上，使掘進操作更加穩定，設備整體剛度更好。
[0055]作為上述技術方案的進一步改進，機架I上設有液壓劈裂機7，將鉆好的巖土芯劈裂。
[0056]作為上述技術方案的進一步改進，所述機架為油缸式的，所述圓盤設置在機架活塞桿11上，隧道掘進一段距離后，靠近隧道底部開挖面的地面會殘留巖土等，導致車子不能靠近開挖面，此時活塞桿11伸出，鉆桿前伸將殘留巖土去除，以便于繼續掘進。
[0057]作為上述技術方案的進一步改進，所述機架活塞桿11、絞盤32和圓盤22為中空，中空空間內設有中心孔鉆8，用于在巖土芯中部打孔，打孔之后由劈裂機伸出去撐碎巖土芯，同時，也可以在隧道掘進時軸線定位的作用，讓機器始終不偏移。
[0058]作為上述技術方案的進一步改進，機架后端設有液壓站9，供給整個設備的液壓元件，并使本掘進機的重心位于前后行走輪之間，操作平穩。
[0059]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種隧道掘進方法，其特征在于:包括如下步驟: a)在需進行隧道掘進的開挖面上同時鉆多個孔，各孔均勻分布在同一圓周內； b)在已鉆好的孔旁沿其分布圓周繼續同時鉆與上一孔相切或相交的多個孔； c)重復如上步驟，直至上述孔覆蓋整個孔的分布圓周，并在孔分布圓周中部形成巖土-1-H心; d)碎裂巖土芯，取出碎石，完成一次掘進； e)在已挖掘出的隧道最里端的開挖面上，沿掘進方向重復上述a)至d)，直至達到預定的掘進深度。
2.根據權利要求1所述的隧道掘進方法，其特征在于:所述步驟a)和b)中，所述多個孔的鉆進方向與隧道軸向的夾角為3-6度，多個孔形成的圓錐沿掘進方向截面逐漸增大。
3.一種實施上述隧道掘進方法的掘進機，包括機架(1)、位于機架前端的鉆孔裝置(2)和鉆孔推進裝置(3)，其特征在于:所述鉆孔裝置(2)包括可繞其自身軸線轉動的圓盤 (21)、繞周向均布于圓盤(21)上的多根鉆桿(22)和設置于鉆桿末端用于驅動鉆桿旋轉的液壓馬達(23)，所述圓盤(21)可繞其自身軸線旋轉調節，所述鉆孔推進裝置驅動鉆桿沿鉆桿軸向往復移動。
4.根據權利要求3所述的掘進機，其特征在于:所述圓盤(21)由鉸接于機架(1)和圓盤(21)之間的液壓缸A (24)驅動旋轉，所述液壓缸A (24)伸長時，各鉆桿的旋轉軌跡構成一個完整的圓周。
5.根據權利要求4所述的掘進機，其特征在于:所述鉆桿(22)固定于滑座(27)上，所述圓盤設有擺臂A (25)，所述擺臂A (25)頂部設有固定滑軌(28)，所述滑座(27)在滑軌(28)上沿鉆桿(22)軸線方向滑動。
6.根據權利要求5所述的掘進機，其特征在于:所述各鉆桿(22)與圓盤(21)中心線呈3-6度夾角，各鉆桿形成的圓錐沿掘進方向截面逐漸增大。
7.根據權利要求6所述的掘進機，其特征在于:所述鉆孔推進裝置(3)包括位于擺臂A (25)上的滑輪A (31)、位于滑座底部沿掘進方向前后布置的前滑輪B (34)與后滑輪C(35)、位于圓盤上且與圓盤同心的電動絞盤(32)和鋼絲繩(33)，所述鋼絲繩(33)依次繞過滑輪A (31)、前滑輪B (34)、后滑輪C (35)和滑輪A (31)后，鋼絲繩(33)兩端交叉分別與電動絞盤(24)連接。
8.根據權利要求7所述的掘進機，其特征在于:所述擺臂A(25)與圓盤(21)在滑輪A(31)的中心處鉸接，所述擺臂A (25)由位于圓盤上的液壓缸B (26)驅動繞滑輪A (31)的中心在圓盤平面內擺動。
9.根據權利要求8所述的掘進機，其特征在于:還包括安裝在機架上的行走機構(4)，所述行走機構(4)包括與機架(1)連接的機架提升裝置(5)和安裝于機架提升裝置上的行走輪(41)，所述機架提升裝置包括平行四連桿機構(51)和用于驅動四連桿機構動作的液壓缸C (52)，平行四連桿機構(51)包括底部水平機架桿(511)和與機架(1)連接的頂部連桿(512)，所述行走輪(41)安裝于四連桿機構的底部水平機架桿(511)上。
10.根據權利要求9所述的掘進機，其特征在于:所述行走機構(4)為兩個，并沿機架(I)左右兩側對稱布置。
11.根據權利要求10所述的掘進機，其特征在于:所述機架(1)上沿左右兩側對稱固定有套桿(12)，所述平行四連桿機構的頂部連桿(512)以可繞其自身軸線自由旋轉的方式套于套桿(12)外。
12.根據權利要求11所述的掘進機，其特征在于:所述機架(1)兩側對稱設有支撐裝置(6)，所述支撐裝置(6)包括一端與機架鉸接的擺臂B (61)和位于擺臂B另一端的支撐盤(62)，所述擺臂B (61)由液壓缸D (63)驅動擺動。
13.根據權利要求12所述的掘進機，其特征在于:還包括位于機架上的液壓劈裂機(7)。
14.根據權利要求13所述的掘進機，其特征在于:所述機架為油缸式，所述圓盤設置在機架活塞桿(11)上。
15.根據權利要求14所述的掘進機，其特征在于:所述機架活塞桿(11)、絞盤(32)和圓盤(22)為中空，在中空空間內設有中心孔鉆(8)。
16.根據權利要求15所述的掘進機，其特征在于:所述機架(1)后端設有供給液壓元件的液壓站(9)， 所述掘進機的重心位于前后行走輪之間。
【文檔編號】E21D9/10GK103541737SQ201310491495
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】羅師竹 申請人:羅師竹