CN107059975B - 一种水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水平单轴定向回转‑冲击组合掘进式工程开槽机，包括带有卷扬设备和动力系统的行走装置以及监控装置；卷扬设备牵引端悬挂有冲击铣削装置，冲击铣削装置包括竖向的导向框架、纠偏装置、铣削轴、冲击装置；铣削轴的轴线位于导向框架所处平面内，且水平或倾斜布置，由横卧的液压马达驱动或竖向的液压马达通过换向装置驱动，铣削轴具有分段平衡反向旋转的定向转动铣削状态，冲击装置安置于导向框架内；铣削轴上方的联系横梁通过悬吊滑动装置挂接于导向框架底梁的下方，冲击装置的钎杆在液压驱动下冲击于联系横梁及铣削轴和定位钻头。本发明能够有条件选择刀刃方向和角度并可针对地层岩性迅速变换掘进方式，得到更高的掘进效率和可靠性。

Description

一种水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机

技术领域

本发明涉及一种水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，属于开槽设备技术领域。

背景技术

据发明人了解，在水利、交通、建筑等工程领域，需要在不同地质条件下修建各种地下连续的墙体。在实际施工过程中，若要在含有砾石、孤石、飘石的地层以及较坚硬岩层上开深槽修建各种地下连续的墙体，则是很棘手且有待解决的问题。采用发明人已经研发出的开槽机即能高效率、低成本地完成开槽作业，效果良好。

发明人于2015年4月13日申请的中国发明专利（申请号201510173686.9，授权公告号CN104763010A），公布了一种铣削震荡冲砸式工程开槽机，该专利的技术方案中，为了保证掘进的垂直度，一方面采用舵板纠偏装置使偏离的导向框架回到垂直方向，另一方面液压马达周期换向，以消除铣削反力引起的框架在垂直方向的偏转。铣削轴除了受到垂直方向的冲击以外，还具有外廓偏心旋转的转动铣削状态，同时液压马达具有按预设周期变换转动方向的驱动状态；该结构在遇到较坚硬的岩层时，利用卷扬设备将震荡冲砸铣削装置牵引起落对砾石、岩石进行冲砸。然而，发明人在实践研究中发现了几个问题：一、上述开槽机采用铣削轴周期换向的过程来平衡铣削反力的措施，虽然可以解决铣削轴掘进时因岩土反作用力带动整个框架偏离垂直方向的问题，但是由于铣削轴周期换向使得刀齿在回转的铣削轴上难以兼顾不同的回转方向，采取合理角度与外形，从而难以提高掘进效率，还加大了刀齿的磨耗, 刀齿磨耗占工程成本较大比重。另外，若液压马达不具有按预设周期变换转动方向的驱动状态，那么铣削轴只能定向旋转，导致铣削轴易偏离垂直方向。

二、上述开槽机中击锤冲击框架底梁，并通过框架传递冲击力到铣削轴及钻头，牵动整个框架成为受冲击体，由于受冲击体的质量大，以致产生加速度较小，不利于破碎岩石的效果。与此同时，导向框架以及其中设备受到冲击的影响较大,会带来设备的安全性问题。

三、上述开槽机遇到较坚硬的岩层时，利用卷扬设备将震荡冲砸铣削装置牵引起落对砾石、岩石进行冲砸。这种冲砸方式一方面没有预加的钻压，碎岩效果差，另一方面一次冲砸强度过大对掘削部件易产生损坏，同时采用卷扬机牵引，自然下落速度受制于重力加速度，其冲击频率不高，因而掘进效率受到较大限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，采用铣削轴分段且反向旋转的方式平衡铣削反力，同时采用掘削装置滑动挂接框架底梁，使冲击装置的钎杆直接冲击掘削装置，避免框架底梁等相关设备直接承受冲击，减小了直接受冲击体的重量，提高了破碎岩石的效果。

为了克服上述的问题和缺陷，发明人做出了进一步地深入实践研究，并得出了如下技术方案：

一种水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，包括带有卷扬设备和动力系统的行走装置，以及监控装置；卷扬设备牵引端悬挂有冲击铣削装置，冲击铣削装置包括竖向的导向框架、纠偏装置、具有铣削刀具的铣削轴以及冲击装置；铣削轴的轴线位于导向框架所处平面内，且水平或倾斜布置；铣削轴由横卧的液压马达驱动或竖向的液压马达通过换向装置驱动，铣削轴具有分段平衡反向旋转的定向转动铣削状态，冲击装置安置于导向框架内；分段铣削轴之间的联系横梁通过悬吊滑动装置挂接于导向框架底梁的下方， 冲击装置的钎杆在液压驱动下冲击于联系横梁及铣削轴和定位钻头。

该结构中，一方面采用铣削轴分段且反向旋转的方式，平衡铣削反力，避免掘削装置定向定向偏移；另一方面，在导向框架的底梁下方增设联系横梁，将包括铣削轴、冲砸钻头在内的掘削装置固定于联系横梁上，使冲击锤不经导向框架传递，而是经过钎杆直接冲击联系横梁，提高了 掘削装置对岩土的冲击加速度，提高破碎岩石的效果，减小了冲击锤对导向框架及其中设备的冲击影响。

这样，通过铣削轴分段反向旋转平衡的方案，实现定向旋转平衡铣削反力，替代原技术方案中通过铣削轴周期换向的过程来平衡铣削反力的措施，使操作更加稳定，固定的回转铣削方向，保证了铣削刀具有条件针对切削方向选择合理角度与外形从而大大提高掘进效率，减小刀齿磨耗；掘削装置（包括联系横梁、铣削轴和定位钻头）与底梁在垂直方向上滑动挂接，使冲击装置的钎杆直接冲击于掘削装置的联系横梁，而不是直接冲击在导向框架的底梁上，这样大大减小了直接受冲击体的重量从而提高掘削装置对岩土的冲击的加速度，既提高破碎岩石的效果，又可以减小冲击装置对导向框架以及其中设备的冲击影响；导向框架的底梁与联系横梁之间有缓冲垫，掘进操作时卷扬设备下落，导向框架会座落在联系横梁上，利用导向框架的重量来保证刀齿对岩土的必要的钻压压力强度，导向框架及有关设备不直接承受冲击，大大提高安全可靠性；通过调整卷扬设备的起吊力量来调整钻压，因为针对不同地层，当以铣削为主掘进软地层时需要大的钻压，当以冲击为主掘进硬岩石时，钻压不能太大，通过这样的适时调整，可以大大提高掘进效率，减小刀齿的磨耗。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，铣削轴由中心轴和嵌装于其外周的外廓组成，外廓的外周面上具有铣削刀具，在外廓的外周面上设有螺旋形沟槽，铣削轴定向旋转时，其外廓上螺旋形沟槽的旋转方向处于驱动土石渣液向排渣管口端集中的状态；外廓分段、且由对接的两部分组成，两部分通过快速嵌装方式套在中心轴上，分段外廓的重心相对于中心轴可以偏心或不偏心。这样可根据不同地层及掘进方式更换铣削轴的外廓及其刀具。

这样，通过迅速更换水平铣削轴的外廓，从而相应地更换适配的铣削刀具，可以针对不同地层实施不同掘削方式——以铣削为主的回转-冲击方式或者以冲击为主的冲击-回转方式，优化掘进效率、减小刀齿磨损。另外，螺旋形沟槽在水平铣削轴定向旋转的作用下，定向推动土石渣向排渣管口集中，有利于冲洗液的流动，提高出渣效率。

优选地，定位钻头的钻杆为长度可调整结构。通过定位钻头的钻杆长度的可调整，将原技术方案中水平铣削轴与垂直的定位钻头只能同时掘进，改变为钻头的掘进与水平铣削轴掘进二者既可以同步进行也可以分步进行，当采用分步掘进时有利于集中扭矩和冲击力在局部掘进面积上，应对特硬岩石的掘进，其作用不仅是减小了每步掘削的面积，而且第一步形成的钻孔为第二步的掘进创造了自由面，因而提高了碎岩效果，这是一种攻坚克难的措施,也利于设备轻型化。这种应对方式取代原专利技术中采取的“遇到较坚硬的岩层时，利用卷扬设备将震荡冲砸铣削装置牵引起落对砾石、岩石进行冲砸”，这种冲砸方式因没有预加的钻压，碎岩效果差，而一次冲砸强度过大时对掘削部件易产生损坏，同时采用卷扬机牵引，自然下落速度受制于重力加速度，因而冲击频率不高，与高频冲击锤差距很大，掘进效率受到很大限制

优选地，冲击装置为1 个或多个竖向的冲击锤，冲击锤为高频液压冲击锤或气动冲击锤。采用高而细长的高频冲击锤，入射波的幅度低，作用时间长，并使传递更直接，从而进一步提高掘进效率。与前述几项技术措施结合，合理选用刀具，采取铣削结合高频低冲击掘进，可使槽孔壁平整，对周边岩石或钢筋混凝土无损伤，从而特别有利于对既存钢筋混凝土构筑物的加固改造，以及需要嵌入基岩的结构的施工，如斜拉式大桥嵌入基岩的钢筋混凝土锚墩的成槽施工。

优选地，纠偏装置包括以液压驱动的前后侧推板以及位于导向框架端柱外侧的左右推板。

优选地，铣削轴为由水平铣削轴、位于水平铣削轴两侧的倾斜铣削轴组成的三轴对称平衡结构；两支倾斜铣削轴的长度之和与水平铣削轴的长度基本相同，且倾斜铣削轴与水平铣削轴的回转方向相反，所述倾斜铣削轴端头铣削范围覆盖导向框架端柱底端。

优选地，铣削轴包括多个并列组合的三轴对称平衡结构。

优选地，冲击锤的顶端与导向框架的中部横梁之间通过缓冲装置固定连接，联系横梁的顶面设有压力传感器，用于起吊导向框架的卷扬设备设有钢丝绳拉力传感器。

优选地，液压马达为低转速大功率多曲线液压马达，换向装置为伞齿轮，液压马达通过直齿齿轮与垂直的传动轴连接，传动轴通过伞齿轮驱动铣削轴，传动轴穿过伞齿轮换向装置底部与定位钻头连接，定位钻头的大小可将所述伞齿轮换向装置底部投影面积覆盖。

优选地，在导向框架的顶部分布有破碎岩土的刀具。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）通过铣削轴分段反向旋转平衡的方法，实现定向旋转，平衡铣削反力，替代现有技术中通过铣削轴周期换向的过程来平衡铣削反力的措施，使操作更加稳定，固定的回转铣削方向，保证了铣削刀齿针对切削方向选择合理角度与外形，从而大大提高掘进效率，减小刀齿磨耗；

（2）掘削装置与导向框架的底梁采用在垂直方向上滑动连接的方式，使冲击锤的钎杆直接冲击于掘削装置的联系横梁，而不是直接冲击在底梁上，这样大大减小了直接受冲击体的重量，从而提高了掘削装置对岩土的冲击加速度，既提高破碎岩石的效果，又可以减小冲击锤对导向框架以及其中设备的冲击影响；

（3）导向框架的底梁与联系横梁之间设有悬吊滑动装置，冲击锤的下端与底梁之间设有缓冲垫，掘进时导向框架会自然座落在联系横梁上，利用导向框架的重量来保证刀齿对岩土的必要钻压压力强度，这样框架及有关设备不直接承受冲击，大大提高安全可靠性；（4）铣削辊由中心轴和嵌装于中心轴的外廓组成，这样通过迅速更换外廓，以及相应地更换外廓上的适配铣削刀具，可以针对不同地层实施不同掘削方式，即以铣削为主的回转-冲击方式或者以冲击为主的冲击-回转方式，进而优化掘进效率、减小刀齿磨损；

（5）通过定位钻头采用长度可变钻杆（自动或手动），这样将原来水平轴与垂直定位钻头同步掘进，灵活地改为同步与分步两种运行方式。分步掘进即先进行定位钻头掘进，此时扭矩和冲击力集中于钻头上打孔，成孔后，扭矩和冲击力集中于水平轴的掘进，后一种掘进方式利于应对特硬岩石的掘进，是一种攻坚克难的有效措施，予先成孔，充分利用了自由面对掘进的有利因素，因而进一步提高了硬岩石掘进时轴承等关键部件的强度可靠性，也使设备有条件进一步轻型化；改变钻杆长度，分两步工序不仅使冲击力和扭矩更集中，这样还可以适当降低冲击器的功率，以及液压马达的功率、框架重量，便于轻型化。

（6）将冲击装置改为一支或多支垂直放置的细长冲击锤，而细长的高频冲击锤产生的入射波幅度低，作用时间长，并使传递更直接，相对于粗短的冲击锤所产生的陡而迅速衰减的冲击波更有利于提高掘进效率。

与现有开槽设备中处于先进地位的液压双轮铣相比，由于本发明的单轴铣削结合高频冲击，以及刀齿的灵活更换，克服双铣轮的对坚硬岩层不适应，对地层中存在的钢筋等比较敏感，不适用于含孤石、较大漂石尤其是夹在疏松层中的较大块石仍，设备自重大，对场地硬化条件要求较传统设备高以及设备维护复杂且成本高等缺点。

本发明与现有的发明专利（申请号201510173686.9，授权公告号CN104763010A）相比，突破了 “铣削轴偏心旋转的转动铣削状态”、“预设周期变换方向的驱动状态”、“震冲锤起落于框架底梁端面”等基本技术方案和设计理念的限制，解决了其存在的主要问题和缺陷，能够有条件选择刀刃方向和角度并可针对地层岩性迅速变换掘进方式，动力施加于岩石的铣削和冲击力更直接，从而得到更高的掘进效率和可靠性。

本发明采用铣削与高频低冲击相结合的方式，使开槽掘进对槽孔平整切割，对周边岩石或钢筋混凝土无损伤，特别有利于钢筋混凝土构筑物的加固改造，以及需要嵌入基岩的结构如斜拉式大桥钢筋混凝土锚墩的成槽方式的施工。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的结构示意图。

图2为本发明实施例1的结构示意图。

图3为图2的侧视图。

图4为本发明中掘削装置的结构示意图。

图5为图4的侧视图。

图6为本发明中悬吊滑动装置的结构示意图。

图7为图6的内部侧视图。

图8为本发明实施例2的结构示意图。

图9为图8的侧视图。

图10为本发明中一个铣削刀具的横切面图。

图11为图10的主视图。

图12为本发明中另一个铣削刀具的横切面图。

图13为图12的主视图。

图中：1.导向框架，2.滑轮组，3.前后侧推板，4.液压马达，5.传动轴，6.冲击锤，7.倾斜铣削轴，8.水平铣削轴，9.定位钻头，10.换向装置，11.滑道，12.变速箱，13.反循环排渣管，14.缓冲垫，15.悬吊滑动装置，16.缓冲装置，17.钎杆，18.钻杆，19.外廓，20.中心轴，21.刀齿，22.螺旋形沟槽，23.基座，24.卷扬设备，25.行走装置，26.纠偏装置，27.底梁，28.铣削轴，29.联系横梁，30.中部横梁，31.固定螺栓，15-1.套一，15-2.套二，15-3.悬吊轴，15-4.销轴一，15-5.销轴二，15-6封盖。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，包括带有卷扬设备24和动力系统的行走装置25，以及监控装置（图中未示）；卷扬设备24牵引端悬挂有对称布置的冲击铣削装置，冲击铣削装置包括竖向的导向框架1、纠偏装置26、具有铣削刀具的铣削轴28以及冲击装置，冲击装置为1个竖向的高频液压冲击锤6，铣削轴28的轴线位于导向框架1所处平面内，且水平布置；铣削轴28由竖向的液压马达4通过换向装置10驱动，铣削轴28具有分段平衡反向旋转的定向转动铣削状态，分段铣削轴之间的联系横梁29通过悬吊滑动装置15挂接于导向框架底梁27的下方，冲击锤6安置于导向框架1内，冲击锤6具有液压驱动的竖向钎杆17，钎杆17穿过导向框架1的底梁27冲击于联系横梁29、铣削轴28和定位钻头9。联系横梁29的顶面设有压力传感器，卷扬设备用于起吊导向框架1，且卷扬设备设有钢丝绳拉力传感器。

本实施例的铣削轴28包括一个三轴对称平衡结构，三轴对称平衡结构由水平铣削轴8、位于水平铣削轴8两侧的倾斜铣削轴7组成，两个倾斜铣削轴7的长度之和与水平铣削轴8的长度基本相同，且倾斜铣削轴7与水平铣削轴8的回转方向相反，倾斜铣削轴7端头铣削范围覆盖导向框架1端柱底端。

倾斜铣削轴7、水平铣削轴8均由中心轴20和嵌装于其外周的外廓19组成，外廓19可拆卸更换，外廓19的外周面上具有铣削刀具，在外廓19的外周面上还设有螺旋形沟槽22，倾斜铣削轴7、水平铣削轴8定向旋转时，其外廓19上螺旋形沟槽22的旋转方向处于驱动土石渣液向排渣管口集中的状态；外廓19分段、且由两个对接的、旋转对称的部分组成，两部分以固定螺栓31固定，快速嵌装于中心轴20上，分段外廓的重心相对于中心轴可以偏心或不偏心，可根据不同地层及掘进方式更换倾斜铣削轴7、水平铣削轴8的外廓19及其刀具。另外，铣削刀具由向外突出的基座23和安装于基座23上的半球形刀齿21组成（见图10和图11）。

竖向的液压马达4为低转速大功率多曲线液压马达，换向装置10为伞齿轮，液压马达4通过变速箱12（直齿齿轮）与垂直的传动轴5连接，传动轴5通过伞齿轮驱动斜铣削辊7和水平铣削辊8反向旋转，传动轴5穿过伞齿轮换向装置底部与定位钻头9连接，定位钻头9的大小可将伞齿轮换向装置底部投影面积覆盖。定位钻头9的钻杆18为长度可调整结构，这样定位钻头9通过长度可变的钻杆18与穿过伞齿轮的传动轴5连接，钻杆18的长度可手动或自动调整，使得定位钻头9的掘进与铣削轴28的掘进既可以同步进行也可以分步进行，当岩石强度大于一定值时便可采用分步掘进工艺，能够大大提高操作安全性，在操作中可将总冲击力控制在设定范围以内，为此，还设置有传感器和自动监控保护装置。定位钻头9的顶面上方设有排渣管口，排渣管口与反循环排渣管13连接。液压马达4、传动轴5和换向装置10有两套。伞齿轮顶端固定于联系横梁29，倾斜铣削轴7的外端均通过端部轴承及外挂架连接于联系横梁29，联系横梁29与底梁27之间设有缓冲垫（图中未显示）。纠偏装置26安装在导向框架1内且位于导向框架1的顶端，纠偏装置26包括以液压驱动的前后侧推板3以及位于导向框架1端柱外侧的左右推板。前后推板3调整前后方向的垂直度，左右推板调整左右方向的垂直度。前后侧推板3分别由外部控制装置驱动（例如通过液压活塞进行驱动）；纠偏装置26具有当导向框架1偏离垂直方向时、控制装置控制前侧推板或后侧推板推顶槽壁、使导向框架1回到垂直方向的纠偏状态。需要说明的是，当舵板作左右布置时,可实施左右旋转的调控。同样导向框架1端柱外侧（图中未示）的推板调整导向框架1左右方向的垂直度。

另外，导向框架1的顶部设有滑轮组2以及容纳液压油管路入口、供水管路入口以及电缆入口的总入口，导向框架1的底梁27与冲击锤6底端之间设置有缓冲垫14，在导向框架1的底梁27与中部横梁30之间设有竖梁，并在冲击锤6两侧的竖梁上设有滑道11，冲击锤6上下移动于滑道11之间，液压装置（液压装置包括液压马达4以及变速箱12）固定安装于导向框架1的两竖梁之间。冲击锤6为高而细长的高频冲击锤，冲击锤6沿滑道11竖向滑动，其底端通过缓冲垫14与底梁27接触。

导向框架1的底梁27与联系横梁29之间设置有悬吊滑动装置15；悬吊滑动装置15包括套一15-1、套二15-2、悬吊轴15-3、销轴一15-4、销轴二15-5以及封盖15-6，套一15-1嵌入底梁27上的凹槽一中，套二15-2嵌入联系横梁29上的凹槽二中，悬吊轴15-3的上端部设置在套一15-1中，并可沿套一15-1上下滑动，下端部固定安装于套二15-2中，悬吊轴15-3的上部具有贯穿厚度方向的长圆孔，下部具有贯穿厚度方向的圆孔，销轴一15-4穿过长圆孔及套一15-1固定于底梁27，销轴二15-5穿过圆孔及套二15-2固定于联系横梁29，销轴一15-4、销轴二15-5的两端均设有封盖15-6，悬吊轴15-3沿套一15-1上下滑动时，长圆孔相对于销轴一15-4移动（见图6和图7）。另外，在导向框架1的顶部分布有破碎岩土的刀具。

本实施例的冲击锤装置采用“液压+氮气”的冲击能量增强型结构，加大了活塞和缸体形成，使冲击锤6与主机匹配效率最高。特别是加大活塞与气缸的运动行程，能有效提升打击力，对提高掘进效率十分重要。

本实施例的开槽机具有高效、轻型化、地层适应性强、机动性强的的特点，适用于山区、偏远交通不便、施工场地狭窄、城市既存建筑物拥挤的场合，解决了大型机械无法进场的困难。应对坚硬岩石的适应性更强，包括含孤石、较大卵石地层。广泛适用于水利、交通、城建、地铁、高速公路、大型桥梁等各类工程。另外，本实施例设备轻型化，能够规整切割钢筋混凝土，特别有利于既存钢筋混凝土结构、水工建筑物的加固改造，以及水工建筑物除险加固施工时船载水上作业。目前，工程基础的修建及地基防渗处理在许多情况下都需要在复杂地层包括硬砾石、漂石及岩层上开较窄的深槽（深度20米-80米，宽度30-80公分）,并修建钢筋混凝土等不同材料的地下连续墙，这对于水资源工程建设、大坝防渗漏、江河堤防除险加固是一项十分有效的工程措施，无论安全性和降低工程成本都具有重要的意义。然而现有技术除了采用单孔冲击锤冲击，一孔一孔地相连以外，还没有真正意义上的在坚硬岩层开较窄的、规整的深槽的机械，因而施工效率低下。其它一般所使用的开槽设备如双轮铣、旋挖钻机等，应对土层和软弱岩层工效较高，但在硬岩层上效率低，以至无法掘进。本实施例开槽机的目标就是有效地在复杂地层包括在砾石、漂石及硬岩层上修建地下连续墙，解决许多实际工程中的难题。对水利、交通、建筑、地铁等各类工程基础施工都具有广泛的应用意义,例如嵌入岩石的斜拉式大桥锚墩、城市地下铁道相关的地下结构、高层建筑的地下结构往往都需要嵌入岩石。现在我国城市建设中，一些城市如武汉等地区规定,在地铁所经过的沿线两侧100米范围内修建高层建筑,其地下基础必须嵌入岩层,修建地下连续墙,防止渗漏对地铁带来安全隐患。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是，如图8和图9所示，冲击装置为2个较小的冲击锤6，该冲击锤6布置于液压马达4及其变速箱12的外侧。冲击锤6的顶端与导向框架1的中部横梁30之间通过缓冲装置16固定连接，并在导向框架1的底梁27与中部横梁30之间设有竖梁，冲击锤6两侧的竖梁上设有滑道11，使得冲击锤6沿滑道11上下滑动。

铣削刀具为向外突出的刀齿基座23，刀齿基座23的横截面为突弧面，突弧面的顶端镶嵌刀齿（见图12和图13）。

实施例3

铣削轴28包括多个并列组合的三轴对称平衡结构，倾斜铣削轴上端的铣削范围覆盖其支承柱的底面。

本发明与以往开槽机相比，具有以下优点：

一、采用悬挂的导向框架1，取消了从地面到槽底的行程钻杆，省略了接钻杆的工序，使得掘削装置移动方便，整机机动灵活，避免采用刚性双钻杆易发生的折断、埋钻等事故。

二、采用单轴铣削，相对于双轮铣，整个导向框架1及铣削装置的厚度可进一步缩小，从而能够开更窄的槽（可开凿厚度仅为30cm以内的窄槽）。在许多实际工程中，如水利工程中水库及江河堤防的地下防渗的修筑，一般情况下主要是要求满足防渗墙的防渗性能，采用窄槽可以大量节省工程量和工程经费。本发明开槽机与以往各种开槽机相比，对于存在砾石、岩石等的复杂地层中开窄槽具有无可取代的技术优势。而现有的双轮铣以铣削为主，冲击功能不足，本发明在旋转铣削的同时结合高频冲击，在坚硬岩上掘进时，依据冲量原理，越是坚硬的岩石，冲击碰撞作用时间会越短，因而作用力越大，冲击效果越好。而本发明当采用分步冲击-铣削掘进作为攻坚措施时，除集中冲击力和扭矩以外，通过创造自由面进一步发挥了碎岩的效果。

三、采用单轴回转铣削，在掘进过程中有利于将地层中的砾石更多地挤入槽壁，无需完全粉碎砾石，提高开槽效率，沉渣落石在铣削轴28作用下形成上下翻动，出渣方便；当在黏性很大粘土层中掘削时，铣削轴高速旋转有利于避免粘土对铣削装置的附着，提高掘进效率。

四、与多钻头开槽机相比，采用铣削轴28代替多钻头结构，可省去多个钻头及其密封，同时也可减少多个钻头密封的摩阻力及其功率消耗；能一次铣削成矩形槽，而不需要对月部分进行二次切削；能避免齿板阻隔带来出渣不便的弊端，工效高，设备简洁造价低。

与多支捆绑式冲击锤组成的回转冲击装置相比，本水平轴开槽机，液压冲击锤冲击于联系横梁，并传递给回转铣削轴的刀具，可以避免液压冲击锤出现空打状态。前者在卵砾石及软硬不均地层中掘进时，往往出现液压冲击锤因为钎头碰不到岩石，而处于空打状态，这时对液压冲击锤会造成很大损害，为此需要考虑复杂的传感和控制装置。

五、液压马达4采用低速大扭矩径向多曲线液压马达，其性能与掘进的工况要求十分匹配，具有较强的径向抗冲击能力，通过直齿齿轮传动具有更高的抗冲击安全性。

六、在导向框架1顶部设有破碎刀具，当槽壁塌落时可以在震冲力的作用的同时，卷扬设备将导向框架1提出地面，保证机具安全和正常施工。

在深厚覆盖层上建水库大坝，坝基防渗采用防渗墙是较为可靠的方法。根据我国大量工程实践经验证明，深度在80米以内首选地下连续墙，其下方更深处可辅以压力灌浆处理。在许多实际工程中，修建窄的地下连续墙或防渗工程时，无论在开槽工作量和浇筑工程量方面都会相应节省很多，也是本发明所具有的独特优势，有利于地下工程簿壁结构的采用和推广。

本发明设备行走装置的行走方向可与钻具平面平行或垂直，对操作面及道路宽度要求低，对复杂地形适应性强。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，例如纠偏装置位于导向框架的下部。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，包括带有卷扬设备和动力系统的行走装置，以及监控装置；所述卷扬设备牵引端悬挂有冲击铣削装置，所述冲击铣削装置包括竖向的导向框架、纠偏装置、具有铣削刀具的铣削轴以及冲击装置；所述铣削轴的轴线位于导向框架所处平面内，且水平或倾斜布置；所述铣削轴由横卧的液压马达驱动或竖向的液压马达通过换向装置驱动，其特征是，所述铣削轴具有分段平衡反向旋转的定向转动铣削状态，所述冲击装置安置于导向框架内；布置在所述铣削轴上方的联系横梁通过悬吊滑动装置挂接于导向框架底梁的下方， 所述冲击装置的钎杆在液压驱动下冲击于联系横梁及铣削轴和定位钻头；所述铣削轴由中心轴和嵌装于其外周的外廓组成，所述外廓的外周面上具有铣削刀具，在所述外廓的外周面上设有螺旋形沟槽，铣削轴定向旋转时，其外廓上螺旋形沟槽的旋转方向处于驱动土石渣液向排渣管口端集中的状态；所述外廓分段、且由对接的两部分组成，两部分通过快速嵌装方式套在中心轴上，分段外廓的重心相对于中心轴可以偏心或不偏心。

2.根据权利要求1所述水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，其特征是，所述定位钻头的钻杆为长度可调整结构。

3.根据权利要求1所述水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，其特征是，所述冲击装置为1 个或多个竖向的高频液压或气动冲击锤。

4.根据权利要求1所述水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，其特征是，所述纠偏装置包括以液压驱动的前后侧推板以及位于导向框架端柱外侧的左右推板。

5.根据权利要求1所述水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，其特征是，所述铣削轴为由水平铣削轴、位于水平铣削轴两侧的倾斜铣削轴组成的三轴对称平衡结构；

两倾斜铣削轴的长度之和与水平铣削轴的长度基本相同，且所述倾斜铣削轴与水平铣削轴的回转方向相反，所述倾斜铣削轴端头铣削范围覆盖导向框架端柱底端。

6.根据权利要求5所述水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，其特征是，所述铣削轴包括多个并列组合的三轴对称平衡结构。

7.根据权利要求3所述水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，其特征是，所述冲击锤的顶端与导向框架的中部横梁之间通过缓冲装置固定连接，所述联系横梁的顶面设有压力传感器，用于起吊导向框架的所述卷扬设备设有钢丝绳拉力传感器。

8.根据权利要求1所述水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，其特征是，所述液压马达为低转速大功率多曲线液压马达，所述换向装置为伞齿轮，所述液压马达通过直齿齿轮与垂直的传动轴连接，所述传动轴通过伞齿轮驱动铣削轴，所述传动轴穿过伞齿轮换向装置底部与定位钻头连接，所述定位钻头的大小可将所述伞齿轮换向装置底部投影面积覆盖。

9.根据权利要求1所述水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，其特征是，在所述导向框架的顶部分布有破碎岩土的刀具。

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