CN109209399B - 一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置 - Google Patents

Abstract

一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进方法与装置，包括一个内筒主机和一个外套筒；内筒主机外侧沿周向布置一个或多个驱动螺旋，扭矩驱动源为驱动螺旋提供扭矩；外套筒开有与驱动螺旋一一对应的螺旋伸出孔、与内筒主机上导轨一一对应的滑槽，其中螺旋伸出孔用于伸出驱动螺旋，滑槽可沿内筒主机外侧的导轨进行轴向滑动；内筒主机与外套筒之间通过一个以上的液压缸彼此相连，多个驱动螺旋伸出外套筒向外侧土体旋入，同时借助液压缸的拉力与驱动螺旋旋入土体产生的推进力共同促动内筒主机完成向前行程；当内筒主机完成行程后，利用液压缸的推力，推动外套筒前行至内筒主机前行的等行程位置，构成整机一个工作步长的自主前行。

Description

一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置

技术领域

本发明涉及一种在岩土松散体中的掘进装置，其为在岩或土的松散体中开挖地下通道施工技术提供了一种机械式新型的具有自行进功能的掘进装置，为在诸如泥石流或隧道大型塌方或地震废墟中开通抢险救援通道提供技术支持，属于岩土散体中的抢险救援通道施工领域。

背景技术

我国及世界各国多有山区，在山区附近发生滑坡或泥石流等地质灾害常造成人员被困或被埋不能及时救援引起的重大人员伤亡，如我国2016年1月发生在深圳的山体滑坡事故，造成人员的重大伤亡。许多伤亡是因为人员被埋在土中，因为没有快速的施工装备开通抢险救援通道而错失救援的黄金时间；严重的地震灾害常造成楼房倒塌在废墟中的人员急需救援，也是因为无快速开通直达人员被困地点的救援装备而增大了人员的伤亡危害；地下工程的大量修建不时发生很大的塌方引起的“关门事故”等地质类灾害事故，造成人员被困于塌方体后方急需救援抢险通道的快速开通装备。目前，发生上述事故的抢险救援通道仅在隧道发生大型塌方发生“关门事故”，隧道塌方体的工作面前方有人员被困的情况下，为尽快解救被困人员采用了把市政小型隧道施工中的后方顶进管道的方法应用到救援通道的施工中，该方法非专用的救援通道施工机械，因此受到顶进距离偏短和必须直线顶进及现场塌方不断进行等因素影响的制约，还不能形成一种有效的专用的施工机械。除此之外，在地震废墟内和滑坡体内有人员被困或被埋的抢险救援方式，目前无任何有效的机械装备，抢险救援的方法还停留在塌方体上方或侧面采用常规机械清障，逐渐靠近人员被困地点的方法，时间和空间上均错过黄金救援时间，造成事故伤亡人数的不断扩大。因此急需一种能够在地质灾害类事故产生的岩土质松散体内自行进式无限距离远和可转弯穿行的救援通道快速高效的施工装备，为大幅提高被困（埋）人员的生存率提供了一种快速有效的方法。

发明内容

为了解决在山区发生泥石流埋住或阻挡人员产生紧迫危险时，在严重地震废墟中迅速探查和到达幸存人员地点，或是在岩土类隧道发生大型塌方，出现前方人员被困，需迅速到达人员被困地点的救援通道机械化快速施工等问题，本发明提出了一种在岩土散体中救援通道快速施工的掘进方法与装置。

本发明采用如下技术方案：

一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，包括一个内筒主机（3）、一个外套筒（4）；内筒主机（3）外侧沿周向布置驱动螺旋（7），驱动螺旋（7）与内筒主机（3）轴线平行，驱动螺旋（7）装配在螺旋装配槽（10）中；驱动螺旋（7）与安装在内筒主机（3）内的扭矩驱动源（11）连接，扭矩驱动源（11）为驱动螺旋（7）提供扭矩；外套筒（4）开有与内筒主机（3）上的驱动螺旋（7）一一对应的螺旋伸出孔（13），其中螺旋伸出孔（13）用于伸出驱动螺旋（7），内筒主机（3）与外套筒（4）之间通过一个及以上在内筒主机（3）内侧沿周向布置、且沿筒体轴线方向可伸缩的液压缸（5）彼此相连，所述液压缸（5）为通用的可轴向伸缩的连接传力机构。

所述的驱动螺旋（7）的数量为一个或多个。

所述内筒主机（3）和外套筒（4）采用套装的结构安装方式，内筒主机（3）套装在外套筒（4）内侧。

所述的驱动螺旋（7）分别在各自的扭矩驱动源（11）驱动下绕其自身的轴心旋转。

内筒主机（3）外侧环周向安装有多个凸形导轨（9），同时外套筒（4）内部设有与内筒主机（3）上的凸形导轨（9）一一对应的滑槽（14），通过凸形导轨（9）和滑槽（14），内筒主机（3）和外套筒（4）相互滑动。

所述的凸形导轨（9）的横截面形状可以是圆形、方形、矩形、梯形或者燕尾形。

内筒主机（3）内侧成对安装主机液压缸固定耳环（8）和导向槽孔（6），同时外套筒（4）内侧设有与主机液压缸固定耳环（8）配对使用的套筒液压缸固定耳环（12），主机液压缸固定耳环（8）连接液压缸（5）的一端，套筒液压缸固定耳环（12）通过导向槽孔（6）伸到内筒主机内连接液压缸（5）的另一端。

内筒主机（3）上的驱动螺旋（7）伸出外套筒（4）向外侧土体（1）旋入，同时借助内筒主机（3）和外套筒（4）之间装设的轴向连接的多根液压缸（5）的拉力与内筒主机（3）上驱动螺旋（7）旋入土体（1）产生的推进力共同促动内筒主机（3）沿外套筒（4）内设的滑槽（14）完成向前行程；当内筒主机（3）完成行程后，利用内筒主机（3）和外套筒（4）之间连接液压缸（5）的推力，推动外套筒（4）沿内筒主机（3）外侧导轨（9）前行至内筒主机（3）前行的等行程位置，构成整机一个工作步长的自主前行。

通过调整多个驱动螺旋（7）的不同旋转速度改变本装置的行进方向。

有益效果

本装置采用内、外筒的套装结构，利用内外筒互动前行和螺旋推进相结合的原理，解决了内筒主机螺旋与松散土体作用，推力不足问题。首次提出了一种能够在松散土体中利用外周螺旋和内外筒套装之间的液压缸伸缩作用完成救援机在土体中自行进开挖救援通道的新装置。采用套筒结构在松散土体中自主前行开挖救援通道，

附图说明

图1、内筒主机纵向剖面图；

图2、内筒主机横向剖面图；

图3、外套筒纵向剖面图；

图4、外套筒横向剖面图；

图5、内筒主机向前伸出时本装置纵向剖面图；

图6、外套筒向前跟进时本装置纵向剖面图。

1-松散土、2-已形成的通、3-内筒主机、4-外套筒、5-液压缸、6-导向槽孔、7-驱动螺旋、8-主机液压缸固定耳环、9-导轨、10-螺旋装配槽、11-扭矩驱动源、12-套筒液压缸固定耳环、13-螺旋伸出孔；14-滑槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明，但具体实施方式不构成对本发明内容的限制。

如图1、2所示，在内筒主机3外周上安装N（N≥1）个驱动螺旋7，本实施例中有6个，也可以根据具体情况改变数量；6个驱动螺旋7分别装配在N（N≥1）个螺旋装配槽10中，螺旋装配槽10的数量与驱动螺旋7的数量相对应；安装在内筒主机3内的扭矩驱动源11与驱动螺旋7连接，一个扭矩驱动源11驱动一个驱动螺旋7。内筒主机内侧成对安装有液压缸固定耳环8和导向槽孔6，内筒主机外侧环周向安装有M（M≥1）对导轨9，本实施例中有6对导轨，两个螺旋装配槽10之间设有一对导轨9，内筒主机内设有P（P≥1）个主机液压缸固定耳环，本实施例中有1对耳环。

如图3、4所示，在外套筒内开有N（N≥1）个螺旋伸出孔13，本实施例中有6个，内筒主机3上的6个螺旋7分别从一个螺旋伸出孔13伸出向外侧土体旋入。外套筒内开有M（M≥1）对滑槽14，本实施例中有6对，分别与内筒主机上的6对导轨9相对应。外套筒内设有P（P≥1）个套筒液压缸固定耳环12，本实施例中有1对，套筒液压缸固定耳环12通过内筒主机导向槽孔6伸入内筒主机，与液压缸一端相连，液压缸另一端与内筒主机内的主机液压缸固定耳环8连接，本实施例中设有两个液压缸，一个液压缸由一个套筒液压缸固定耳环12和主机液压缸固定耳环8连接。

如图5所示，内筒主机3的驱动螺旋7旋转时，挤压螺旋7外侧的松散岩或土体1，松散岩或土体1对驱动螺旋7产生内筒主机3沿前进方向的反作用力--推力，推动内筒主机3自身前行。同时，沿内筒主机3和外套筒4轴线方向连接内外筒之间所安装的液压缸5，在内筒主机3驱动螺旋7旋转前行过程中采用回缩方式动作，利用外套筒与周边土体接触的摩擦力保持外套筒相对不动，因此就为内筒主机3的前行提供了拉力，帮助拉动内筒主机3向前运动，解决了单纯依赖内筒主机3上驱动螺旋7与松散土体1作用的推力不足问题。内筒主机3在驱动螺旋7旋转产生松散土体1反作用向前推力的同时，又得到了液压缸5拉力的共同作用，实现了内筒主机3上的导轨9在外套筒4内的滑槽14内滑行，内筒主机3即先行从外套筒4中向外伸出前行一个液压缸5行程的距离。

如图6所示，当内筒主机3完成一个液压缸5的行程实现一个步长自行进过程后，内筒主机3上的驱动螺旋7不旋转，利用内筒主机3伸到外套筒4外侧的螺旋7与周围土体1的咬合力和摩擦力，保证内筒主机3不动，利用沿外套筒4轴线布置在内外套筒之间的液压缸5的外伸作用，推动外套筒4向前运动刚刚完成的内筒主机3的一个行程距离，形成了本装置的完整行进过程，周而复始地完成上述动作，在救援机后方形成已开挖好的通道2，在后方支护材料的及时跟进情况下，形成了一条在松散岩土体内供救援人员进入和将被困人员救出的救援通道。

本发明使用布置有内筒主机和外套筒双筒套装结构方式在松散岩、土体中开挖通道。

内筒主机的驱动螺旋7驱动自身前行时，除主动提供内筒前行的螺旋推力外，内筒主机的其余部分最大限度地不与土体发生摩擦，只发生内筒主机外周导轨与外套筒的滑槽之间的滑动摩擦，大大降低了内筒主机的前行阻力，克服了只使用内筒上的螺旋在松散岩、土体中螺旋提供推力不足的问题。外套筒的作用原理类似于坦克在野外泥泞沼泽地通过时，履带所起的作用。同时，沿内外套筒轴线方向连接内外套筒之间所安装的液压缸，在内筒主机螺旋旋转前行过程中采用回缩方式动作，利用外套筒与周边土体接触的摩擦力保持外套筒相对不动，因此就为内筒主机提供了拉力，帮助拉动内筒向前运动，解决了内筒主机螺旋与松散土体作用的推力不足问题。本发明中内筒主机在驱动螺旋旋转产生土体反作用向前推力的同时，又得到了液压缸拉力的共同作用，实现了内筒主机先行从外套筒外伸前行一个液压缸行程的距离。

当内筒主机完成一个行程的自行进过程后，内筒主机的驱动螺旋不旋转，利用内筒主机伸到外套筒外侧的驱动螺旋与周围土体的咬合力和摩擦力，利用沿套筒轴线布置在内外套筒之间的液压缸的外伸作用，推动外套筒向前运动刚刚完成的内筒主机的一个行程距离，形成了松散岩土体通道救援掘进机的完整行进过程，周而复始在后方支护材料的及时跟进情况下，形成了一条供在松散岩土体内的救援通道。

内筒主机外侧周向布置的多个驱动螺旋分别从外套筒圆周方向的开口处伸出，伸出外套筒开口处的驱动螺旋旋转以同步或非同步的方式进行，当同步进行时掘进机内筒主机向前行，当非同步时可实现缓慢转弯。

当掘进装置需要转弯时：

调整螺旋结构的旋转速度：当欲向左转弯时，内筒主机右侧的驱动螺旋旋转速度快于左侧螺旋，给掘进机施加了向左方向的推力，使驱动螺旋的轴线向左偏移；当欲向右转弯时，内筒主机左侧的驱动螺旋旋转速度快于右侧螺旋，给掘进机施加了向右方向的推力，使驱动螺旋的轴线向右偏移；同理，当欲向上转弯时，内筒主机下侧的驱动螺旋旋转速度快于上侧螺旋，给掘进机施加了向上方向的推力，使驱动螺旋的轴线向上偏移；当欲向下转弯时，内筒主机上侧的驱动螺旋旋转速度快于下侧螺旋，给掘进机施加了向下方向的推力，使驱动螺旋的轴线向下偏移。

Claims (8)

1.一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，其特征在于：包括一个内筒主机（3）、一个外套筒（4）；内筒主机（3）外侧沿周向布置驱动螺旋（7），驱动螺旋（7）与内筒主机（3）轴线平行，驱动螺旋（7）装配在螺旋装配槽（10）中；驱动螺旋（7）与安装在内筒主机（3）内的扭矩驱动源（11）连接，扭矩驱动源（11）为驱动螺旋（7）提供扭矩；外套筒（4）开有与内筒主机（3）上的驱动螺旋（7）一一对应的螺旋伸出孔（13），其中螺旋伸出孔（13）用于伸出驱动螺旋（7），内筒主机（3）与外套筒（4）之间通过一个及以上在内筒主机（3）内侧沿周向布置、且沿筒体轴线方向可伸缩的液压缸（5）彼此相连，所述液压缸（5）为通用的可轴向伸缩的连接传力机构；内筒主机（3）外侧安装有凸形导轨（9），外套筒（4）内部设有滑槽（14）；

内筒主机（3）上的驱动螺旋（7）伸出外套筒（4）向外侧土体（1）旋入，同时借助内筒主机（3）和外套筒（4）之间装设的轴向连接的多根液压缸（5）的拉力与内筒主机（3）上驱动螺旋（7）旋入土体（1）产生的推进力共同促动内筒主机（3）沿外套筒（4）内设的滑槽（14）完成向前行程；当内筒主机（3）完成行程后，利用内筒主机（3）和外套筒（4）之间连接液压缸（5）的推力，推动外套筒（4）沿内筒主机（3）外侧导轨（9）前行至内筒主机（3）前行的等行程位置，构成整机一个工作步长的自主前行。

2.根据权利要求1所述的一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，其特征在于：所述的驱动螺旋（7）的数量为一个或多个。

3.根据权利要求1所述的一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，其特征在于：所述内筒主机（3）和外套筒（4）采用套装的结构安装方式，内筒主机（3）套装在外套筒（4）内侧。

4.根据权利要求1所述的一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，其特征在于：所述的驱动螺旋（7）分别在各自的扭矩驱动源（11）驱动下绕其自身的轴心旋转。

5.根据权利要求1所述的一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，其特征在于：内筒主机（3）外侧环周向安装有多个凸形导轨（9），同时外套筒（4）内部设有与内筒主机（3）上的凸形导轨（9）一一对应的滑槽（14），通过凸形导轨（9）和滑槽（14），内筒主机（3）和外套筒（4）相互滑动。

6.根据权利要求5所述的一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，其特征在于：所述的凸形导轨（9）的横截面形状可以是圆形、方形、矩形、梯形或者燕尾形。

7.根据权利要求1所述的一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，其特征在于：内筒主机（3）内侧成对安装主机液压缸固定耳环（8）和导向槽孔（6），同时外套筒（4）内侧设有与主机液压缸固定耳环（8）配对使用的套筒液压缸固定耳环（12），主机液压缸固定耳环（8）连接液压缸（5）的一端，套筒液压缸固定耳环（12）通过导向槽孔（6）伸到内筒主机内连接液压缸（5）的另一端。

8.根据权利要求1所述的一种岩土散状体中通道掘进的套筒式自驱动前行掘进装置，其特征在于：通过调整多个驱动螺旋（7）的不同旋转速度改变本装置的行进方向。

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