CN110306928A - 一种多功能钻机及硬岩隧道非爆破施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能钻机及硬岩隧道非爆破施工方法，其中，多功能钻机包括：车架，车架前端且沿其宽度方向间隔设有第一安装座、第二安装座和第三安装座，以及安装于车架上且位于第二安装座上方的第四安装座；两个钻机，分别通过一个钻臂安装于第一安装座和第三安装座上；辅具，通过工作臂安装于第二安装座上，辅具包括钻机、破碎锤或铣挖头；吊篮，通过吊篮臂安装于第四安装座上，吊篮内可安装劈裂机。本发明的多功能钻机具有钻孔、破碎、铣挖、劈裂等多种功能，依据隧道施工工艺的要求可以将所需要的装置组合安装在车架上使用，采用一台多功能钻机即可全部完成硬岩隧道的非爆破开挖工作，采用机械一体化施工，人员需求少。

Description

一种多功能钻机及硬岩隧道非爆破施工方法

技术领域

本发明涉及钻孔设备隧道挖掘技术领域，具体涉及一种多功能钻机及硬岩隧道非爆破施工方法。

背景技术

在隧道施工工程中非爆破硬岩(超硬)(50MPa及其以上)施工的工程越来越多，在此种情况下，由于隧道施工要求安全、高效、环保、节能等各种要求，对施工设备的要求也越来粤高。现有的隧道施工设备主要有以下几种：

(一)、水磨钻：此工艺采用磨削原理，利用钻筒上的磨削齿在岩石上磨出一个个环缝，洗孔介质为水，动力一般为7.5KW-10KW的电机，操作方式为人工操作；采用该水磨钻施工的工艺具有能耗低、环保(不产生粉尘)、适用面广(软岩、硬岩、回填土、钢筋混泥土等均可穿孔)、操作维护简单的优点，但是工作效率低(一般一个台班10小时不能开挖超过50方)、安全系数低(由于效率低，因此需要多人同时钻孔，同时离掌子面很近)。

(二)、工程掘进机：现有的隧道掘进机(三一重装、徐工、中铁装备)都标称最大可切割岩石硬度达到130MPa，在实际施工中最经济截割的岩石低于50MPa，在硬岩截割上截齿和电力消耗非常高。目前较大的掘进机截割头功率达到300KW以上，加上其他的油泵电机和风机功率，整机功率一般在500KW以上；该设备主要采用机械施工，人员需求少，安全性高，但是经济性较差(一次性投入大，不含配套的情况下单台设备在500W元以上)、不环保(截割粉尘非常大，需要后配套除尘设备，现有市场还没有达到环保要求的除尘配套)、场地要求高(需要电力转专线)。

(三)、锯割(包含圆盘锯、绳锯)：其中，圆盘锯不容易机械化(圆盘锯必须要稳定匀速，而且掌子面不平整)、有死角(在圆弧交接的底角位置不能清根，导致需要后续其他工艺配套)；绳锯一般适用于露天花岗石开采，在隧道施工中需要预先钻孔，操作复杂，使用成本高。

(四)、劈裂机：劈裂机主要应用在水磨钻和锯割施工后，利用劈裂机将岩石涨裂。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种多功能钻机，具有钻孔、破碎、铣挖、劈裂等多种功能，依据隧道施工工艺的要求可以将所需要的装置组合安装在车架上使用。

本发明的另一个目的在于提供一种硬岩隧道非爆破施工方法，采用一台上述的多功能钻机即可完成硬岩隧道的非爆破一体化施工，人员需求少。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种多功能钻机，包括：

车架，所述车架的前端且沿所述车架的宽度方向间隔设置有第一安装座、第二安装座和第三安装座，以及安装于车架上且位于所述第二安装座上方的第四安装座；

两个钻机，两个所述钻机分别通过一个钻臂安装于所述第一安装座和所述第三安装座上；

辅具，所述辅具通过工作臂安装于所述第二安装座上，所述辅具包括钻机、破碎锤或铣挖头；

吊篮，所述吊篮通过吊篮臂安装于所述第四安装座上，所述吊篮内可安装劈裂机。

作为多功能钻机的一种优选方案，所述钻机包括：

减速机，所述减速机包括液压马达和与所述液压马达传动连接的空心主轴，所述空心主轴的一端安装有套设于所述空心主轴上的进水圈，所述进水圈内设有第一介质通道，所述进水圈的外壁上设有与所述第一介质通道连通的进水孔，所述空心主轴的轴壁内间隔设置有若干第二介质通道，所述第二介质通道的一端与所述第一介质通道连通；

钻孔装置，所述钻孔装置包括呈管状结构的钻筒和与所述钻筒的一端连接的钻头，所述钻筒远离所述钻头的一端与所述空心主轴远离所述进水圈的一端连接，所述钻筒的管壁内设有第三介质通道，所述第三介质通道的一端位于所述钻头处，当所述钻筒与所述空心主轴连接时，所述第三介质通道的另一端与所述第二介质通道远离所述第一介质通道的一端连通。

作为多功能钻机的一种优选方案，所述进水圈的内壁环设有与所述进水孔连通的水槽，所述水槽与所述空心主轴的外壁之间形成所述第一介质通道，所述第二介质通道包括第二介质通道主体、位于所述空心主轴外壁且分别与所述第二介质通道主体连通的若干第一入水口和若干第一出水口，所述第一入水口与所述第一介质通道连通；所述钻筒的管壁内沿其周向间隔设有若干所述第三介质通道，所述第三介质通道包括第三介质通道主体、与所述第三介质通道主体连通的第二入水口和第二出水口，所述第二入水口设于所述钻筒的内壁并位于所述钻筒远离所述钻头的一端，所述第二出水口位于所述钻头处，当所述钻筒与所述空心主轴连接时，所述第二入水口与所述第一出水口连通。

作为多功能钻机的一种优选方案，所述空心主轴包括主轴本体和与所述主轴本体远离所述进水圈的一端连接的主轴连接段，所述主轴连接段设有外螺纹；所述钻筒包括钻筒本体和与所述钻筒本体远离所述钻头的一端连接的钻筒连接段，所述钻筒连接段设有可与所述外螺纹旋接配合的螺纹孔。

作为多功能钻机的一种优选方案，所述第三介质通道主体包括位于所述钻筒连接段的第一子通道和位于所述钻筒本体的第二子通道，所述第一子通道包括第一子通道主体、与所述第一子通道主体连通的所述第二入水口和第三出水口，所述第二入水口和所述螺纹孔均位于所述钻筒连接段的内壁，所述第三出水口设于所述钻筒连接段的内壁并邻近所述钻头，所述第二子通道包括第二子通道主体、与所述第二子通道主体连通的第三入水口和所述第二出水口，所述第三入水口位于所述钻筒本体的内壁且邻近所述钻筒本体靠近所述钻筒连接段的一端，所述第二出水口位于所述钻筒本体靠近所述钻头的一端。

作为多功能钻机的一种优选方案，所述钻筒本体包括钻筒主体和若干盖板，所述钻筒主体的外壁沿其周向间隔设有若干凹槽结构，所述凹槽结构的长度沿所述钻筒主体的长度方向延伸，所述盖板焊接于所述凹槽结构的开口端，所述凹槽结构与所述盖板之间形成所述第二子通道主体。

作为多功能钻机的一种优选方案，所述钻机还包括：

安装基座，所述安装基座包括基座、位于所述基座两端的侧板、位于所述基座两侧的第一导向杆和位于所述第一导向杆下方的第二导向杆，所述第一导向杆和所述第二导向杆的两端分别与其中一个所述侧板连接，所述减速机和所述钻头分别与其中一个所述侧板连接，所述减速机通过第一滑块与所述第一导向杆滑动连接；

两个第一油缸，两个所述第一油缸间隔安装于靠近所述减速机的侧板上并与所述减速机的安装壳体连接；

第二油缸，所述第二油缸一端固定于所述基座的下方，另一端与位于所述基座下方的安装座连接，所述安装座通过第二滑块与所述第二导向杆滑动连接；

回转减速机，所述回转减速机位于所述基座的下方并与所述安装座固定连接，且所述回转减速机通过连接件与所述钻臂连接。

另一方面，提供一种硬岩隧道非爆破施工方法，利用所述的多功能钻机在硬岩隧道掌子面上钻临空面孔、劈裂孔并对掌子面进行劈裂，经过后处理后进入下一轮施工。

作为硬岩隧道非爆破施工方法的一种优选方案，包括以下步骤：

S10、利用所述多功能钻机的所述第一安装座和所述第二安装座的两个所述钻机在硬岩隧道掌子面上钻出临空面孔，使所述临空面孔具有沿横向依次排布的第一临空面孔和沿竖向依次排布的第二临空面孔，且所述第二临空面孔位于所述第一临空面孔排布方向的中心线上；

S20、利用所述多功能钻机的所述第一安装座和所述第二安装座的两个所述钻机在硬岩隧道掌子面上间隔钻出若干劈裂孔；

S30、利用安装在所述吊篮内的劈裂机沿所述劈裂孔劈裂掌子面；

S40、利用安装在所述第四安装座的所述破碎锤或者铣挖头修理硬岩隧道的周边轮廓；

S50、后处理完成后进入步骤S10，如此循环。

作为硬岩隧道非爆破施工方法的另一种优选方案，包括以下步骤：

S10、利用所述多功能钻机的所述第一安装座、所述第二安装座和所述第三安装座上的三个所述钻机在硬岩隧道掌子面上沿隧道的轮廓钻出临空面孔；

S20、利用所述多功能钻机的所述第一安装座、所述第二安装座和所述第三安装座上的三个所述钻机在掌子面上间隔钻出若干劈裂孔；

S30、利用安装在所述吊篮内的劈裂机沿所述劈裂孔劈裂掌子面；

S40、后处理完成后进入步骤S10，如此循环。

本发明的有益效果：本发明通过将多个钻机、和辅具集成安装在车架上，并对钻机、吊篮和辅具的安装位进行合理地布局，可以使多功能钻机具有钻孔、破碎、铣挖、劈裂等多种功能，依据隧道施工工艺的要求可以将所需要的装置组合安装在车架上使用，采用一台多功能钻机即可全部完成硬岩隧道的非爆破开挖工作，采用机械一体化施工，人员需求少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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。

图1是本发明一实施例的多功能钻机(第一安装位和第三安装位分别安装有钻机)的侧视图。

图2是图1的P向视图。

图3是本发明一实施例的多功能钻机(第二安装位安装有钻机)的侧视图。

图4是本发明一实施例的多功能钻机(第二安装位安装有破碎锤)的侧视图。

图5是本发明一实施例的多功能钻机(第四安装位安装有吊篮)的侧视图。

图6是本发明一实施例的钻机通过钻臂安装在第一安装座上的结构示意图。

图7是本发明一实施例的钻机的结构示意图。

图8是本发明一实施例的钻机的一种视角的侧视图。

图9是本发明一实施例的钻机的另一种视角的侧视图。

图10是本发明一实施例的钻机的剖视图。

图11是本发明一实施例的减速机的结构示意图。

图12是本发明一实施例的减速机(不包括安装壳体和底座)的分解示意图。

图13是本发明一实施例的钻孔装置分解后的剖视图。

图14是本发明一实施例的钻孔装置的钻筒主体的侧视图。

图15是本发明一实施例的钻孔装置的钻筒本体局部分解后的剖视图。

图16是本发明一实施例的掌子面上钻出的临空面孔的示意图。

图17是本发明一实施例的掌子面上钻出的临空面孔和劈裂孔的示意图。

图18是本发明一实施例的硬岩隧道的周边轮廓修理后的示意图。

图19是本发明另一实施例的掌子面上钻出的临空面孔的示意图。

图20是本发明另一实施例的掌子面上钻出的临空面孔和劈裂孔的示意图。

图中：

110、车架；120、第一安装座；1201、第一安装板；1202、第二安装板；1203、连接板；130、第二安装座；140、第三安装座；150、第四安装座；160、卷缆器；200、钻机；300、钻臂；400、破碎锤；500、吊篮；600、吊篮臂；700、电动机；800、柴油机；

1、减速机；11、液压马达；12、空心主轴；121、第二介质通道；1211、第二介质通道主体；1212、第一入水口；1213、第一出水口；122、主轴本体；123、主轴连接段；124、外螺纹；13、进水圈；131、第一介质通道；132、进水孔；14、润滑油挡板；15、减摩片；161、连接板；17、安装壳体；18、底座；19、第一滑块；

2、钻孔装置；21、钻筒；211、第三介质通道；2111、第二入水口；2112、第二出水口；2113、第一子通道主体；2114、第三出水口；2115、第二子通道主体；2116、第三入水口；212、钻筒本体；2121、钻筒主体；2122、盖板；2123、第一凹槽；2124、第二凹槽；213、钻筒连接段；214、螺纹孔；215、第一安装槽；216、第二安装槽；22、钻头；221、钻头连接段；222、钻头本体；223、环形凸起；224、第四介质通道；2241、集水槽；2242、第三子通道；

3、安装基座；31、基座；32、侧板；33、第一导向杆；34、第二导向杆；

4、第一油缸；5、第二油缸；6、安装座；7、第二滑块；8、回转减速机；9、推芯杆；

101、临空面孔；1011、第一临空面孔；1012、第二临空面孔；102、劈裂孔。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至5所示，本发明的一实施例提供一种多功能钻机，包括：

车架110，车架110的前端且沿车架110的宽度方向间隔设置有第一安装座120、第二安装座130和第三安装座140，以及安装于车架110上且位于第二安装座130上方的第四安装座150；

两个钻机200，两个钻机200分别通过一个钻臂300安装于第一安装座120和第三安装座140上；

辅具，辅具通过工作臂安装于第二安装座130上，辅具包括钻机200、破碎锤400或铣挖头；

吊篮500，吊篮500通过吊篮臂600安装于第四安装座150上，吊篮500内可安装劈裂机。

本实施例通过将多个钻机200、吊篮500和辅具(钻机200、破碎锤400或铣挖头)集成安装在车架110上，并对钻机200、吊篮500和辅具(钻机200、破碎锤400或铣挖头)的安装位进行合理地布局，可以使多功能钻机具有钻孔、破碎、铣挖、劈裂等多种功能，依据隧道施工工艺的要求可以将所需要的装置(钻机200、吊篮500和辅具)组合安装在车架110上使用。

本实施例的多功能钻机还包括安装于车架110上的电动机700、和柴油机800，柴油机800可驱动钻臂300、工作臂和吊篮臂600移动，电动机700可驱动钻机200、破碎锤400、铣挖头、劈裂机工作。多功能钻机采用双动力，其中，柴油机800提供的动力仅用于车架110的行走和各个工作装置的移动，各个工作装置的工作通过电动机700驱动，电动机700采用的是380V动力电(单个钻机200工作装置需要电力为45KW，整机功率为160KW)，对于工地供电要求简单。

其中，作为本发明一优选的实施方式，第一安装座120和第二安装座130的高度可以调节。具体地，第一安装座120和第二安装座130的结构完全相同，以第一安装座120为例进行说明，如图6所示，第一安装座120包括间隔设置的第一安装板1201和第二安装板1202以及位于第一安装板1201和第二安装板1202之间的连接板1203，第一安装板1201固定在车架110上，第二安装板1202通过连接板1203与第一安装板1201活动连接，且第二安装板1202连接有可顶升第二安装板1202的驱动装置。

更进一步地，连接板1203的数量为两个，两个连接板1203上下平行且倾斜设置，连接板1203的一端通过枢接轴与第一安装板1201枢接，另一端通过枢接轴与第二安装板1202枢接，第二安装板1202远离第一安装板1201的一侧由上至下间隔设置有第一连接件和第二连接件，第一连接件与钻臂300连接，驱动装置为安装于车架110靠近钻机200一端的液压油缸，液压油缸位于第二连接件的下方并与第二连接件连接，从而可以调整钻机200的钻孔范围，提高多功能钻机的施工覆盖面积。

本实施例的多功能钻机还包括安装于车架110后端的卷缆器160，用以车架110前进后退过程中电缆的释放和收卷。

如图7至15所示，本实施例的钻机200包括：

减速机1，减速机1包括液压马达11和与液压马达11传动连接的空心主轴12，空心主轴12的一端安装有套设于空心主轴12上的进水圈13，进水圈13内设有第一介质通道131，进水圈13的外壁上设有与第一介质通道131连通的进水孔132，空心主轴12的轴壁内间隔设置有若干第二介质通道121，第二介质通道121的一端与第一介质通道131连通；

钻孔装置2，钻孔装置2包括呈管状结构的钻筒21和与钻筒21的一端连接的钻头22，钻筒21远离钻头22的一端与空心主轴12远离进水圈13的一端连接，钻筒21的管壁内设有第三介质通道211，第三介质通道211的一端位于钻头22处，当钻筒21与空心主轴12连接时，第三介质通道211的另一端与第二介质通道121远离第一介质通道131的一端连通。

本实施例中，液压马达11的数量为两个(购买于丹弗斯)，两个液压马达11同步驱动空心主轴12转动，进而带动钻孔装置2钻进，其中，液压马达11的排量调节范围广(100-400ml)，通过传动比的放大，可以实现钻孔直径100-400mm，可覆盖现有大部分的钻孔范围。

本实施例通过在减速机1的空心主轴12的一端安装进水圈13，另一端与钻孔装置2连接，并在进水圈13、空心主轴12的轴壁内以及钻孔装置2的管壁上分别设置依次连通的介质通道，用以通入介质(水和/或气)，将介质通道与外部的排渣通道和内部储渣通道独立开来，避免钻进机构在钻进过程中产生出渣不畅的问题，从而提高了钻进效率；传统的介质通道为空心主轴的内孔和钻筒、钻头的内孔，本实施例的介质通道主要集中在空心主轴12的轴壁内以及钻孔装置2的管壁内，与传统的介质通道相比，本实施例的介质通道的尺寸更小，需要的介质用量减少，对钻进影响较小；此外，与传统的介质输入方式(进水装置设置在钻孔装置的钻筒上)相比，本实施例将进水圈13设置在空心主轴12远离钻孔装置2的一端，即位于液压马达11的位置处，可以减少整个钻孔装置2的无效长度，有利于狭小空间内施工。

具体地，第二介质通道121的数量为四个但不限于四个，四个第二介质通道121均匀设置。在其他的实施例中，第二介质通道121的数量还可以为三个、四个、五个或者更多个，具体依据钻进机构的整体尺寸而定。

其中，进水圈13的内壁环设有与进水孔132连通的水槽，水槽与空心主轴12的外壁之间形成第一介质通道131，第二介质通道121包括第二介质通道主体1211、位于空心主轴12外壁且分别与第二介质通道主体1211连通的若干第一入水口1212和若干第一出水口1213，第一入水口1212与第一介质通道131连通；钻筒21的管壁内沿其周向间隔设有若干第三介质通道211，第三介质通道211包括第三介质通道主体、与第三介质通道主体连通的第二入水口2111和第二出水口2112，第二入水口2111设于钻筒21的内壁并位于钻筒21远离钻头22的一端，第二出水口2112位于钻头22处，当钻筒21与空心主轴12连接时，第二入水口2111与第一出水口1213连通。本实施例中，进水圈13固定不动，液压马达11驱动空心主轴12相对进水圈13转动，将第一介质通道131设计为环形结构，空心主轴12转动过程中，可以使第一介质通道131始终与第二介质通道121保持连通。第三介质通道211采用分段结构设计，便于钻孔装置2与空心主轴12稳定连接，同时增加钻孔装置2的强度和刚度。

空心主轴12包括主轴本体122和与主轴本体122远离进水圈13的一端连接的主轴连接段123，主轴连接段123设有外螺纹124；钻筒21包括钻筒本体212和与钻筒本体212远离钻头22的一端连接的钻筒连接段213，钻筒连接段213设有可与外螺纹124旋接配合的螺纹孔214，即空心主轴12的主轴连接段123直接旋入钻筒连接段213的螺纹孔214中，可以减少整个钻孔装置2的无效长度。

第二介质通道主体1211的长度沿空心主轴12的长度方向延伸，第二介质通道主体1211邻近第一入水口1212的一端贯穿空心主轴12，并通过封堵件封堵(上述实施例的螺丝)，第一出水口1213位于主轴本体122靠近主轴连接段123的一端，第二介质通道主体1211的另一端延伸至第一出水口1213处。其中，由主轴本体122远离钻孔装置2的一端朝向另一端钻孔，即可形成第二介质通道主体1211，再在主轴本体122的外壁上对应水槽和第二入水口2111的位置钻孔至与第二介质通道主体1211连通，即形成第一入水口1212和第一出水口1213。本实施例的第二介质通道主体1211以及第一入水口1212和第一入水口1212的加工非常方便。

本实施例中，减速机1还包括安装于进水圈13内周的两个轴承和位于进水圈13两端的两个润滑油挡板14，两个轴承套设于空心主轴12上并邻近进水圈13的端部，润滑油挡板14套设于空心主轴12上并与进水圈13固定连接。两个润滑油挡板14通过螺丝固定在进水圈13的两端，用以防止润滑油泄露，同时对轴承起固定作用；

此外，还包括两个套设于空心主轴12上的减摩片15，润滑油挡板14远离进水圈13的一端分别设有一个减摩片15，减摩片15的设置可以降低进水圈13与空心主轴12之间的摩擦力。

本实施例中，减摩片15为PC材质或者不锈钢材质的薄板。

减速机1还包括位于空心主轴12邻近进水圈13一端的连接板161，连接板161上设有若干供封堵件穿过的通孔，封堵件穿过连接板161与第二介质通道121连接，连接板161位于其中一个减摩片15远离进水圈13的一端，且连接板161的外径大于减摩片15的内径。

具体地，第二介质通道121的数量为四个，四个封堵件(螺丝)穿过连接板161与空心主轴12上的第二介质通道121连接，实现封堵第二介质通道121远离钻孔装置2的一个端口。

沿钻筒21朝向钻头22的方向，钻筒连接段213的内孔壁依次环设有第一安装槽215、第二入水口2111、第二安装槽216和螺纹孔214，第二入水口2111的直径大于第一安装槽215和第二安装槽216的直径，第一安装槽215和第二安装槽216内分别安装有密封圈。当主轴连接段123旋入螺纹孔214内时，两个密封圈的设置可以起到良好的密封作用。

具体地，第三介质通道主体包括位于钻筒连接段213的第一子通道和位于钻筒本体212的第二子通道，第一子通道包括第一子通道主体2113、与第一子通道主体2113连通的第二入水口2111和第三出水口2114，第二入水口2111和螺纹孔214均位于钻筒连接段213的内壁，第三出水口2114设于钻筒连接段213的内壁并邻近钻头22，第二子通道包括第二子通道主体2115、与第二子通道主体2115连通的第三入水口2116和第二出水口2112，第三入水口2116位于钻筒本体212的内壁且邻近钻筒本体212靠近钻筒连接段213的一端，第二出水口2112位于钻筒本体212靠近钻头22的一端。

现有技术中的钻筒内的介质通道为环隙孔，加工复杂，且降低了钻孔装置的强度和刚度。本实施例的钻筒本体212的介质通道进行了优化，加工方便，与现有技术相比，可有效提高钻孔装置2的强度和刚度。例如，钻筒本体212包括钻筒主体2121和若干盖板2122，钻筒主体2121的外壁沿其周向设有若干凹槽结构，凹槽结构的长度沿钻筒主体2121的长度方向延伸，盖板2122焊接于凹槽结构的开口端，凹槽结构与盖板2122之间形成第二子通道主体2115。其中，钻筒主体2121为45#钢材质，盖板2122为Q345钢材质。

具体地，如图14和图15所示，凹槽结构包括凹设于钻筒主体2121外壁的第一凹槽2123和凹设于第一凹槽2123的槽底的第二凹槽2124，盖板2122焊接于第一凹槽2123内，盖板2122的外壁与钻筒主体2121的外壁组成圆形结构，防止盖板2122凸起而影响钻孔质量，第一凹槽2123与盖板2122的内壁之间形成第二子通道。

钻筒本体212的内壁靠近钻筒连接段213的一端设置有与钻筒21同轴的台阶孔，钻筒连接段213插入台阶孔内并与台阶孔过盈配合，钻筒连接段213的外壁环设有凸台，钻筒本体212与凸台焊接固定。在钻筒连接段213的孔壁内且靠近钻筒本体212的一端钻孔，直至与第二入水口2111连通，即形成第一子通道主体2113，然后在所钻孔的开口端插入螺丝等封堵件进行封堵，第一子通道主体2113的数量为六个，六个第一子通道主体2113沿钻筒连接段213的周向均匀分布，对应地第二子通道主体2115的数量也为六个，六个第二子通道主体2115沿钻筒本体212的周向均匀分布。

本实施例中，主轴连接段123和螺纹孔214均为锥形结构，便于两者顺利、快速地旋接。

其中，钻头22包括钻头连接段221、与钻头连接段221连接的钻头本体222以及邻近钻头本体222凸设于钻头连接段221外周的环形凸起223，钻头连接段221与钻筒21螺纹旋接，环形凸起223内沿钻头22的轴向设置有贯穿环形凸起223两端的第四介质通道224，当钻头本体222与钻筒21连接时，第四介质通道224与第三介质通道211连通。

其中，环形凸起223的外径与钻筒本体212的外径相同。

如图13所示，第四介质通道224包括环设于环形凸起223靠近钻筒21一端的集水槽2241和沿环形凸起223的周向间隔设置的若干第三子通道2242，第三子通道2242的长度沿钻头22的轴向延伸，第三子通道2242一端与集水槽2241连通，另一端贯穿环形凸起223。第三子通道2242的数量可以为三个、四个、五个甚至更多个，具体依据钻孔装置2的尺寸而定。钻头连接段221与钻筒21连接时，集水槽2241用以连通第三介质通道211和第三子通道2242，使第三子通道2242的数量和设置位置不受限制。

在其他的实施例中，也可以将钻筒本体212的外壁设计为延伸至钻头本体222远离钻筒本体212的一端，不需要在钻头连接段221外周设置环形凸起223，第三介质通道211直接延伸至贯穿钻筒本体212靠近钻头本体222的一端。该结构设计与上述实施例所描述的结构设计相比，钻头22的强度和刚度相对较差。

与现有技术相比，本发明的进水圈13的设置有效利用了液压马达11的长度，减小了整个钻孔装置2的无效长度，有利于狭小空间内施工。介质通道为专用通道，钻筒21外壁的排渣通道及钻筒21内孔的储渣通道不会影响介质流通，有利于排渣，提高钻进速度，而且此介质通道没有经过内部储渣通道的影响，可以降低介质用量，节约环保。

本实施例的减速机1还包括用以安装液压马达11和空心主轴12的安装壳体17和与安装壳体17连接的底座18，底座18远离安装壳体17的一侧设置有第一滑块19。

本实施例中，如图7所示，钻机200还包括：

安装基座3，安装基座3包括基座31、位于基座31两端的侧板32、位于基座31两侧的第一导向杆33和位于第一导向杆33下方的第二导向杆34，第一导向杆33和第二导向杆34的两端分别与其中一个侧板32连接，减速机1和钻孔装置2分别与其中一个侧板32连接，减速机1通过第一滑块19与第一导向杆33滑动连接；

两个第一油缸4，两个第一油缸4间隔安装于靠近减速机1的侧板32上并与减速机1的安装壳体17连接；

第二油缸5，第二油缸5一端固定于基座31的下方，另一端与位于基座31下方的安装座6连接，安装座6通过第二滑块7与第二导向杆34滑动连接；

回转减速机8，回转减速机8位于基座31的下方并与安装座6固定连接，且回转减速机8通过连接件与钻臂300连接。

本实施例中，钻臂300可通过液压驱动钻机200上下左右移动。钻臂300属于现有技术，在此不再赘述。

其中，两个第一油缸4、第二油缸5以及钻臂300和其他工作臂都与控制系统连接，控制系统控制钻臂300动作，可以移动钻机200在掌子面上的钻孔位置，并使钻机200前端垂直于掌子面；控制系统可以控制第一油缸4驱动钻孔装置2和减速机1整体推进或者后退，当钻孔装置2的钻头22移动至靠近掌子面时，控制系统控制第二油缸5驱动四个导向杆(两个第一导向杆33、两个第二导向杆34)抵住掌子面，随后再通过减速机1驱动钻头22钻进；当钻臂300驱动钻机200上下左右移动时，安装基座3或者第一油缸4有可能会碰撞到钻臂300，而回转减速机8(型号为WEA17，购于江苏华方新能源有限公司)工作时，可以驱动整个钻机200转动，因此可以完全避免这种情况发生，从而可以保证钻机200正常工作。

本实施例中，钻机200还包括推芯杆9，推芯杆9一端延伸至钻头22远离减速机1的一端，另一端穿过减速机1的空心主轴12与另一个侧板32连接，推芯杆9的外周还安装有推板，推芯杆9可用于钻孔出渣时抵住掌子面A。

本发明的实施例还提供一种硬岩隧道非爆破施工方法，利用上述任一实施例的多功能钻机在硬岩隧道掌子面上钻临空面孔、劈裂孔并对掌子面进行劈裂，经过后处理后进入下一轮施工。

在一具体的实施例中，硬岩隧道非爆破施工方法包括以下步骤：

S10、利用多功能钻机的第一安装座120和第二安装座130的两个钻机200在硬岩隧道掌子面A上钻出临空面孔101，使临空面孔101具有沿横向依次排布的第一临空面孔1011和沿竖向依次排布的第二临空面孔1012，且第二临空面孔1012位于第一临空面孔1011排布方向的中心线上，参见图16；

S20、利用多功能钻机的第一安装座120和第二安装座130的两个钻机200在硬岩隧道掌子面101上间隔钻出若干劈裂孔102，参见图17；

S30、利用安装在吊篮500内的劈裂机沿劈裂孔102劈裂掌子面A；

S40、利用安装在第四安装座150的破碎锤400或者铣挖头修理硬岩隧道的周边轮廓，参见图18；

S50、后处理完成后进入步骤S10，如此循环。

在另一具体的实施例中，硬岩隧道非爆破施工方法包括以下步骤：

S10、利用多功能钻机的第一安装座120、第二安装座130和第三安装座140上的三个钻机200在硬岩隧道掌子面A上沿隧道的轮廓钻出临空面孔101，参见图19；

S20、利用多功能钻机的第一安装座120、第二安装座130和第三安装座140上的三个钻机200在硬岩隧道掌子面A上间隔钻出若干劈裂孔102，参见图20；

S30、利用安装在吊篮500内的劈裂机沿劈裂孔102劈裂掌子面A；

S40、后处理完成后进入步骤S10，如此循环。

本实施例与上述实施例相比，区别在于利用多功能钻机沿掌子面A上隧道的轮廓钻临空面孔101，可以省略掉利用破碎锤400或者铣挖头修理硬岩隧道的周边轮廓这一步骤，提高了工作效率。

上述两个实施例中，钻机200每一轮的钻孔深度为1.5m左右，进行第一轮钻孔施工后，利用装载机装渣，再进行下一轮钻孔施工，即重复步骤S10-S40；进行两轮钻孔施工后，钻孔深度达3m左右，此时为保证隧道内施工安全，装渣后还需要对隧道壁面进行支护、立拱、喷浆等后处理操作，然后再进入下一轮钻孔施工。

上述实施例中，多功能钻机中的三台钻机200所钻的孔均为环隙孔，洗孔介质为水，相对传统的水磨钻，采用实施例中的钻机200的专用的介质通道进水后，可以减少水的用量(一个小时只需要1立方米左右)。

上述实施例的硬岩隧道非爆破施工方法具有以下技术效果：

1、高效：机械成套化施工工艺，采用一台多功能钻机即可全部完成隧道掌子面A的隧道开挖工作；

2、安全：采用机械一体化施工，人员需求少(只需要2人操作多功能钻机)；

3、环保：水排渣无污染，钻机200的钻进通过电力驱动，无排放污染。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (10)

1.一种多功能钻机，其特征在于，包括：

车架，所述车架的前端且沿所述车架的宽度方向间隔设置有第一安装座、第二安装座和第三安装座，以及安装于车架上且位于所述第二安装座上方的第四安装座；

两个钻机，两个所述钻机分别通过一个钻臂安装于所述第一安装座和所述第三安装座上；

辅具，所述辅具通过工作臂安装于所述第二安装座上，所述辅具包括钻机、破碎锤或铣挖头；

吊篮，所述吊篮通过吊篮臂安装于所述第四安装座上，所述吊篮内可安装劈裂机。

2.根据权利要求1所述的多功能钻机，其特征在于，所述钻机包括：

减速机，所述减速机包括液压马达和与所述液压马达传动连接的空心主轴，所述空心主轴的一端安装有套设于所述空心主轴上的进水圈，所述进水圈内设有第一介质通道，所述进水圈的外壁上设有与所述第一介质通道连通的进水孔，所述空心主轴的轴壁内间隔设置有若干第二介质通道，所述第二介质通道的一端与所述第一介质通道连通；

钻孔装置，所述钻孔装置包括呈管状结构的钻筒和与所述钻筒的一端连接的钻头，所述钻筒远离所述钻头的一端与所述空心主轴远离所述进水圈的一端连接，所述钻筒的管壁内设有第三介质通道，所述第三介质通道的一端位于所述钻头处，当所述钻筒与所述空心主轴连接时，所述第三介质通道的另一端与所述第二介质通道远离所述第一介质通道的一端连通。

3.根据权利要求2所述的多功能钻机，其特征在于，所述进水圈的内壁环设有与所述进水孔连通的水槽，所述水槽与所述空心主轴的外壁之间形成所述第一介质通道，所述第二介质通道包括第二介质通道主体、位于所述空心主轴外壁且分别与所述第二介质通道主体连通的若干第一入水口和若干第一出水口，所述第一入水口与所述第一介质通道连通；所述钻筒的管壁内沿其周向间隔设有若干所述第三介质通道，所述第三介质通道包括第三介质通道主体、与所述第三介质通道主体连通的第二入水口和第二出水口，所述第二入水口设于所述钻筒的内壁并位于所述钻筒远离所述钻头的一端，所述第二出水口位于所述钻头处，当所述钻筒与所述空心主轴连接时，所述第二入水口与所述第一出水口连通。

4.根据权利要求3所述的多功能钻机，其特征在于，所述空心主轴包括主轴本体和与所述主轴本体远离所述进水圈的一端连接的主轴连接段，所述主轴连接段设有外螺纹；所述钻筒包括钻筒本体和与所述钻筒本体远离所述钻头的一端连接的钻筒连接段，所述钻筒连接段设有可与所述外螺纹旋接配合的螺纹孔。

5.根据权利要求4所述的多功能钻机，其特征在于，所述第三介质通道主体包括位于所述钻筒连接段的第一子通道和位于所述钻筒本体的第二子通道，所述第一子通道包括第一子通道主体、与所述第一子通道主体连通的所述第二入水口和第三出水口，所述第二入水口和所述螺纹孔均位于所述钻筒连接段的内壁，所述第三出水口设于所述钻筒连接段的内壁并邻近所述钻头，所述第二子通道包括第二子通道主体、与所述第二子通道主体连通的第三入水口和所述第二出水口，所述第三入水口位于所述钻筒本体的内壁且邻近所述钻筒本体靠近所述钻筒连接段的一端，所述第二出水口位于所述钻筒本体靠近所述钻头的一端。

6.根据权利要求5所述的多功能钻机，其特征在于，所述钻筒本体包括钻筒主体和若干盖板，所述钻筒主体的外壁沿其周向间隔设有若干凹槽结构，所述凹槽结构的长度沿所述钻筒主体的长度方向延伸，所述盖板焊接于所述凹槽结构的开口端，所述凹槽结构与所述盖板之间形成所述第二子通道主体。

7.根据权利要求2所述的多功能钻机，其特征在于，所述钻机还包括：

安装基座，所述安装基座包括基座、位于所述基座两端的侧板、位于所述基座两侧的第一导向杆和位于所述第一导向杆下方的第二导向杆，所述第一导向杆和所述第二导向杆的两端分别与其中一个所述侧板连接，所述减速机和所述钻头分别与其中一个所述侧板连接，所述减速机通过第一滑块与所述第一导向杆滑动连接；

两个第一油缸，两个所述第一油缸间隔安装于靠近所述减速机的侧板上并与所述减速机的安装壳体连接；

第二油缸，所述第二油缸一端固定于所述基座的下方，另一端与位于所述基座下方的安装座连接，所述安装座通过第二滑块与所述第二导向杆滑动连接；

回转减速机，所述回转减速机位于所述基座的下方并与所述安装座固定连接，且所述回转减速机通过连接件与所述钻臂连接。

8.一种硬岩隧道非爆破施工方法，其特征在于，利用权利要求1至7任一项所述的多功能钻机在硬岩隧道掌子面上钻临空面孔、劈裂孔并对掌子面进行劈裂，经过后处理后进入下一轮施工。

9.根据权利要求8所述的硬岩隧道非爆破施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、利用所述多功能钻机的所述第一安装座和所述第二安装座的两个所述钻机在硬岩隧道掌子面上钻出临空面孔，使所述临空面孔具有沿横向依次排布的第一临空面孔和沿竖向依次排布的第二临空面孔，且所述第二临空面孔位于所述第一临空面孔排布方向的中心线上；

S20、利用所述多功能钻机的所述第一安装座和所述第二安装座的两个所述钻机在硬岩隧道掌子面上间隔钻出若干劈裂孔；

S30、利用安装在所述吊篮内的劈裂机沿所述劈裂孔劈裂掌子面；

S40、利用安装在所述第四安装座的所述破碎锤或者铣挖头修理硬岩隧道的周边轮廓；

S50、后处理完成后进入步骤S10，如此循环。

10.根据权利要求8所述的硬岩隧道非爆破施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、利用所述多功能钻机的所述第一安装座、所述第二安装座和所述第三安装座上的三个所述钻机在硬岩隧道掌子面上沿隧道的轮廓钻出临空面孔；

S20、利用所述多功能钻机的所述第一安装座、所述第二安装座和所述第三安装座上的三个所述钻机在掌子面上间隔钻出若干劈裂孔；

S30、利用安装在所述吊篮内的劈裂机沿所述劈裂孔劈裂掌子面；

S40、后处理完成后进入步骤S10，如此循环。