CN111005734A - 一种中心超前勘探式硬岩掘进机 - Google Patents

一种中心超前勘探式硬岩掘进机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中心超前勘探式硬岩掘进机,解决了现有技术中TBM刀盘无法超前开挖、超前勘探、中心滚刀易损坏的问题。本发明包括设置在护盾前部的刀盘本体,所述刀盘本体的中心处设有内环筒,内环筒内贯穿有勘探钻机,刀盘本体的前面板上设有刀具,刀盘本体的外边缘设有出渣口,出渣口与出渣系统相对应,内环筒的外边缘设有中心环形刮刀。本发明采用勘探钻机取代中心滚刀,通过中心勘探钻机超前掘进和勘探,保障TBM安全、高效掘进;勘探钻机的超前开挖距离可调,以适用于不同地质环境,配合中心环形刮刀和滚刀,实现多状态开挖,提高TBM刀盘开挖的灵活性,具有较高的推广价值。

Description

一种中心超前勘探式硬岩掘进机
技术领域
本发明涉及掘进机技术领域,特别是指一种中心超前勘探式硬岩掘进机。
背景技术
硬岩隧道掘进机(TBM)广泛运用于当前隧道工程,其主要依靠刀盘旋转带动盘形滚刀滚压岩石实现掘进作业。盘形滚刀依据安装位置不同分为中心滚刀、正滚刀和边缘滚刀。中心滚刀安装半径较小,其侧向滑移作用明显,中心滚刀易于异常损坏。同时TBM隧道施工环境极其恶劣,尤其是在深埋长隧环境下,难以对前方地质情况进行准确地超前勘探,由于高地应力、软弱围岩大变形等不良地质,采用TBM施工面临TBM卡机、岩爆等工程挑战,严重影响施工安全和效率。
现有的申请号为201910156417.X、专利名称为一种超前掘进释放地质应力的双刀盘TBM是通过二级刀盘进行超前掘进,但是其不适用于小直径隧道开挖,无法进行超前勘探,且超前开挖距离固定,中心区域仍采用传统滚刀破岩方式。
发明内容
针对上述背景技术中的不足,本发明提出一种中心超前勘探式硬岩掘进机,解决了现有技术中TBM刀盘无法超前开挖、超前勘探、中心滚刀易损坏的问题。
本发明的技术方案是这样实现的:一种中心超前勘探式硬岩掘进机,包括设置在护盾前部的刀盘本体,所述刀盘本体的中心处设有内环筒,内环筒内贯穿有勘探钻机,刀盘本体的前面板上设有刀具,刀盘本体的外边缘设有出渣口,出渣口与出渣系统相对应,内环筒的外边缘设有中心环形刮刀。
所述刀具为滚刀,滚刀刀刃的设置方向与刀盘本体转动方向相同。
所述刀盘本体的中心处设有通孔,内环筒固定设置在通孔内,且内环筒的中心轴线与刀盘本体的中心轴线重合。
所述勘探钻机包括钻头和壳体,壳体的一端与钻头相连接、另一端通过伸缩件与刀盘本体或与设置在护盾内的主梁相连接,钻头与设置在壳体内的动力机构相连接。
所述壳体为锥形壳体,锥形壳体的大头端与钻头相连接,锥形壳体内设有监测系统,监测系统与TBM的主控室相连接。
所述勘探钻机超前开挖距离为1~10m。
本发明采用勘探钻机进行超前开挖,进而提前释放了岩石应力,避免了卡机、岩爆等风险,同时对前方地质情况进行超前探测,提前采取处理措施。随后勘探钻机收回至刀盘本体内部,中空式的刀盘本体转动通过滚刀进行破岩。由于超前开挖提供了破岩临空面,刀盘开挖效率提升。同时,刀盘内环筒边缘中心环形刮刀随着刀盘转动,对临近岩石其辅助破坏作用,提升刀盘破岩能力。本发明采用勘探钻机取代中心滚刀,通过中心勘探钻机超前掘进和勘探,保障TBM安全、高效掘进;勘探钻机的超前开挖距离可调,以适用于不同地质环境,配合中心环形刮刀和滚刀,实现多状态开挖,提高TBM刀盘开挖的灵活性,具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中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为本发明勘探钻机伸出状态示意图。
图2为本发明刀盘主视示意图。
图3为本发明勘探钻机收回状态示意图。
图4为采用其他形式钻机替代中心滚刀进行超前掘进工作状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示,实施例1,一种中心超前勘探式硬岩掘进机,包括设置在护盾6前部的刀盘本体1,护盾6内设有主梁7,为装置的支撑部件。所述刀盘本体1的中心处固定设有内环筒8,内环筒8内贯穿有勘探钻机5,勘探钻机5的固定端设置在护盾内,勘探钻机5向前穿过内环筒伸出刀盘本体1。刀盘本体1的前面板上设有刀具2,用于开挖掌子面。刀盘本体1的外边缘设有出渣口3,出渣口3与出渣系统相对应,开挖下的渣土经出渣口进入出渣系统,实现排渣。内环筒8的外边缘设有中心环形刮刀4,中心环形刮刀随着刀盘转动,对临近岩石其辅助破坏作用,提升刀盘破岩能力。
优选地,所述刀具2为滚刀,滚刀均匀分布在刀盘本体的前面板上,滚刀刀刃的设置方向与刀盘本体1转动方向相同,提高切削效率。所述刀盘本体1的中心处设有通孔,内环筒8固定设置在通孔内,且内环筒8的中心轴线与刀盘本体1的中心轴线重合。刀盘本体在主驱动的作用下转动,内环筒及中心环形刮刀随刀盘本体进行同步转动,配合滚刀共同挖掘掌子面,提高开挖效率。
如图1、3所示,实施例2,一种中心超前勘探式硬岩掘进机,所述勘探钻机5包括钻头501和壳体502,壳体502的一端与钻头501相连接、另一端通过伸缩件503与刀盘本体1或主梁7相连接,伸缩件可采用伸缩油缸,带动钻头501和壳体502的伸缩,实现勘探钻机5的伸出与收回。壳体内部集成传动机构、传感系统等,后部线路通过护盾和主梁内部连接至主控室。钻头501与设置在壳体502内的动力机构相连接,钻头通过液压泵站提供动力进行旋转和掘进,由主控室进行参数控制。所述壳体502为锥形壳体,锥形壳体的大头端与钻头501相连接,便于勘探钻机整体向前钻进,同时便于收回至刀盘本体内。锥形壳体内设有监测系统,监测系统与TBM的主控室相连接,监测系统可包括监测仪和传感系统,对前方地质进行超前勘探,并把地质参数如硬度、强度等信号传递给主控室进行分析处理。
进一步,所述勘探钻机5超前开挖距离为1~10m。勘探钻机穿过中空式刀盘中心对前方岩石进行超前开挖,同时对前方地质情况进行勘探,超前开挖距离可根据地质情况确定。勘探钻机通过超前开挖,通过提前释放了岩石应力,避免了卡机、岩爆等风险,同时对前方地质情况进行超前探测,提前采取处理措施。随后勘探钻机收回至刀盘本体内部,中空式的刀盘本体转动通过滚刀进行破岩。由于超前开挖提供了破岩临空面,刀盘开挖效率提升。同时,刀盘内环筒边缘中心环形刮刀随着刀盘转动,对临近岩石其辅助破坏作用,提升刀盘破岩能力。
如图4所示,勘探钻机也可采用潜孔钻机、水平定向钻机、锚杆钻机等。勘探钻机代替中心滚刀,可进行独立作业,勘探钻机替换中心滚刀数量根据钻机钻孔直径确定。中心勘探钻机和刀盘独立作业,先通过中心勘探钻机进行超前开挖和地质勘探,提前释放了岩石应力,提供刀盘破岩临空面,再通过刀盘进行掘进作业,避免了卡机、岩爆等风险,提升破岩效率。
其他结构与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种中心超前勘探式硬岩掘进机,包括主机和后配套,主机包括设置在护盾(6)前部的刀盘本体(1),其特征在于:所述刀盘本体(1)的中心处设有内环筒(8),内环筒(8)内贯穿有勘探钻机(5),刀盘本体(1)的前面板上设有刀具(2),刀盘本体(1)的外边缘设有出渣口(3),出渣口(3)与出渣系统相对应,内环筒(8)的外边缘设有中心环形刮刀(4)。
2.根据权利要求1所述的中心超前勘探式硬岩掘进机,其特征在于:所述刀具(2)为滚刀,滚刀刀刃的设置方向与刀盘本体(1)转动方向相同。
3.根据权利要求1所述的中心超前勘探式硬岩掘进机,其特征在于:所述刀盘本体(1)的中心处设有通孔,内环筒(8)固定设置在通孔内,且内环筒(8)的中心轴线与刀盘本体(1)的中心轴线重合。
4.根据权利要求1~3任一项所述的中心超前勘探式硬岩掘进机,其特征在于:所述勘探钻机(5)包括钻头(501)和壳体(502),壳体(502)的一端与钻头(501)相连接、另一端通过伸缩件(503)与刀盘本体(1)或与设置在护盾(6)内的主梁(7)相连接,钻头(501)与设置在壳体(502)内的动力机构相连接。
5.根据权利要求4所述的中心超前勘探式硬岩掘进机,其特征在于:所述壳体(502)为锥形壳体,锥形壳体的大头端与钻头(501)相连接,锥形壳体内设有监测系统,监测系统与TBM的主控室相连接。
6.根据权利要求1或5所述的中心超前勘探式硬岩掘进机,其特征在于:所述勘探钻机(5)超前开挖距离为1~10m。
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