CN112360478B - 一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机及施工方法 - Google Patents

一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机及施工方法,解决了现有技术中硬岩异型断面开挖工作效率低的问题。本发明异型硬岩掘进机,包括组合式刀盘和设置在盾体上的链锯机构,链锯机构的切割路径与组合式刀盘的开挖路径外切。优选地,所述链锯机构包括设置在盾体前部的链条支撑板和设置在盾体内部的驱动装置,链条支撑板上设有链锯,链锯与驱动装置相连接。本发明异型硬岩掘进机采用组合式刀盘与链锯机构相结合的开挖方式,进行先刀盘开挖再链锯修整开挖,提高开挖效率和开挖精度,避免断面拐角修整对设备造成的损害,提高了施工安全系数。

Description

一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机及施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域,特别是指一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机及施工方法。
背景技术
传统的隧道硬岩掘进机(TBM)采用的破岩方式为滚刀机械式剪切破岩,受破岩方式的影响,TBM掘进断面为圆形,但有些隧道要求断面为非圆断面,由于回转式开挖方式只能通过拟合修整的办法实现异型断面的开挖,修整时不仅操作复杂耗时长,也很容易在断面拐角处造成对设备的意外损坏,硬岩异型断面开挖一直是个难题。而采用链锯式施工的装置如申请号为CN201410125226.4的矿山井巷链锯式硬岩掘进机,采用液压链锯切割,巷道成型好,对围岩破坏小。但是上述技术方案不适于特定隧道轮廓的开挖,且与现有掘进机融合性差。如何利用链锯方式对硬岩异型断面开挖仍是本领域研究重点。
发明内容
针对上述背景技术中的不足,本发明提出一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机及施工方法,解决了现有技术中硬岩异型断面开挖工作效率低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的:一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,包括组合式刀盘和设置在盾体上的链锯机构,链锯机构的切割路径与组合式刀盘的开挖路径外切。
优选地,所述链锯机构包括设置在盾体前部的链条支撑板和设置在盾体内部的驱动装置,链条支撑板上设有链锯,链锯与驱动装置相连接。所述链条支撑板沿盾体分段设置,链条支撑板所在轮廓线为与组合式刀盘外轮廓线相配合的闭环线。
优选地,所述组合式刀盘包括行列式矩形组合刀盘或环形排列式圆形组合刀盘。其中,所述行列式矩形组合刀盘包括若干个行列小刀盘,行列小刀盘与设置在盾体内的刀盘驱动一一对应,所述行列小刀盘成m×n矩阵排列,m为矩阵的行数,n为矩阵的列数,m≥1,n≥1。所述链锯机构分布在行列式矩形组合刀盘的四周,且与行列小刀盘相切设置。
优选地,所述环形排列式圆形组合刀盘包括中心大刀盘和外缘小刀盘,中心大刀盘与设置在盾体内的主驱动相连接,外缘小刀盘与设置在盾体内的副驱动相连接,外缘小刀盘成环形均匀分布在中心大刀盘的外侧。所述链锯机构分布在环形排列式圆形组合刀盘的外圆周,且与外缘小刀盘相切设置。
异型硬岩掘进机还包括设置在盾体内的清渣系统;所述清渣系统包括设置在盾体下部的进渣盘和出渣皮带,进渣盘的进渣端与组合式刀盘相对应,进渣盘的出渣端与出渣皮带对应。
一种所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机的施工方法,其特征在于:步骤如下:S1:根据设计的隧道轮廓,选择载有相应组合式刀盘的异型硬岩掘进机;S2:异型硬岩掘进机在施工过程中,组合式刀盘先对掌子面进行剪切式开挖,实现隧道轮廓的粗开挖;S3:在步骤S2施工过程中,链锯机构进行同步工作,对组合式刀盘开挖盲区进行锯式开挖,实现对隧道轮廓的细开挖;S4:在步骤S2和S3中,产生的渣土经盾体内的清渣系统排出。
本发明异型硬岩掘进机采用组合式刀盘与链锯机构相结合的开挖方式,进行先刀盘开挖再链锯修整开挖,提高开挖效率和开挖精度,避免断面拐角修整对设备造成的损害,提高了施工安全系数。本发明的施工方法简单,通过采用不同形式的组合式刀盘能对矩形、类矩形隧道或圆形、类圆形隧道开挖,与现有掘进机配合,扩大适用工况范围,是异型断面隧道开挖的一大创新,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为本发明行列式矩形组合刀盘主视示意图。
图2为图1中A-A向视图。
图3为本发明环形排列式圆形组合刀盘主视示意图。
图4为图3中B-B向视图。
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、2所示,实施例1,一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,包括组合式刀盘1和设置在盾体3上的链锯机构2,链锯机构位于组合式刀盘的后部,组合式刀盘先对掌子面进行剪切开挖,然后链锯机构再对掌子面(主要是组合式开挖刀盘的开挖盲区)进行锯切开挖,以实现对隧道轮廓的高精度开挖。链锯机构2的切割路径与组合式刀盘1的开挖路径外切,以满足对整个掌子面一次成型开挖。所述异型硬岩掘进机还包括设置在盾体3内的清渣系统,盾体内还设有常规掘进机的推进系统、电气系统、拼装系统等,实现对隧道的完成开挖支护。所述清渣系统包括设置在盾体3下部的进渣盘4和出渣皮带5,进渣盘4的进渣端与组合式刀盘1相对应,进渣盘4的出渣端与出渣皮带5相对应。即组合式刀盘开挖过程中产生的渣土经出渣口进入进渣盘,然后经出渣皮带输送排出。
进一步,所述链锯机构2包括设置在盾体3前部的链条支撑板201和设置在盾体3内部的驱动装置203,驱动装置可采用电机,电机的输出端设有链轮,链条支撑板201上设有链锯202,链锯202与驱动装置203的链轮啮合。驱动装置通过链轮带动链锯沿链条支撑板转动,对掌子面进行锯切开挖。所述链条支撑板201沿盾体3分段设置,链条支撑板在矩形隧道中开挖时,采用直板;在圆形或类圆形隧道中开挖时,采用弧形板,使链条支撑板201所在轮廓线为与组合式刀盘1外轮廓线相配合的闭环线,对隧道进行高精度轮廓开挖。
进一步,所述组合式刀盘1包括行列式矩形组合刀盘或环形排列式圆形组合刀盘。行列式矩形组合刀盘适用于矩形或类矩形隧道开挖,环形排列式圆形组合刀盘适用于圆形或类圆形隧道开挖。其中,所述行列式矩形组合刀盘包括若干个行列小刀盘101a,行列小刀盘101a与设置在盾体3内的刀盘驱动102a一一对应,即一个刀盘驱动带动一个行列小刀盘,提供足够的动力进行掌子面的剪切开挖。所述行列小刀盘101a成m×n矩阵排列,m为矩阵的行数,n为矩阵的列数,m≥1,n≥1。根据开挖轮廓和行列小刀盘的直径,选择合适的阵列,一般可采用3×4矩形或4×4矩阵。且行列小刀盘可采用直径相同的刀盘也可采用直径不同的刀盘。优选地,所述链锯机构2分布在行列式矩形组合刀盘的四周,且与行列小刀盘101a相切设置,即采用4个链锯机构,分别与组合式刀盘的四边配合,对行列小刀盘未开挖到的盲区进行锯切开挖,完成矩形或类矩形轮廓隧道开挖、修整同步进行,提高施工效率。
如图3、4所示,实施例2,一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,当开挖圆形或类圆形隧道时,采用环形排列式圆形组合刀盘。所述环形排列式圆形组合刀盘包括一个中心大刀盘101b和若干个外缘小刀盘102b,中心大刀盘101b与设置在盾体3内的主驱动103b相连接,为中心刀盘提供旋转动力。外缘小刀盘102b与设置在盾体3内的副驱动104b一一对应连接,为外缘小刀盘提供旋转动力,外缘小刀盘102b成环形均匀分布在中心大刀盘101b的外侧,且与中心大刀盘的开挖轮廓外切。优选地,所述链锯机构2分布在环形排列式圆形组合刀盘的外圆周,且与外缘小刀盘102b相切设置。即链锯机构采用多个,以附图3为例,采用8个链锯机构,链锯机构位于相邻两个外缘小刀盘之间且与其相切,对外缘小刀盘未开挖到的盲区进行锯切开挖,完成圆形或类圆形轮廓隧道开挖、修整同步进行,提高施工效率。
其他结构与实施例1相同。
实施例3:一种如实施例1或2所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机的施工方法,其特征在于:步骤如下:S1:根据设计的隧道轮廓,选择载有相应组合式刀盘1的异型硬岩掘进机;矩形或类矩形轮廓隧道开挖时,采用行列式矩形组合刀盘,圆形或类圆形(马蹄形)轮廓隧道开挖时,环形排列式圆形组合刀盘;
S2:异型硬岩掘进机在施工过程中,组合式刀盘1先对掌子面进行剪切式开挖,实现隧道轮廓的粗开挖;即通过刀盘对掌子面进行大面积开挖;
S3:在步骤S2施工过程中,链锯机构2进行同步工作,对组合式刀盘1开挖盲区进行锯式开挖,实现对隧道轮廓的细开挖;即通过链锯机构的链锯对组合式刀盘未开挖到的盲区进行锯切开挖,用于隧道轮廓的高效修整,实现开挖、修整同步进行,提高开挖效率。
S4:在步骤S2和S3中,产生的渣土经盾体3内的清渣系统排出。
通过上述方法对异型断面隧道开挖,与现有掘进机融合性好,进行先刀盘开挖再链锯修整的掘进方式,大大提高开挖效率和开挖精度,避免断面拐角修整对设备造成的损害,提高了施工安全系数。
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 (8)

1.一种锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,其特征在于:包括组合式刀盘(1)和设置在盾体(3)上的链锯机构(2),链锯机构(2)的切割路径与组合式刀盘(1)的开挖路径外切;链锯机构位于组合式刀盘的后部,组合式刀盘先对掌子面进行剪切开挖;
所述链锯机构(2)包括设置在盾体(3)前部的链条支撑板(201)和设置在盾体(3)内部的驱动装置(203),链条支撑板(201)上设有链锯(202),链锯(202)与驱动装置(203)相连接;
所述链条支撑板(201)沿盾体(3)分段设置,链条支撑板(201)所在轮廓线为与组合式刀盘(1)外轮廓线相配合的闭环线。
2.根据权利要求1所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,其特征在于:所述组合式刀盘(1)包括行列式矩形组合刀盘或环形排列式圆形组合刀盘。
3.根据权利要求2所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,其特征在于:所述行列式矩形组合刀盘包括若干个行列小刀盘(101a),行列小刀盘(101a)与设置在盾体(3)内的刀盘驱动(102a)一一对应,所述行列小刀盘(101a)成m×n矩阵排列,m为矩阵的行数,n为矩阵的列数,m≥1,n≥1。
4.根据权利要求3所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,其特征在于:所述链锯机构(2)分布在行列式矩形组合刀盘的四周,且与行列小刀盘(101a)相切设置。
5.根据权利要求2所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,其特征在于:所述环形排列式圆形组合刀盘包括中心大刀盘(101b)和外缘小刀盘(102b),中心大刀盘(101b)与设置在盾体(3)内的主驱动(103b)相连接,外缘小刀盘(102b)与设置在盾体(3)内的副驱动(104b)相连接,外缘小刀盘(102b)成环形均匀分布在中心大刀盘(101b)的外侧。
6.根据权利要求5所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,其特征在于:所述链锯机构(2)分布在环形排列式圆形组合刀盘的外圆周,且与外缘小刀盘(102b)相切设置。
7.根据权利要求1~6任一项所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机,其特征在于:还包括设置在盾体(3)内的清渣系统;所述清渣系统包括设置在盾体(3)下部的进渣盘(4)和出渣皮带(5),进渣盘(4)的进渣端与组合式刀盘(1)相对应,进渣盘(4)的出渣端与出渣皮带(5)相对应。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的锯剪复合破岩的异型硬岩掘进机的施工方法,其特征在于:步骤如下:S1:根据设计的隧道轮廓,选择载有相应组合式刀盘(1)的异型硬岩掘进机;
S2:异型硬岩掘进机在施工过程中,组合式刀盘(1)先对掌子面进行剪切式开挖,实现隧道轮廓的粗开挖;
S3:在步骤S2施工过程中,链锯机构(2)进行同步工作,对组合式刀盘(1)开挖盲区进行锯式开挖,实现对隧道轮廓的细开挖;
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