CN112431598B - 一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置及方法，针对本发明切割装置来说，包括：一个中心旋转轴；还包括分布于中心旋转轴上的可伸缩的液压器；液压器上设置有铣刀；中心旋转轴连接在用于密封围岩钻孔的密封盖上，液压器由一个控制器控制伸缩，控制器还控制中心旋转轴转动。针对本发明切割方法来说，具体包括如下步骤：S1：在围岩断面上开设钻孔，并朝钻孔内插入上述切割装置，并使用密封盖密封钻孔；S2：操作控制器，控制液压器伸长，使铣刀能够触碰围岩内部，再操作控制器，使中心旋转轴转动，进行围岩内部切割扩孔；S3：重复步骤S2，直至完成围岩内部切割扩孔工序。本发明能够扩挖断面，旋转切割并延长切割半径。

Description

一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置及方法

技术领域

本发明涉及一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置。

本发明还涉及上述切割装置的切割方法。

背景技术

随着我国经济的不断发展，人口不断增多，道路交通日益拥堵，当面临已有隧道容量不足需要扩建或既有隧道改建时，往往由于隧道临近结构物的限制，缺乏新建隧道的空间，不得不采用原位改扩建的技术。

而在既有隧道的改扩建时，扩挖断面的时效性是其中的重难点之一，传统方式的原位扩挖大多数为整个断面的支撑或使用工字钢焊接对较小部分挖围岩进行支撑，再进行对扩挖断面的爆破，支撑和出渣等步骤，对于再次支撑会浪费很多人力物力，并且在爆破过程中势必会对围岩整体的结构进行较大的扰动，会导致整体结构产生不稳定性，加大了施工的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，在进行断面开挖时，能够扩挖断面，旋转切割围岩内部，切割时，能延长切割半径，进行扩孔开挖。

本发明的另一个目的是提供一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割方法，其能够使用上述装置，能够扩挖断面，旋转切割围岩内部，切割时，能延长切割半径，进行扩孔开挖。

针对本发明切割装置来说，包括：中心旋转轴；还包括分布于中心旋转轴上的可伸缩的液压器；液压器上设置有铣刀；中心旋转轴连接在用于密封围岩钻孔的密封盖上，液压器由一个控制器控制伸缩，控制器还控制中心旋转轴转动。

液压器可以带动铣刀伸长，铣刀伸长后可由中心旋转轴带动旋转，以切割围岩内部，该装置有效地提高了施工效率，是一种全新自动化的围岩切割装置。

作为本发明切割装置进一步的改进，密封盖上设置有能透气的水蒸气发生器，水蒸气发生器与铣刀位于密封盖的同一侧，密封盖上开孔并外接水蒸气导入器，水蒸气导入器通过导管将水蒸气导入到水蒸气发生器中。

水蒸气发生器可以湿润围岩内部，且气体能够冲击围岩内部，增大围岩缝隙，利于切割。

作为本发明切割装置进一步的改进，密封盖上设置有能透气的保护壳；保护壳与水蒸气发生器位于密封盖的同一侧，保护壳与水蒸气发生器之间放置有破碎剂。

在进行断面扩挖时，利用破碎剂与水蒸气充分接触后形成的膨胀性气体，可以极大地提高围岩的冲击性和破碎性，且在围岩内部，铣刀旋转性切割，能够更有效地使围岩体破碎，让围岩体松散，自动掉落，不仅提高开挖时的安全性和效率性，而且自动化的控制技术也极大地缩减了开挖步骤。

作为本发明切割装置进一步的改进，水蒸气发生器沿中心旋转轴轴向分布，并设置有安装孔与可伸缩的液压器滑动配合，沿水蒸气发生器轴向设置间隔均匀的，用于排气的多个孔洞，水蒸气发生器与中心旋转轴同步转动。

可伸缩液压器可从安装孔中伸出和缩回，孔洞增强气体的冲击强度，有利于气体冲击围岩内部。

作为本发明切割装置进一步的改进，保护壳沿水蒸气发生器轴向分布，并设置有切割孔供铣刀伸出，保护壳与中心旋转轴同步转动。

铣刀可经切割孔伸出，轴向分布的保护壳，可以增大气体流经范围。

作为本发明切割装置进一步的改进，密封盖为台阶状，其包括与中心旋转轴同轴连接的第一级台阶，用于连接第一级台阶的中间一级台阶，和用于密封钻孔的最后一级台阶；第一级台阶可在密封盖上发生转动，由控制器控制，带动中心旋转轴旋转，保护壳和水蒸气发生器皆安装在第一级台阶上。

第一级台阶发生转动，可带动中心旋转轴、保护壳和水蒸气发生器旋转，最后一级台阶可以密封钻孔，保持稳定。

作为本发明切割装置进一步的改进，液压器沿中心旋转轴交错排列，便于增大切割范围。

作为本发明切割装置进一步的改进，水蒸气发生器为空心圆柱体碳纤维钢管；铣刀为3头铣刀；中心旋转轴为碳纤维实心厚圆柱体，直径在300mm～500mm之间；切割孔大小为铣刀顶部尺寸的1～1.5倍；围岩钻孔的形式为倒“V”字形。

碳纤维具有强度高、密度小、熔点高、不易导电、化学稳定性好等一系列特点，对整个装置的稳定性起到很大作用；3头铣刀旋转切割效果更好；倒“V”字型提高对围岩整体的破碎性。

针对本发明切割方法来说，具体包括如下步骤：

S1：在围岩断面上开设钻孔，并朝钻孔内上述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，并使用密封盖密封钻孔；

S2：操作控制器，控制液压器伸长，使铣刀能够触碰围岩内部，再操作控制器，使中心旋转轴转动，进行围岩内部切割扩孔；

S3：重复步骤S2，直至完成围岩内部切割扩孔工序。

作为本发明切割方法进一步的改进，在切割装置插入钻孔之前，安装水蒸气发生器，水蒸气发生器与铣刀位于密封盖的同一侧，安装能透气的保护壳，保护壳与水蒸气发生器位于密封盖的同一侧，保护壳与水蒸气发生器之间放置破碎剂，在切割装置插入钻孔后，密封盖上开孔并外接水蒸气导入器，先通过水蒸气导入器将水蒸气导入到水蒸气发生器中，由导入的水蒸气与破碎剂结合，形成膨胀性气体，冲击围岩内部。

将水蒸气发生器内的水蒸气沿孔洞散溢，水蒸气与保护壳和水蒸气发生器之间的破碎剂相接触，二者反应后产生大量的膨胀性气体，由于密封盖将整个装置很好的密封在围岩体的内部，所产生的膨胀性气体对围岩进行膨胀挤压破碎，待破碎一定程度后，调整液压器的高度及中心旋转轴的转速对围岩体进行切割，使围岩自动脱落。

本发明提出一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，在进行断面扩挖时，利用固体物质，如破碎剂，与水蒸气充分接触后形成膨胀性气体，可以极大地提高围岩的冲击性和破碎性，且在围岩内部，3头铣刀的旋转性切割，能够更有效地使围岩体破碎，让围岩体松散，自动掉落，不仅提高开挖时的安全性和效率性，而且自动化的控制技术极大地缩减了开挖步骤。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的部分结构示意图。

图3为本发明的开孔设置方式。

附图标记：1、中心旋转轴；2、液压器；3、铣刀；4、水蒸气发生器；5、孔洞；6、保护壳；7、切割孔；8、密封盖；9、控制器；10、水蒸气导入器。

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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、 “上”、“下”、 “左”、 “右”、 “竖直”、“水平”、 “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，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、 “第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、 “相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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。

实施例1

图1-3示出了本发明的在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，包括：一个中心旋转轴1；还包括分布于中心旋转轴1上的可伸缩的液压器2；液压器2上设置有铣刀3；中心旋转轴1连接在用于密封围岩钻孔的密封盖8上，液压器2由一个控制器9控制伸缩，控制器9还控制中心旋转轴1转动。

液压器2可以带动铣刀3伸长，铣刀3伸长后可由中心旋转轴1带动旋转，以切割围岩内部，该装置有效地提高了施工效率，是一种全新自动化的围岩切割装置。

在本实施例中，密封盖8上设置有能透气的水蒸气发生器4，水蒸气发生器4与铣刀3位于密封盖8的同一侧，密封盖8上开孔并外接水蒸气导入器10，水蒸气导入器10通过导管将水蒸气导入到水蒸气发生器4中。

水蒸气发生器4可以湿润围岩内部，且导入的水蒸气能够有效地冲击围岩内部，增大围岩缝隙，利于切割。

在本实施例中，密封盖8上设置有能透气的保护壳6；保护壳6与水蒸气发生器4位于密封盖8的同一侧，保护壳6与水蒸气发生器4之间放置有破碎剂。

在进行断面扩挖时，利用破碎剂与水蒸气充分接触后形成的膨胀性气体，可以极大地提高围岩的冲击性和破碎性，且在围岩内部，铣刀3旋转性切割，能够更有效地使围岩体破碎，让围岩体松散，自动掉落，不仅提高开挖时的安全性和效率性，而且自动化的控制技术也极大地缩减了开挖步骤。

在本实施例中，水蒸气发生器4沿中心旋转轴1轴向分布，并设置有安装孔与所述可伸缩的液压器2滑动配合，沿水蒸气发生器4轴向设置间隔均匀的，用于排气的多个孔洞5，水蒸气发生器4与中心旋转轴1同步转动。

可伸缩的液压器2可从安装孔中伸出和缩回，孔洞5增强气体的冲击强度，有利于气体冲击围岩内部。

在本实施例中，保护壳6沿水蒸气发生器4轴向分布，并设置有切割孔7供铣刀3伸出，所述保护壳6与所述中心旋转轴1同步转动。

铣刀3可经切割孔7伸出，轴向分布的保护壳6，可以增大气体流经范围。

在本实施例中，密封盖8为台阶状，其包括与中心旋转轴1同轴连接的第一级台阶，用于连接第一级台阶的中间一级台阶，和用于密封钻孔的最后一级台阶；第一级台阶可在密封盖8上发生转动，由控制器9控制，带动中心旋转轴1旋转，保护壳6和水蒸气发生器4皆安装在第一级台阶上。

第一级台阶发生转动，可带动中心旋转轴1、水蒸气发生器4和保护壳6旋转，最后一级台阶可以密封钻孔，保持结构的稳定和提高整体密封性。第一级台阶可由同轴连接的驱动轴及相应的驱动电机驱动旋转，驱动电机可由遥控器9控制。

在本实施例中，液压器2沿中心旋转轴1交错排列，便于增大切割范围。

在本实施例中，水蒸气发生器4为空心圆柱体碳纤维钢管；铣刀3为3头铣刀；中心旋转轴1为碳纤维实心厚圆柱体，直径在300mm～500mm之间；切割孔7大小为铣刀3顶部尺寸的1～1.5倍；围岩钻孔的形式为倒“V”字形。

碳纤维具有强度高、密度小、熔点高、不易导电、化学稳定性好等一系列特点，对整个装置的稳定性起到很大作用；3头铣刀旋转切割效果更好；倒“V”字型提高对围岩整体的破碎性。

实施例2

本发明还涉及切割方法，具体包括如下步骤：

S1：在围岩断面上开设钻孔，并朝钻孔内插入上述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，并使用密封盖8密封钻孔；

S2：操作控制器9，控制液压器2伸长，使铣刀3能够触碰围岩内部，再操作控制器9，使中心旋转轴1转动，进行围岩内部切割扩孔；

S3：重复步骤S2，直至完成围岩内部切割扩孔工序。

在本实施例中，在切割装置插入钻孔之前，安装水蒸气发生器4，水蒸气发生器4与铣刀3位于密封盖8的同一侧，安装能透气的保护壳6，保护壳6与水蒸气发生器4位于密封盖8的同一侧，保护壳6与水蒸气发生器4之间放置破碎剂，在切割装置插入钻孔后，先通过水蒸气导入器10将水蒸气导入到水蒸气发生器4中，由导入的水蒸气与破碎剂结合，形成膨胀性气体，冲击围岩内部。

将水蒸气发生器4内的水蒸气沿孔洞散溢，且导入的水蒸气与破碎剂相接触，二者反应后产生大量的膨胀性气体，由于密封盖8将整个装置很好的密封在围岩体的内部，所产生的膨胀性气体对围岩进行膨胀挤压破碎，待破碎一定程度后，调整液压器2的高度及中心旋转轴1的转速对围岩体进行切割，使围岩自动脱落。

本发明提出一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，在进行断面扩挖时，利用固体物质，如破碎剂，与水蒸气充分接触后形成膨胀性气体，可以极大地提高围岩的冲击性和破碎性，且在围岩内部，3头铣刀3的旋转性切割，能够更有效地使围岩体破碎，让围岩体松散，自动掉落，不仅提高开挖时的安全性和效率性，而且自动化的控制技术极大地缩减了开挖步骤。

实施例3

图1示出了一种用于在建隧道小断面扩挖的围岩内部切割装置，该装置包括中心旋转轴1、液压器2、3头铣刀3、水蒸气发生器4、孔洞5、保护壳6、切割孔7、密封盖8、控制器9和水蒸气导入器10。所述中心旋转轴1的底端设置有螺旋型连接口；所述液压器2沿中心旋转轴1交错阵列，且3头铣刀3与液压器2顶端相固定；所述发生器2与保护壳6在铣刀3交错位置处均设有孔洞和切割孔，在该装置的底端将密封盖8与中心旋转轴1的第一级台阶的螺旋接口紧密相连。该装置有效地提高了施工效率，是一种全新自动化的围岩切割装置。

实施例4

本发明公开了一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，包括中心旋转轴1、液压器2、3头铣刀3、水蒸气发生器4、孔洞5、保护壳6、切割孔7、密封盖8、控制器9和水蒸气导入器10，中心旋转轴1位于整体中心位置，液压器2在中心旋转轴上紧密交错排列；液压器2和3头铣刀3通过高强螺栓相栓接；水蒸气发生器4与将中心旋转轴1包裹在内，且水蒸气发生器4上设有孔洞5；保护壳6位于整个装置的最外部，且上面设有孔洞5和切割孔7；密封盖8的第一级台阶与中心旋转轴1进行螺纹连接；控制器9控制中心旋转轴1的旋转速率与液压器2的升降高度。

在本实施例中，中心旋转轴1为碳纤维钢制成的实心厚圆柱体。

在本实施例中，液压器2设有升降调节功能，且在中心旋转轴1双侧紧密交错排列。

在本实施例中，3头铣刀3底端与液压器2通过焊接进行连接。

在本实施例中，水蒸气发生器4为空心碳纤维薄壁圆柱体，且直径为中心旋转轴1的3～5倍。

在本实施例中，孔洞5与3头铣刀3一一整齐对应，且大小相适。

在本实施例中，保护壳6位于整体结构的最外侧，切割孔7同样与3头铣刀3位置一一对应，且切割孔的大小为3头铣刀顶部尺寸的1～1.5倍。

在本实施例中，密封盖8为“台阶状”，且在顶端位置设有与中心旋转轴1相匹配的连接螺孔。

在本实施例中，控制器9设有中心旋转轴1与液压器2的调节按钮。

在本实施例中，水蒸气导入器10将水蒸气导入到水蒸气发生器4中。

实施例5

本发明提出一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，在进行断面扩挖时，利用固体物质，如破碎剂，与水蒸气充分接触后形成的膨胀性气体，可以极大地提高围岩的冲击性和破碎性，且在围岩内部3头铣刀3的旋转性切割，能够更有效地使围岩体破碎，让围岩体松散，自动掉落，不仅提高开挖时的安全性和效率性，而且自动化的控制技术极大地缩减了开挖步骤。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，包括中心旋转轴1、液压器2、3头铣刀3、水蒸气发生器4、孔洞5、保护壳6、切割孔7、密封盖8、控制器9和水蒸气导入器10。所述中心旋转轴1的底端设置有螺旋型连接口；液压器2沿中心旋转轴1交错阵列，且3头铣刀3与液压器2顶端相固定；所述水蒸气发生器4与保护壳6在铣刀3交错位置处均设有孔洞5和切割孔7，在该装置的底端将密封盖8与中心旋转轴1的第一级台阶的螺旋接口紧密相连。

在本实施例中，中心旋转轴1为碳纤维实心厚圆柱体，且直径宜在300mm～500mm之间。碳纤维具有强度高、密度小、熔点高、不易导电、化学稳定性好等一系列特点，对整个装置的稳定性起到很大作用。

在本实施例中，液压器2沿中心旋转轴1紧密交错排列，且二者通过高强螺栓相接。

在本实施例中，所述3头铣刀3与液压器2一一对应，3头铣刀3通过焊接的方式与液压器2顶端相焊接。

在本实施例中，所述水蒸气发生器4为空心碳纤维圆柱体钢管，对内部结构呈现“包裹”趋势，且发生器上设有孔洞，孔洞大小略大于3头铣刀3主体结构的直径。

在本实施例中，保护壳6为碳纤维空心薄壳体结构，起到对整体装置的保护作用，且上面设置的切割孔7大小宜为3头铣刀3顶部尺寸的1～1.5倍。

在本实施例中，密封盖8为“台阶状”，且在顶端位置设有与中心旋转轴1相匹配的连接螺孔，密封盖8加强了整个装置的密封性，有利于提高气体对围岩体的破碎程度。

在本实施例中，控制器9可调节中心旋转轴1的转速和液压器2的升降，有利于提高对围岩破碎程度的掌握性。

在本实施例中，水蒸气导入器10将水蒸气导入到水蒸气发生器4中。

在本实施例中，整个装置自动化地对围岩内部进行切割，极大地提高了小断面围岩开挖的效率，且很好的对隧道整体结构稳定性进行了保护。

本装置包括中心旋转轴1、液压器2、3头铣刀3、水蒸气发生器4、孔洞5、保护壳6、切割孔7、密封盖8、控制器9和水蒸气导入器10。中心旋转轴1和液压器2紧密相连且液压器2可以调节升降高度，有利于更好地对围岩不同深度进行切割，使围岩与铣刀3之间的接触面积增大，提高的该装置对围岩体的破碎性，水蒸气发生器4内蒸发的水蒸气与保护壳6内部的破碎剂进行反应，产生大量的膨胀性气体，且密封盖8将整体结构进行完整的密封，提高了对围岩体整体的致裂效果，极大地节约了人力和资金的浪费和提高了工作效率，控制器可方便地调节中心旋转轴的转速，根据不同位置围岩的破碎情况选择不同的切割转速，有利于更好的契合实际工程，极大地减少了工作量。

实施例6

本发明公开了一种用于在建隧道断面扩挖的围岩内部切割装置及方法，该装置包括中心旋转轴1、液压器2、3头铣刀3、水蒸气发生器4、孔洞5、保护壳6、切割孔7、密封盖8、控制器9和水蒸气导入器10。所述中心旋转轴1的底端设置有螺旋型连接口；所述液压器2沿中心旋转轴1交错阵列，且3头铣刀3与液压器2顶端相固定；所述水蒸气发生器4与保护壳6在铣刀3交错位置处均设有孔洞5和切割孔7，在该装置的底端将密封盖8的第一级台阶与中心旋转轴1的螺旋型连接口紧密相连。

在本实施例中，所述中心旋转轴1位于整体中心位置，作为整体结构的骨架；所述液压器2在中心旋转轴1上紧密交错排列；所述3头铣刀3与液压器2位置一一对应；所述水蒸气发生器4与将中心旋转轴1包裹在内，且水蒸气发生器4上设有孔洞5；保护壳6位于整个装置的最外部，且上面设有孔洞5和切割孔7；所述密封盖8与中心旋转轴1进行螺纹连接；所述控制器9控制中心旋转轴1的转速和液压器3的升降高度调节，所述水蒸气导入器10将水蒸气导入到水蒸气发生器4中。

在本实施例中，中心旋转轴1为碳纤维钢制成的实心厚圆柱体，在底端设有螺纹接口，且中心旋转轴1的直径宜在300～500mm。

在本实施例中，中心旋转轴1与液压器2之间通过点焊相连接。

在本实施例中，液压器2和3头铣刀3之间通过高强螺栓相栓接。

在本实施例中，水蒸气发生器4为空心圆柱体碳纤维钢管，且直径宜为中心旋转轴1的1～1.5倍。

在本实施例中，水蒸气发生器4与保护壳6外部均设有孔洞5和切割孔7，孔洞5和切割孔7的孔径略大于3头铣刀3的顶端大小。

在本实施例中，密封盖8设置为“台阶状”，且在顶端位置设有与中心旋转轴1相匹配的连接螺孔。

在本实施例中，控制器9可以调节中心旋转轴1的转速和液压器2的升降高度。

在本实施例中，水蒸气导入器10通过外接导管将水蒸气导入到水蒸气发生器4中。

本装置包括中心旋转轴1、液压器2、3头铣刀3、水蒸气发生器4、孔洞5、保护壳6、切割孔7、密封盖8、控制器9和水蒸气导入器10。所述中心旋转轴1的底端设置有螺旋型连接口；所述液压器2沿中心旋转轴交错阵列，且3头铣刀3与液压器2顶端相固定；所述水蒸气发生器4与保护壳6在铣刀交错位置处均设有孔洞5和切割孔7，在该装置的底端将密封盖8的第一级台阶与中心旋转轴1的螺旋接口紧密相连。该装置有效地提高了施工效率，是一种全新自动化的围岩切割装置。

具体使用方法如下：

所述中心旋转轴1、液压器2和3头铣刀紧密相接，水蒸气发生器4将中心旋转轴1包裹在内，3头铣刀3与孔洞5与切割孔7位置一一对应，在进行使用时，将水蒸气导入器10导入到水蒸气发生器4内的水蒸气沿孔洞5散溢与保护壳6内部的固体物质相接触，二者反应后产生大量的膨胀性气体，由于密封盖8将整个装置很好的密封在围岩体的内部，所产生的膨胀性气体对进行膨胀挤压破碎，待破碎一定程度后，调整液压器2的高度及中心旋转轴1的转速对围岩体进行切割，使围岩自动脱落。极大地调高了施工效率与施工安全性，基于自动化的开挖方式，较以往的开挖都有很大的提高。

优选的，水蒸气发生器4的空心碳纤维管直径为中心旋转轴1的1.5倍，便于提高水蒸气反应量。

优选的，液压器2与3头铣刀3一一对应，且紧密交错排列在中心旋转轴1上，以便提高对围岩体的切割范围，提高施工效率。

优选的，中心旋转轴1与密封盖8的第一级台阶进行螺纹连接。

优选的，打孔形式为倒“V”字形，提高对围岩整体的破碎性。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中的设置的中心旋转轴与液压器，可以对围岩内部不同深浅的位置进行强度不一的切割，极大地提高了施工的效率和安全性。

2、本发明中通过液压器2与3头铣刀相焊接，可以实现其自由的伸缩，对整体结构而言有更好的自由性，极大地减少了施工期间的工作量。

3、本发明所提供的装置的材质价格便宜，工艺简单，在隧道改扩建时具有极大的优势，易于在隧道内施工，适用于隧道改扩建时对小断面围岩的开挖。

4、本发明所提供的装置先由水蒸气与固体物质相接触，而后产生膨胀性气体，且膨胀性气体沿孔洞与切割孔进行扩散，对周边的围岩体进行膨胀破碎挤压，之后由控制器对3头铣刀高度的调节，可以更好地对破碎不完全的围岩体进行不同程度的切割，致使岩体自动脱落。该装置很好的对围岩体进行了开挖，减少了对隧道原有结构的扰动。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，包括：中心旋转轴（1）；其特征在于，还包括分布于中心旋转轴（1）上的可伸缩的液压器（2）；所述液压器（2）上设置有铣刀（3）；所述中心旋转轴（1）连接在用于密封围岩钻孔的密封盖（8）上，液压器（2）由一个控制器（9）控制伸缩，所述控制器（9）还控制所述中心旋转轴（1）转动；

密封盖（8）上设置有能透气的水蒸气发生器（4），所述水蒸气发生器（4）与所述铣刀（3）位于所述密封盖（8）的同一侧，密封盖（8）上开孔并外接水蒸气导入器（10），所述水蒸气导入器（10）通过导管将水蒸气导入水蒸气发生器（4）中。

2.按照权利要求1所述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，其中，所述密封盖（8）上设置有能透气的保护壳（6）；所述保护壳（6）与所述水蒸气发生器（4）位于所述密封盖（8）的同一侧，所述保护壳（6）与所述水蒸气发生器（4）之间放置有破碎剂。

3.按照权利要求2所述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，其中，所述水蒸气发生器（4）沿所述中心旋转轴（1）轴向分布，并设置有安装孔与可伸缩的液压器（2）滑动配合，沿所述水蒸气发生器（4）轴向设置间隔均匀的，用于排气的多个孔洞（5），所述水蒸气发生器（4）与所述中心旋转轴（1）同步转动。

4.按照权利要求3所述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，其中，所述保护壳（6）沿所述水蒸气发生器（4）轴向分布，并设置有切割孔（7）供铣刀（3）伸出，所述保护壳（6）与所述中心旋转轴（1）同步转动。

5.按照权利要求4所述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，其中，所述密封盖（8）为台阶状，其包括与中心旋转轴（1）同轴连接的第一级台阶；用于连接第一级台阶的中间一级台阶，和用于密封钻孔的最后一级台阶；所述第一级台阶可在密封盖（8）上发生转动，由控制器（9）控制，带动中心旋转轴（1）旋转，所述保护壳（6）和所述水蒸气发生器（4）皆安装在第一级台阶上。

6.按照权利要求1所述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，其中，所述液压器（2）沿所述中心旋转轴（1）交错排列。

7.按照权利要求4所述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，其中，所述水蒸气发生器（4）为空心圆柱体碳纤维钢管；所述铣刀（3）为3头铣刀；所述中心旋转轴（1）为碳纤维实心厚圆柱体，直径在300mm～500mm之间；所述切割孔（7）大小为铣刀（3）顶部尺寸的1～1.5倍；所述围岩钻孔的形式为倒“V”字形。

8.一种在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1：在围岩断面上开设钻孔，并朝钻孔内插入权利要求1所述在建隧道小断面扩挖的围岩内部自动切割装置，并使用所述密封盖（8）密封钻孔；

S2：操作控制器（9），控制液压器（2）伸长，使铣刀（3）能够触碰围岩内部，再操作控制器（9），使中心旋转轴（1）转动，进行围岩内部切割扩孔；

S3：重复步骤S2，直至完成围岩内部切割扩孔工序；

在切割装置插入钻孔之前，安装水蒸气发生器（4），所述水蒸气发生器（4）与所述铣刀（3）位于所述密封盖（8）的同一侧，安装能透气的保护壳（6），所述保护壳（6）与所述水蒸气发生器（4）位于所述密封盖（8）的同一侧，所述保护壳（6）与水蒸气发生器（4）之间放置破碎剂，在切割装置插入钻孔后，密封盖（8）上开孔并外接水蒸气导入器（10），通过水蒸气导入器（10）将水蒸气导入到水蒸气发生器（4）中，由导入的水蒸气与破碎剂结合，形成膨胀性气体，冲击围岩内部。

Images