CN113153330B - 高放废物处置坑掘进系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道中坑体施工设备技术领域，特别是高放废物处置坑掘进系统，提供紧凑、高效破岩、高效出渣和快速组装的掘进系统，方案是，具有移动可定位的垂直向下掘进的主作业装置，若干个管节、管节存放装置、电源、液压站、管线收放装置、吸渣装置和控制装置；具有掘进初始时位于掘进孔中的掘进头、压动和提起掘进头和逐个同轴叠加在掘进头上方的管节的下压油缸，管节与掘进头以及管节与管节之间可拆式连接，具第二中转台和将管节在第二中转台与掘进头上方转移的第二转移装置；掘进头和管节具分离式密闭连接的排渣管，管线卷绕在管线收放装置上，管线的内端经旋转接头与控制装置、电源和液压站相连，管线的外端接掘进头，管节外壁具走线槽。

Description

高放废物处置坑掘进系统

技术领域

本发明涉及隧道中坑体施工设备技术领域，特别是涉及一种高放废物处置坑掘进系统。

背景技术

高水平放射性废物(简称高放废物)具有放射性强、毒性大、半衰期长的特点，对其进行最终安全处置难度极大，面临一系列的科学、技术和工程挑战。能否最终安全处置高放废物是关系到核工业可持续发展和环境保护的战略性课题；目前，国际上普遍认为技术可行的最终处置高放废物的方式为深地质处置，即将高放废物埋置在500m～1000m深度范围内稳定的地质体中；这类需要进行深地质处置的对象包括：高放玻璃固化体、其他类型高放固体废物、α固体废物、重水堆乏燃料、高温气冷堆乏燃料和其他乏燃料；在无人区设置专门的处置库是较好的方案，并且将处置对象竖向处置优于水平处置。

处置库包括水平的通道和通道上竖直向下的处置坑，一种可能的处置坑尺寸为直径1.4m和深度10m，从处置库长期安全性和稳定性角度出发，处置坑要求成洞尺寸精度高、围岩开挖损伤小，而钻爆法由于成洞精度难于控制且对围岩损伤过大，难以满足处置坑开挖要求，因此，国际一般采用机械开挖法进行处置坑施工，目前，芬兰和瑞典开发了花岗岩处置坑开挖设备，但设备存在开挖效率低、出渣效果差等问题，总体上设备设计及应用不成熟，处置坑施工空间有限且围岩强度高，所以对设备的紧凑型设计、高效破岩、高效出渣、快速组装及移动等性能均提出了较高要求，目前还没有成型的破岩机械可以满足处置坑的开挖要求。

处置坑的开挖设备可借用隧道盾构机的开挖原理，但由于由水平开挖转为垂直开挖，除刀盘处有与普通隧道盾构机刀盘局部相似的方面，开挖设备的其余部分构造需求完全不同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种紧凑的、能够高效破岩、高效出渣、快速组装的高放废物处置坑掘进系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高放废物处置坑掘进系统，具有移动和可定位于隧道内某位置并进行垂直向下掘进的主作业装置，还具有若干个管节、管节存放装置、电源、液压站、管线收放装置、吸渣装置和控制装置；

所述主作业装置具有底座和底座上的掘进孔，还具有掘进初始时位于掘进孔中的掘进头，所述底座上设有压动和提起掘进头以及压动和提起逐个同轴叠加在掘进头上方的管节的下压油缸，所述管节与掘进头以及管节与管节之间可拆式连接，所述下压油缸的活动端与掘进头和管节可拆式连接，所述底座上还设有管节第二中转台和将管节在管节第二中转台与掘进头上方之间抓放转移的管节第二转移装置；

所述掘进头具有内部的第一排渣管，所述管节具有内部的第二排渣管，第一排渣管和第二排渣管以及叠加的各管节的第二排渣管之间可分离式密闭连接，所述主作业装置上设有排渣通道，所述排渣通道一端与所述吸渣装置相连、另一端为与第一排渣管和第二排渣管密闭可分离式连接的吸渣口，所述吸渣口随下压油缸升降；

驱动和控制掘进头的管线卷绕在管线收放装置上，管线的内端经旋转接头与控制装置、电源和液压站相连，管线的外端自掘进头的外壁和掘进头的斜向通道接入掘进头，所述管节外壁具有容纳管线的走线槽；

所述管节存放装置具有管节存放平台和将管节在管节存放平台与主作业装置管节第二中转台之间抓放转移的管节第一转移装置。

具体的为了提高作业精度，避免掘进时的震动对处置坑精度的影响，所述主作业装置定位于隧道内的结构是，位于底座掘进孔的外圈环形排列至少两个立柱，每个主柱的顶端设活动端伸向隧道顶壁的顶撑油缸，底座每侧分别设置至少一个活动端伸向隧道侧壁的侧撑油缸，还具有底座上的活动端伸向隧道地面的地撑油缸。

具体的为了满足排渣和掘进时的其它功能，所述掘进头的结构是，掘进头具有前盾和后盾，前盾上具有刀盘和驱动刀盘旋转的液压马达，所述液压马达的小齿轮和与刀盘固定连接的大齿轮啮合，圆周排列的至少三只调整油缸的固定端和伸出端分别铰接在前盾与后盾上，前盾与后盾的外圈结合部球面副密闭联接，在调整油缸驱动和球面副的作用下前盾可作任意方向的摆动以调节掘进方向，所述掘进头的第一排渣管包括前排渣管和后排渣管，所述后排渣管设置在后盾上并与后盾同轴，所述前排渣管设置在刀盘上并与刀盘同轴，所述后排渣管与前排渣管之间由球面副密闭联接；所述刀盘具有刀壳和安装滚刀的盘面，所述刀壳和盘面之间为容渣腔，所述前排渣管的前口部固定在刀壳上，所述盘面上设有入渣孔，所述入渣孔经容渣腔与前排渣管相通，所述后盾的上端面上设有与管节下端面突起吊耳联接的第一槽口，所述第一槽口处设有插入与管节所述吊耳连接柱销的柱销孔，所述前盾上位于刀盘上方的壳体外壁上设有配合于掘进孔处止转突起的轴向的第一止转槽，所述后盾外壁上设有轴向的与第一止转槽处于相同圆周位置的第二止转槽。

为了推动掘进头向下掘进，通过叠加管节的方式下压掘进头，为使管节便于叠加和移出，所述管节的结构是，具有环形圆柱壳体，管节壳体的上端面上圆周等分设置有至少两个向下延伸的第二槽口，对应于所述第二槽口的下方、在管节壳体的下端面上设有向下伸出的可嵌入另一管节上所设第二槽口的吊耳，所述管节壳体上第二槽口的两相对的侧壁上设有同轴线的第一柱销孔，所述吊耳上设有在吊耳嵌入另一管节第二槽口时与该管节第一柱销孔对应的第二柱销孔；所述管节壳体外壁上设有轴向的用于管节圆周定位于掘进孔处止转突起的第三止转槽。

为了提高作业效率和节约作业空间，管节转移时能在较小的空间同时进行多个动作，所述管节的第二转移装置的结构是，具有在主作业装置掘进孔与管节第二中转台之间移动的滑动座，所述滑动座上设有可升降的升降座，所述升降座上设有可水平摆动的夹臂，所述夹臂具有左夹臂和右夹臂，一夹持油缸的固定端和活动端分别铰接在左夹臂和右夹臂上。

在需要叠加管节的情况下，为了便于排渣，所述主作业装置排渣通道的与吸渣装置相连的一端固定在主作业装置的机架上，排渣通道还包括一伸缩管，所述伸缩管的上端与排渣通道固定部密闭连接，伸缩管的下端为所述的吸渣口。

由于各管线存在不同的直径，而且直径相差悬殊，为了稳定卷收管线，驱动和控制掘进头的管线包括导线和接入液压马达的油管，所述管线收放装置具有卷盘，油管和导线卷绕在卷盘上，所述卷盘由驱动电机驱动实现掘进头退出时卷收管线，所述卷盘由若干个卷槽组成，每根油管和导线设置在管线收放卷盘上的一个卷槽中，每个卷槽由一个恒张力电机驱动，所述恒张力电机为带变频器的力矩电机，每个独立旋转的卷槽上设有卷槽放卷时使卷槽稳定转动的阻尼器。

具体的，所述管节存放装置还包括管节第一中转台，第一转移装置包括将管节在管节存放平台与管节第一中转台之间转移的管节存取装置和将管节从管节第一中转台推送到主作业装置上管节第二中转台的管节推送装置，管节第一中转台和管节第二中转台设置有管节支撑辊，所述的管节存取装置包括设置在管节存放平台两侧滑轨上的X向移动的门形移动架，所述门形移动架的横梁上具有Y向移动的滑动座，所述滑动座上设有作Z向升降的管节夹。

具体的，所述排渣通道与吸渣装置由送渣管相连，所述吸渣装置包括真空泵、吸渣筒和储渣罐，所述吸渣筒内腔由滤网分成上下两个腔室，真空泵的吸气管连通上腔室，送渣管连通下腔室，吸渣筒的底部设有可关闭的出渣口，所述出渣口对应于储渣罐的进渣孔。

为了便于转场，整个系统又能够在空间较小的隧道内顺利移动，所述主作业装置、管节存放装置、电源、液压站、管线收放装置、吸渣装置和控制装置为可移动式装置。

本发明的有益效果是：

一、本发明的高放废物处置坑掘进系统由多个可移动的独立的装置组成，提供了一种紧凑和可快递组装的掘进系统；

二、掘进推进方式的设计、掘进头和管节的结构设计满足了狭小空间内掘进、排渣和管线收放的要求；

三、主作业装置的可靠定位保证了处置坑的开挖精度；

四、真空吸渣和对渣石的封闭式收集转移，保证了作业环境没有污染；

五、掘进中推压管节的使用、转移和存放过程耗时短，极大程度缩短了作业过程中需要时间最长的步骤时间，提高了掘进工效。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明中主作业装置和吸渣装置的结构及连接关系示意图；

图4是图3的A处放大图；

图5是本发明中掘进头的立体图；

图6是本发明中掘进头的剖视图；

图7是本发明中掘进头的仰视图；

图8是图6的B处放大图；

图9是图6的C处放大图；

图10是本发明中管节的立体图；

图11是本发明中管节的剖面图；

图12是本发明中主作业装置的立体图；

图13是图12的D处放大图；

图14是本发明中主作业装置的俯视图；

图15是图14的E处放大图；

图16是本发明中主作业装置和管节存放装置作业时相靠近的主视图；

图17是图16的俯视图；

图18是图16的F-F剖视图；

图19是图17的G-G剖视图；

图20是图19的H处放大图；

图21是主作业装置掘进孔上的止落圈的结构示意图。

图中，1、主作业装置，2、管节，3、管节存放装置，4、电源，5、液压站，6、管线收放装置，7、吸渣装置，8、送渣管，9、控制装置，1-1、底座，1-2、掘进孔，1-3、掘进头，1-4、下压油缸，1-5、管节第二中转台，1-6、管节第二转移装置，1-7、排渣通道，1-8、立柱，1-9、顶撑油缸，1-10、侧撑油缸，1-11、地撑油缸，1-12、止落圈，2-1、第二排渣管，2-2、走线槽，2-3、第二槽口，2-4、吊耳，2-5、第三止转槽，3-1、管节存放平台，3-2、管节第一转移装置，3-3、管节第一中转台，3-4、管节推送装置，6-1、卷盘，7-1、真空泵，7-2、吸渣筒，7-3、储渣罐，1-3-1、第一排渣管，1-3-2、斜向通道，1-3-3、前盾，1-3-4、后盾，1-3-5、刀盘，1-3-6、调整油缸，1-3-7、前排渣管，1-3-8、后排渣管，1-3-9、刀壳，1-3-10、盘面，1-3-11、容渣腔，1-3-12、入渣口，1-3-13、第一槽口，1-3-14、第一止转槽，1-3-15、第二止转槽，1-6-1、滑动座、1-6-2、升降座，1-6-3、左夹臂，1-6-4、右夹臂，1-6-5、夹持油缸，1-7-1、吸渣口，1-7-2、伸缩管，1-12-1、止落锲块，1-12-2、卸力凸起。

具体实施方式

下面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它实施例，都属于本发明保护的范围。

附图1和2显示的是本发明高放废物处置坑掘进系统的整体组成，具有移动和可定位于隧道内某位置并进行垂直向下掘进的主作业装置1，还具有若干个管节2、管节存放装置3、电源4、液压站5、管线收放装置6、吸渣装置7和控制装置9；主作业装置1作为主要作业的装置是一个独立的可移动可定位的装置，液压站5、管线收放装置6和控制装置9合并在一个移动装置上；其它装置也是独立可移动的装置，作业转场时由牵引车牵引各装置进行转移；

如附图3、12、13、14和15，主作业装置1具有底座1-1和底座1-1上的掘进孔1-2，还具有掘进初始时位于掘进孔1-2中的掘进头1-3，底座1-1上设有压动和提起掘进头1-3以及压动和提起逐个同轴叠加在掘进头1-3上方的管节2的下压油缸1-4，管节2与掘进头1-3以及管节2与管节2之间可拆式连接，掘进头1-3的结构见附图5、6、7、8和9，管节2的结构见附图10和11，下压油缸1-4的活动端与掘进头1-3和管节2可拆式连接，下压油缸1-4为两只，两油缸的活动端由压板相连，压板与掘进头1-3和管节2可拆式连接，底座1-1上还设有管节第二中转台1-5和将管节2在管节第二中转台1-5与掘进头1-3上方之间抓放转移的管节第二转移装置1-6；

掘进头1-3具有内部的第一排渣管1-3-1，管节2具有内部的第二排渣管2-1，第一排渣管1-3-1和第二排渣管2-1以及叠加的各管节2的第二排渣管2-1之间可分离式密闭连接，主作业装置1上设有排渣通道1-7，排渣通道1-7一端与吸渣装置7相连、另一端为与第一排渣管1-3-1和第二排渣管2-1密闭可分离式连接的吸渣口1-7-1，吸渣口1-7-1随下压油缸1-4升降；

驱动和控制掘进头的管线卷绕在管线收放装置6上，管线的内端经旋转接头与控制装置9、电源4和液压站5相连，管线的外端自掘进头1-3的外壁和掘进头1-3的斜向通道1-3-2接入掘进头1-3，管节2外壁具有容纳管线的走线槽2-2；

如附图16、17、18、19和20，管节存放装置3具有管节存放平台3-1和将管节2在管节存放平台3-1与主作业装置1管节第二中转台1-5之间抓放转移的管节第一转移装置3-2。

主作业装置1定位于隧道内的结构是，位于掘进孔1-2的外圈环形排列4个立柱1-8，每个主柱1-8的顶端设活动端伸向隧道顶壁的顶撑油缸1-9，底座1-1每侧分别设置2个活动端伸向隧道侧壁的侧撑油缸1-10，还具有底座1-1上的活动端伸向隧道地面的4只地撑油缸1-11，顶撑油缸1-9和地撑油缸1-11基本呈上下对应的状态，有效的固定主作业装置1在隧道内的位置，掘进震动时也不会发生位移。

仍见附图5、6、7、8和9，掘进头1-3的结构是，掘进头1-3具有前盾1-3-3和后盾1-3-4，前盾1-3-3上具有刀盘1-3-5和驱动刀盘1-3-5旋转的液压马达，液压马达的小齿轮和与刀盘固定连接的大齿轮啮合，圆周排列的三只调整油缸1-3-6的固定端和伸出端分别铰接在前盾1-3-3与后盾1-3-4上，前盾1-3-3与后盾1-3-4的外圈结合部球面副密闭联接，在调整油缸1-3-6驱动和球面副的作用下前盾可作任意方向的摆动以调节掘进方向，掘进头1-3的第一排渣管1-3-1包括前排渣管1-3-7和后排渣管1-3-8，后排渣管1-3-8设置在后盾1-3-4上并与后盾1-3-4同轴，前排渣管1-3-7设置在刀盘1-3-5上并与刀盘1-3-5同轴，后排渣管1-3-8与前排渣管1-3-7之间由球面副密闭联接；刀盘1-3-5具有刀壳1-3-9和安装滚刀的盘面1-3-10，刀壳1-3-9和盘面1-3-10之间为容渣腔1-3-11，前排渣管1-3-7的前口部固定在刀壳1-3-9上，盘面1-3-10上设有入渣孔1-3-12，入渣孔1-3-12经容渣腔1-3-11与前排渣管1-3-7相通，后盾1-3-4的上端面上设有与管节2下端面突起吊耳2-4联接的第一槽口1-3-13，第一槽口1-3-13处设有插入与管节2吊耳2-4连接柱销的柱销孔，前盾1-3-3上位于刀盘1-3-5上方的壳体外壁上设有配合于掘进孔1-2处止转突起的轴向的第一止转槽1-3-14，后盾1-3-4外壁上设有轴向的与第一止转槽1-3-14处于相同圆周位置的第二止转槽1-3-15。

仍见附图10和11，管节2的结构是，具有环形圆柱壳体，管节壳体的上端面上圆周等分设置有两个向下延伸的第二槽口2-3，对应于第二槽口2-3的下方、在管节壳体的下端面上设有向下伸出的可嵌入另一管节上所设第二槽口2-3的吊耳2-4，管节壳体上第二槽口2-3的两相对的侧壁上设有同轴线的第一柱销孔，吊耳2-4上设有在吊耳2-4嵌入另一管节2第二槽口2-3时与该管节2第一柱销孔对应的第二柱销孔；管节壳体外壁上设有轴向的用于管节2圆周定位于掘进孔1-2处止转突起的第三止转槽2-5。

主作业装置1上的管节2的移动由管节第二转移装置1-6完成，管节第二转移装置1-6的结构是，具有在掘进孔1-2与管节第二中转台1-5之间移动的滑动座1-6-1，滑动座1-6-1上设有可升降的升降座1-6-2，升降座1-6-2上设有可水平摆动的夹臂，夹臂具有左夹臂1-6-3和右夹臂1-6-4，一夹持油缸1-6-5的固定端和活动端分别铰接在左夹臂1-6-3和右夹臂1-6-4上。

如附图3和4，主作业装置1排渣通道1-7的与吸渣装置7相连的一端固定在主作业装置1的机架上，排渣通道1-7还包括一伸缩管1-7-2，伸缩管1-7-2的上端与排渣通道1-7固定部密闭连接，伸缩管1-7-2的下端为所述的吸渣口1-7-1。

见附图1和2，驱动和控制掘进头1-3的管线包括导线和接入液压马达的油管，管线收放装置6具有卷盘6-1，油管和导线卷绕在卷盘6-1上，卷盘6-1由驱动电机驱动实现掘进头1-3退出时卷收管线，卷盘6-1由若干个卷槽组成，每根油管和导线设置在一个卷槽中，每个卷槽由一个恒张力电机驱动，恒张力电机为带变频器的力矩电机，每个独立旋转的卷槽上设有卷槽放卷时使卷槽稳定转动的阻尼器。

仍见附图16至20，管节存放装置3还包括管节第一中转台3-3，管节第一转移装置3-2包括将管节2在管节存放平台3-1与管节第一中转台3-3之间转移的管节存取装置和将管节2从管节第一中转台3-3推送到主作业装置1上管节第二中转台1-5的管节推送装置3-4，管节第一中转台3-3和管节第二中转台1-5设置有管节支撑辊，管节存取装置包括设置在管节存放平台3-1两侧滑轨上的X向移动的门形移动架，所述门形移动架的横梁上具有Y向移动的滑动座，所述滑动座上设有作Z向升降的管节夹。

如附图3，排渣通道1-7与吸渣装置7由送渣管8相连，吸渣装置7包括真空泵7-1、吸渣筒7-2和储渣罐7-3，吸渣筒7-2内腔由滤网分成上下两个腔室，真空泵7-1的吸气管连通上腔室，送渣管8连通下腔室，吸渣筒7-2的底部设有可关闭的出渣口，出渣口对应于储渣罐7-3的进渣孔。

如附图1和2，主作业装置1、管节存放装置3、电源4、液压站5、管线收放装置6、吸渣装置7和控制装置为可移动装置。

下面再对本发明的一些具体的结构进行进一步的说明：

一、关于掘进头的结构

前盾1-3-3与后盾1-3-4的外圈结合部球面副密闭联接，突起的球面设置在后盾1-3-4上，内凹的球面设置在前盾1-3-3上，为实现密封，在球面副的结合处还设置密封圈，前排渣管1-3-7与后排渣管1-3-8之间由球面副密闭联接，前排渣管1-3-7与后排渣管1-3-8的联接结构如附图8，前排渣管1-3-7的后口部外圈为球面形，与后排渣管1-3-8固定的连接件上具有内凹球面，同样，球面接触处设置密封圈；前排渣管1-3-7下口部固定在刀壳1-3-9上，刀壳1-3-9上设有开孔，前排渣管1-3-7的下口部周圈密闭式焊接在刀壳1-3-9上的开孔处；盘面1-3-10上设有与入渣孔1-3-12相通的引渣槽，引渣槽可减小吸入面从而增加渣石的流速，相当于是在掘进端面上的对局部区域依次的吸渣，可以减少真空吸渣设备的功耗；前盾1-3-3外壁上圆周等分设置有4个下稳定器，后盾1-3-4外壁上圆周等分设置有4个上稳定器，两处的稳定器结构上可选外表面设置高硬度耐磨转动钢球，所分布稳定器的轮廓外径与刀盘的掘进内径一致；需要说明的是，后盾1-3-4在结构上除需要与前盾1-3-3相连、还要具有可与管节2相连的结构，本实施例的后盾1-3-4又分为前部和后部，前部是为了与前盾1-3-3相连，后部是为了与管节2相连，而且前部和后部被制成了分体式，相应的后排渣管1-3-8也被制成了分体式，分体的后排渣管1-3-8在相连处采用如附图9的锥面连接结构，相连处的端面上设置密封圈。

二、关于管节的结构

管节2的吊耳2-4在管节2转移时可兼作导向块使用，结合导向槽可使管节2在转移时状态不变；第二槽口2-3处的第一柱销孔和吊耳2-4处的第二柱销孔的轴线都与壳体圆周直径线垂直，圆周直径线是壳体直径线中的一根能与柱销孔轴线垂直相交的直径线；壳体外壁上设有平底槽，第一柱销孔外部的孔口位于平底槽的槽底上，槽底与第一柱销孔轴线垂直，管节2的转移方式可能存在多种，比如在滑轨上移动或使用机械手抓取移动，平底槽可兼作抓取时夹持部，机械手可伸入平底槽抓取管节2；第二排渣管2-1两端呈在两个管节2上下相连时排渣管保持密闭连接的可相互密封的结构，两端可以设置一种可更换的彼此圆锥面啮合的弹性密封圈，一件弹性圈具有凸起的锥台面，另一件弹性圈具有内凹的锥台面；第二排渣管2-1的外壁与管节2壳体的内壁之间设有连接筋；管节2壳体外壁上的第三止转槽2-5为圆周上分布的4个；管节2壳体外壁上走线槽2-2的槽口上设有可拆式防护盖。

三、关于管节在整个转移过程中涉及的结构

相互独立的主作业装置1和管节存放装置3在作业时需要靠近，管节存放装置3的管节第一中转台3-3和主作业装置1的管节第二中转台1-5处于对齐的状态，管节第一中转台3-3和管节第二中转台1-5都具有对管节2吊耳2-4的容纳槽和排列的支撑管节2的支撑辊；管节存放装置3上的管节第一转移装置3-2中的门形移动架是在滑轨上移动并由电机驱动，电机输出齿轮啮合在管节存放装置3的底座上的齿条上，管节第一转移装置3-2中滑动座和管节夹的移动由分别的油缸驱动，管节夹的张开与夹持也由油缸驱动；主作业装置1底座1-1上也设有滑轨和齿条，主作业装置1滑动座1-6-1底部的滑槽啮合在滑轨上，滑动座1-6-1上的电机的输出齿轮啮合在齿条上，升降座1-6-2设置在滑动座1-6-1上的结构是，滑动座1-6-1上设直立的升降油缸和直立的导向柱，升降油缸活动端固定在升降座1-6-2上，导向柱伸入升降座1-6-2的导向孔，夹臂水平摆动设置在升降座1-6-2上的结构是，升降座1-6-2上固定有齿圈和立轴，夹臂回转设置在立轴上，夹臂上的电机的输出齿轮啮合在齿圈上，如附图20，管节推送装置3-4具有推送油缸，推送油缸的活动端设置有推送块，推送块具有容纳管节2吊耳2-4的吊耳槽，另外，针对管节2的下端面具有突起的吊耳2-4，管节存放装置3的管节存放平台3-1上需要设置能够埋入吊耳2-4的槽。

四、关于管线收放装置的结构

一般情况下，掘进头1-3的刀盘1-3-5是由液压马达驱动的，所以需要接入进油管和回油管，油管的内端经管路旋转接头依次连接至控制装置9和液压站5，掘进头1-3上还会设置传感器等电器装置，所以还需接入电源线和/或控制线类的导线，导线的内端经电路旋转接头依次连接至控制装置9和电源4；下压油缸1-4推动掘进头1-3和管节2向下，下压油缸1-4在掘进头1-3退出上升时转换为起吊装置，叠加在掘进头1-3上的管节2的走线槽2-2对应于掘进头1-3的斜向通道1-3-2；主作业装置1上设有对油管和导线的导向管，导向管一端对应于走线槽2-2的上方、另一端朝向卷盘6-1。

五、关于系统中的和排渣有关的结构

第一排渣管1-3-1和第二排渣管2-1的可分离式密闭连接的可以是套接的、套接处设密封圈的结构，套接面可以是圆柱面或圆锥面，第一排渣管1-3-1和第二排渣管2-1的连接结构同于附图9显示的分体式后盾1-3-4上分体的后排渣管1-3-8两段的圆锥的套接面连接结构，如附图6中，前排渣管1-3-7固定于刀盘1-3-5随刀盘1-3-5转动，后排渣管1-3-8固定在掘进头1-3壳体内，由于调整掘进方向的需要，掘进头1-3壳体分为下部的摆动壳体和上部的非摆动壳体，后排渣管1-3-8固定在非摆动壳体上，盘面1-3-10上设有与入渣孔1-3-12相通的引渣槽，引渣槽由盘面1-3-10上凸起的筋形成，这样在刀盘1-3-5转动时入渣孔1-3-12的吸力在引渣槽的影响下仅作用于较小的区域，提高了渣石的流动性；主作业装置1上的排渣通道1-7的伸缩管1-7-2包括内管和密闭套设在内管外的外管，内外管之间还具有一中管，外管上端与排渣通道1-7的固定部密闭连接，内管与下压油缸1-4的活动端固定联接。

本发明的主要工作过程是这样的：

牵引车将各装置牵引至作业场地，主作业装置1在工作位置处伸出各定位用的油缸进行定位，可一边进行下压掘进头1-3的掘进工作，一边将管节存放装置3靠近主作业装置1并使两者的管节中转平台相对应，此时两者的针对管节2吊耳2-4的容纳槽相对，为防止管节存放装置3位移，管节存放装置3的车轮可设计为能锁止的车轮，由管节第一转移装置3-2将第一个管节2抓取起吊转移放到管节第一中转台3-3处，管节2的吊耳2-4落在管节推送装置3-4的吊耳槽中，推送油缸将管节2推到管节第二中转台1-5上，管节第二中转台1-5处设限位块，利用管节第二转移装置1-6将管节2抓取升起摆动并移送到掘进头1-3的上方，其时，下压油缸1-4已推压掘进头1-3掘进一定深度后升起，利用夹臂下降将管节2放到掘进头1-3上，将第一个管节2通过柱销连接到掘进头1-3上，整个掘进过程中依次向掘进头1-3上方叠加第二、第三、等管节2，掘进完成后，下压油缸1-4转换成起吊装置，起吊时利用管节2连接用的第二槽口2-3，需要移走最上方管节2时，主作业装置1具有将自上向下第二个管节2进行固定的结构，该结构是在掘进孔1-2的口部设止落圈1-12，如附图21，止落圈1-12上端面上设上下摆动的并延伸至掘进孔1-2内的止落锲块1-12-1，管节2升起时推动止落锲块1-12-1上摆后，再由止落锲块1-12-1的重力作用使其摆动插入第一柱销孔的平底槽处，从而防止第二个管节2和其下方的管节2、掘进头1-3下落，在取下柱销移走最上方管节2后，再由下压油缸1-4下降连接第二个管节2进行起吊，依次进行管节2的取出作业，管节2的取出作业为管节2送进时的反向作业，同时，止落圈1-12由于是固定在掘进孔1-2的孔口，即为固定在主作业装置1的底座1-1上，止落圈1-12的内壁上设有与管节2、掘进头1-3上止转槽相配的卸力凸起1-12-2，通过止落圈1-12将掘进时的反作用力传递到底座1-1上。

本发明的管线收放的过程是这样的，开始掘进时，下压油缸1-4仅下压掘进头1-3，随着掘进头1-3的下移，控制装置9使卷盘6-1各卷槽的驱动电机不工作、各阻尼器使各卷槽稳定放卷，叠加每个管节2后将管线埋进走线槽2-2并盖好保护盖，在掘进头1-3完成掘进需要退出时，其时，各叠加的管节2与掘进头1-3连成一体，退出时，下压油缸1-4转换成起吊装置吊起所有管节2和掘进头1-3，待最上方的管节2吊出掘进孔1-2，由掘进孔1-2的止落圈1-12顶住自上向下第二个管节2，拆下最上方管节2和该管节2走线槽2-2的保护盖使管线脱离该管节2，各卷槽动作卷收管线，同时转移该管节2，起吊装置再对第二个管节2进行起吊，重复前述动作取出各个管节2，并将掘进头1-3吊离所掘进的处置坑，从而完成该处置坑的挖掘。

本发明的排渣过程是这样的：主作业装置1定位后开始掘进，在真空吸力的作用下，掘进形成的渣石经引渣槽、入渣孔1-3-12后再依次经容渣腔1-3-11、第一排渣管1-3-1、第二排渣管2-1、排渣通道1-7和送渣管8进入吸渣筒7-2，最后通过打开吸渣筒7-2底部的阀门落入储渣罐7-3；在掘进头1-3上叠加第一个管节2时，可先停止吸渣装置7工作，下压油缸1-4升起，带动伸缩管1-7-2内管与掘进头1-3的第一排渣管1-3-1分离，叠加的管节2至掘进头1-3上方后下降使第二排渣管2-1与第一排渣管1-3-1密闭接触，下压油缸1-4下压继续掘进，下压前启动吸渣装置7工作；重复第一个管节2叠加的工作进行第二、第三、等管节2的叠加和排渣，进行掘进。储渣罐7-3存满后可由铲车移走。

一个坑体完成作业后，系统进行转移，进行下一个坑体的挖掘。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种高放废物处置坑掘进系统，其特征是：具有移动和可定位于隧道内某位置并进行垂直向下掘进的主作业装置（1），还具有若干个管节（2）、管节存放装置（3）、电源（4）、液压站（5）、管线收放装置（6）、吸渣装置（7）和控制装置（9）；

所述主作业装置（1）具有底座（1-1）和底座（1-1）上的掘进孔（1-2），还具有掘进初始时位于掘进孔（1-2）中的掘进头（1-3），所述底座（1-1）上设有压动和提起掘进头（1-3）以及压动和提起逐个同轴叠加在掘进头（1-3）上方的管节（2）的下压油缸（1-4），所述管节（2）与掘进头（1-3）以及管节（2）与管节（2）之间可拆式连接，所述下压油缸（1-4）的活动端与掘进头（1-3）和管节（2）可拆式连接，所述底座（1-1）上还设有管节第二中转台（1-5）和将管节（2）在管节第二中转台（1-5）与掘进头（1-3）上方之间抓放转移的管节第二转移装置（1-6）；

所述掘进头（1-3）具有内部的第一排渣管（1-3-1），所述管节（2）具有内部的第二排渣管（2-1），第一排渣管（1-3-1）和第二排渣管（2-1）以及叠加的各管节（2）的第二排渣管（2-1）之间可分离式密闭连接，所述主作业装置（1）上设有排渣通道（1-7），所述排渣通道（1-7）一端与所述吸渣装置（7）相连、另一端为与第一排渣管（1-3-1）和第二排渣管（2-1）密闭可分离式连接的吸渣口（1-7-1），所述吸渣口（1-7-1）随下压油缸（1-4）升降；

驱动和控制掘进头的管线卷绕在管线收放装置（6）上，管线的内端经旋转接头与控制装置（9）、电源（4）和液压站（5）相连，管线的外端自掘进头（1-3）的外壁和掘进头（1-3）的斜向通道（1-3-2）接入掘进头（1-3），所述管节（2）外壁具有容纳管线的走线槽（2-2）；

所述管节存放装置（3）具有管节存放平台（3-1）和将管节（2）在管节存放平台（3-1）与主作业装置（1）管节第二中转台（1-5）之间抓放转移的管节第一转移装置（3-2）；

所述掘进头（1-3）的结构是，掘进头（1-3）具有前盾（1-3-3）和后盾（1-3-4），前盾（1-3-3）上具有刀盘（1-3-5）和驱动刀盘（1-3-5）旋转的液压马达，所述液压马达的小齿轮和与刀盘（1-3-5）固定连接的大齿轮啮合，圆周排列的至少三只调整油缸（1-3-6）的固定端和伸出端分别铰接在前盾（1-3-3）与后盾（1-3-4）上，前盾（1-3-3）与后盾（1-3-4）的外圈结合部球面副密闭联接，在调整油缸（1-3-6）驱动和球面副的作用下前盾（1-3-3）可作任意方向的摆动以调节掘进方向，所述掘进头（1-3）的第一排渣管（1-3-1）包括前排渣管（1-3-7）和后排渣管（1-3-8），所述后排渣管（1-3-8）设置在后盾（1-3-4）上并与后盾（1-3-4）同轴，所述前排渣管（1-3-7）设置在刀盘（1-3-5）上并与刀盘（1-3-5）同轴，所述后排渣管（1-3-8）与前排渣管（1-3-7）之间由球面副密闭联接；所述刀盘（1-3-5）具有刀壳（1-3-9）和安装滚刀的盘面（1-3-10），所述刀壳（1-3-9）和盘面（1-3-10）之间为容渣腔（1-3-11），所述前排渣管（1-3-7）的前口部固定在刀壳（1-3-9）上，所述盘面（1-3-10）上设有入渣孔（1-3-12），所述入渣孔（1-3-12）经容渣腔（1-3-11）与前排渣管（1-3-7）相通，所述后盾（1-3-4）的上端面上设有与管节（2）下端面突起吊耳（2-4）联接的第一槽口（1-3-13），所述第一槽口（1-3-13）处设有插入与管节（2）所述吊耳（2-4）连接柱销的柱销孔，所述前盾（1-3-3）上位于刀盘（1-3-5）上方的壳体外壁上设有配合于掘进孔（1-2）处止转突起的轴向的第一止转槽（1-3-14），所述后盾（1-3-4）外壁上设有轴向的与第一止转槽（1-3-14）处于相同圆周位置的第二止转槽（1-3-15）；

所述管节（2）的结构是，具有环形圆柱壳体，管节壳体的上端面上圆周等分设置有至少两个向下延伸的第二槽口（2-3），对应于所述第二槽口（2-3）的下方、在管节壳体的下端面上设有向下伸出的可嵌入另一管节上所设第二槽口（2-3）的吊耳（2-4），所述管节壳体上第二槽口（2-3）的两相对的侧壁上设有同轴线的第一柱销孔，所述吊耳（2-4）上设有在吊耳（2-4）嵌入另一管节（2）第二槽口（2-3）时与该管节（2）第一柱销孔对应的第二柱销孔；所述管节壳体外壁上设有轴向的用于管节（2）圆周定位于掘进孔（1-2）处止转突起的第三止转槽（2-5）；

所述管节第二转移装置（1-6）的结构是，具有在掘进孔（1-2）与管节第二中转台（1-5）之间移动的滑动座（1-6-1），所述滑动座（1-6-1）上设有可升降的升降座（1-6-2），所述升降座（1-6-2）上设有可水平摆动的夹臂，所述夹臂具有左夹臂（1-6-3）和右夹臂（1-6-4），一夹持油缸（1-6-5）的固定端和活动端分别铰接在左夹臂（1-6-3）和右夹臂（1-6-4）上；

所述管节存放装置（3）还包括管节第一中转台（3-3），管节第一转移装置（3-2）包括将管节（2）在管节存放平台（3-1）与管节第一中转台（3-3）之间转移的管节存取装置和将管节（2）从管节第一中转台（3-3）推送到主作业装置（1）上管节第二中转台（1-5）的管节推送装置（3-4），管节第一中转台（3-3）和管节第二中转台（1-5）设置有管节支撑辊，所述管节存取装置包括设置在管节存放平台（3-1）两侧滑轨上的X向移动的门形移动架，所述门形移动架的横梁上具有Y向移动的滑动座，所述滑动座上设有作Z向升降的管节夹。

2.根据权利要求1所述的高放废物处置坑掘进系统，其特征是：所述主作业装置（1）定位于隧道内的结构是，位于掘进孔（1-2）的外圈环形排列至少两个立柱（1-8），每个主柱（1-8）的顶端设活动端伸向隧道顶壁的顶撑油缸（1-9），底座（1-1）每侧分别设置至少一个活动端伸向隧道侧壁的侧撑油缸（1-10），还具有底座（1-1）上的活动端伸向隧道地面的地撑油缸（1-11）。

3.根据权利要求1所述的高放废物处置坑掘进系统，其特征是：所述主作业装置（1）排渣通道（1-7）的与吸渣装置（7）相连的一端固定在主作业装置（1）的机架上，排渣通道（1-7）还包括一伸缩管（1-7-2），所述伸缩管（1-7-2）的上端与排渣通道（1-7）固定部密闭连接，伸缩管（1-7-2）的下端为所述的吸渣口（1-7-1）。

4.根据权利要求1所述的高放废物处置坑掘进系统，其特征是：驱动和控制掘进头（1-3）的管线包括导线和接入液压马达的油管，所述管线收放装置（6）具有卷盘（6-1），油管和导线卷绕在卷盘（6-1）上，所述卷盘（6-1）由驱动电机驱动实现掘进头（1-3）退出时卷收管线，所述卷盘（6-1）由若干个卷槽组成，每根油管和导线设置在一个卷槽中，每个卷槽由一个恒张力电机驱动，所述恒张力电机为带变频器的力矩电机，每个独立旋转的卷槽上设有卷槽放卷时使卷槽稳定转动的阻尼器。

5.根据权利要求1所述的高放废物处置坑掘进系统，其特征是：所述排渣通道（1-7）与吸渣装置（7）由送渣管（8）相连，所述吸渣装置（7）包括真空泵（7-1）、吸渣筒（7-2）和储渣罐（7-3），所述吸渣筒（7-2）内腔由滤网分成上下两个腔室，真空泵（7-1）的吸气管连通上腔室，送渣管（8）连通下腔室，吸渣筒（7-2）的底部设有可关闭的出渣口，所述出渣口对应于储渣罐（7-3）的进渣孔。

6.根据权利要求1所述的高放废物处置坑掘进系统，其特征是：所述主作业装置（1）、管节存放装置（3）、电源（4）、液压站（5）、管线收放装置（6）、吸渣装置（7）和控制装置（9）为可移动装置。