CN113217000A - 一种高效的非开挖掘进装置及其挖掘隧道的方法 - Google Patents

一种高效的非开挖掘进装置及其挖掘隧道的方法 Download PDF

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CN113217000A CN202110591659.9A CN202110591659A CN113217000A CN 113217000 A CN113217000 A CN 113217000A CN 202110591659 A CN202110591659 A CN 202110591659A CN 113217000 A CN113217000 A CN 113217000A
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Abstract

本发明涉及隧道挖掘的技术领域，具体为一种高效的非开挖掘进装置及其挖掘隧道的方法，其包括：圆柱状的非开挖掘进装置,该非开挖掘进装置具有上中下后四部分将泥土层进行分块挖出并构建衬里体，该非开挖掘进装置上部分能够伸入泥土层挖掘并大量输送所挖掘的沙土，即使在发生了堵塞的情况下，也能容易地将堵塞的沙土去除；该非开挖掘进装置中部分采用螺旋式输送器以及大刀头先行伸入泥土层排土并留下，作为该非开挖掘进装置上下部分的定位导轨使用；本发明利用环形开挖留核心土法将土层分步处理，在增加排土管直径，提升排土装置工作性能的同时，通过减少排土量来减小排土装置的工作压力。

Description

一种高效的非开挖掘进装置及其挖掘隧道的方法
技术领域
本发明涉及非开挖掘进装置领域，特别是涉及一种高效的非开挖掘进装置及其挖掘隧道的方法。
背景技术
近年来，隧道挖掘时环形盾构构筑法使用较多；其采用以下工序：使用圆筒状的挖掘装置先将相当于隧道的外壳部的位置的地基的截面挖掘成圆环状的工序；在所挖掘的部分以圆筒状构筑衬砌体的工序自衬砌体获得反作用力而推进挖掘装置的工序，从而先将地基的截面挖掘成圆环状，然后再从进行挖掘的同时以圆柱状残留于衬砌体的内侧的沙土的后方侧对该沙土进行挖掘，从而构筑隧道(参照专利文献JP 2840732B2)；
这种先将地基的截面挖掘成圆环状的挖掘装置在运作时，需要向挖掘装置的后方输送泥土；对此，在专利文献1中，在装置的内部设置排出管,通过该排出管将挖掘土输送到后方；另外，也想到在装置的内部设置螺旋式输送器来代替这样的排出管,利用该螺旋式输送器将挖掘土输送到后方；
但是，在将这样的排出管或螺旋式输送器等挖掘土排出机构设置在装置内的情况下，需要使该挖掘土排出机构不与挖掘机构、推进机构等干涉,所以必须减小排出管、螺旋式输送器的直径,存在不能大量输送挖掘土这一问题；
此外，也有可能存在以下问题:当排出管、螺旋式输送器的直径过小时,将会频繁发生沙土的堵塞；在这样发生了沙土的堵塞的情况下，若不使挖掘装置后退来卸下挖掘装置的内壳，则不能去除堵塞的沙土。
发明内容
因此，本发明正是鉴于以上问题而做出的，本发明的目的在于利用将土层分部分挖掘以减小排土量并改变非开挖掘进装置内部构造增加非开挖掘进装置排土工作能力来解决上述的问题。本发明是通过以下技术方案实现上述目的：
一种高效的非开挖掘进装置，包括：壳体、非开挖掘进装置中部分液压缸承载板、非开挖掘进装置前进机构、非开挖掘进装置转动主电机、刀头旋转部分、刀头冲击部分、喷水装置、排土管、刀头配套电机、刀头配套电机承载板、刀头配套冲击液压缸、刀头配套冲击液压缸承载板、非开挖掘进装置上部分前进液压缸、输水管、分隔壁、排泥箱、非开挖掘进装置中部分大刀头、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器壳体、非开挖掘进装置中部分凸起部、非开挖掘进装置中部分配套电机、非开挖掘进装置中部分配套液压缸、非开挖掘进装置下部分前分隔壁、非开挖掘进装置下部分机械臂、非开挖掘进装置下部分中分隔壁、非开挖掘进装置下部分前进液压缸、非开挖掘进装置下部分衬里板输送器、非开挖掘进装置下部分后分隔壁、总输水管、总排土管；
所述刀头旋转部分和所述刀头冲击部分组成小刀头；其中，所述刀头旋转部分负责旋土，所述刀头冲击部分负责冲击岩石；喷水装置安装在小刀头的缝隙间，将缝隙间的泥土充掉并润滑泥土，方便排土,排土管按照一定间距放置在刀盘上下两侧，方便排土的同时又不会造成岩石处于排土管处无法被粉碎的情况,
所述刀头配套电机为所述小刀头提供周向力，刀头配套电机承载板承载所述刀头配套电机，并且内部有管道将所述输水管分散为所述喷水装置的许多输水管，刀头配套冲击液压缸作用于所述刀头配套电机承载板，为小刀头提供冲击动力，刀头配套冲击液压缸承载板承载所述刀头配套冲击液压缸；
所述非开挖掘进装置上部分前进液压缸作用于所述刀头配套冲击液压缸承载板，以控制整个非开挖掘进装置上部分前进与后退，输水管经过所述排泥箱内部为所述喷水装置提供水源，分隔壁承载所述非开挖掘进装置上部分前进液压缸，排泥箱连接所述排土管和所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器，将所述排土管和所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器中的泥土排出，非开挖掘进装置中部分大刀头对不同硬度的土质进行粉碎，非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器将所述非开挖掘进装置中部分大刀头和所述排土管输送来的泥土输送到所述排泥箱中；
所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器壳体约束泥土，且上下侧具有凸起部，在所述非开挖掘进装置中部分伸入泥土时充当定位滑轨，非开挖掘进装置中部分凸起部刀盘一端具有斜度，将泥土划入所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器，非开挖掘进装置中部分配套电机为所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器提供周向力，非开挖掘进装置中部分配套液压缸为非开挖掘进装置中部分前进提供动力；
所述非开挖掘进装置下部分前分隔壁将所述非开挖掘进装置下部分机械臂所属空间与泥土空间分隔开，非开挖掘进装置下部分机械臂将所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器输送来的衬里板安装成衬里体，非开挖掘进装置下部分中分隔壁承载所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器并分隔所述非开挖掘进装置下部分机械臂所属空间和所述非开挖掘进装置下部分前进液压缸所属空间，非开挖掘进装置下部分前进液压缸为所述非开挖掘进装置下部分前进提供动力，非开挖掘进装置下部分衬里板输送器将衬里板输送到所述非开挖掘进装置下部分机械臂所属空间，非开挖掘进装置下部分后分隔壁承载所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器并分隔空间；
所述壳体保护隧道掘进装置的内部空间，非开挖掘进装置中部分液压缸承载板承载所述非开挖掘进装置中部分配套液压缸并承载所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器、所述总输水管、所述总排土管，非开挖掘进装置前进机构施加力于衬里体，利用反作用力将非开挖掘进装置向前推进。
上述非开挖掘进装置装置的挖掘隧道方法包括如下步骤：
S1：首先将非开挖掘进装置中部分伸入土层，由非开挖掘进装置中部分大刀头、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器将泥土粉碎并排出，其非开挖掘进装置中部分凸起部用作非开挖掘进装置上下部分的定位导轨；
S2：非开挖掘进装置上部分伸入土层，其刀头旋转部分、刀头冲击部分、喷水装置将泥土粉碎并增加流动性，再通过排土管排到排泥箱，最后非开挖掘进装置上部分收缩；
S3：然后非开挖掘进装置转动主电机将非开挖掘进装置旋转180度，非开挖掘进装置中部分伸入土层，非开挖掘进装置下部分伸入非开挖掘进装置上部分挖好的空洞，由非开挖掘进装置下部分机械臂构建衬里，最后非开挖掘进装置下部分收缩；
S4：其后非开挖掘进装置上部分伸入土层，其刀头旋转部分、刀头冲击部分与喷水装置将泥土粉碎并增加流动性，再通过排土管排到排泥箱，最后非开挖掘进装置上部分收缩；
S5：然后非开挖掘进装置转动主电机将非开挖掘进装置旋转180度，非开挖掘进装置中部分伸入土层，非开挖掘进装置下部分伸入非开挖掘进装置上部分挖好的空洞，由非开挖掘进装置下部分机械臂构建衬里，最后非开挖掘进装置下部分收缩。
本发明有益效果：
1、利用环形开挖留核心土法将土层分步处理，再增加排土管直径，提升排土装置工作性能的同时，通过减少排土量来减小排土装置的工作压力；
2、采用许多小直径刀头，在土下作业时方便更换刀头；
3、将以往的大刀头变为许多小刀头，利用多次反复冲击来替代以往的巨大冲击，减轻钻头压力，延长钻头使用寿命。
附图说明
图1为本发明提供的一种高效的非开挖掘进装置及其挖掘隧道方法的整体示意图。
图2为本发明提供的一种高效的非开挖掘进装置挖掘前进方向的铅锤剖视图。
图3为本发明提供的一种高效的非开挖掘进装置上部分示意图。
图4为本发明提供的一种高效的非开挖掘进装置中部分的示意图。
图5为本发明提供的一种高效的非开挖掘进装置下部分的示意图。
附图标记说明：
60、壳体；70、非开挖掘进装置中部分液压缸承载板；80、非开挖掘进装置前进机构；90、非开挖掘进装置转动主电机；100、刀头旋转部分；101、刀头冲击部分；102、喷水装置；103、排土管；104、刀头配套电机；105、刀头配套电机承载板；106、刀头配套冲击液压缸；107、刀头配套冲击液压缸承载板；108、非开挖掘进装置上部分前进液压缸；109、输水管；110、分隔壁；111、排泥箱；201、非开挖掘进装置中部分大刀头；202、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器；203、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器壳体；204、非开挖掘进装置中部分凸起部；205、非开挖掘进装置中部分配套电机；206、非开挖掘进装置中部分配套液压缸；301、非开挖掘进装置下部分前分隔壁；302、非开挖掘进装置下部分机械臂；303、非开挖掘进装置下部分中分隔壁；304、非开挖掘进装置下部分前进液压缸；305、非开挖掘进装置下部分衬里板输送器；306、非开挖掘进装置下部分后分隔壁；112、总输水管；113、总排土管。
具体实施方式
本发明的优选实施例将通过参考附图进行详细描述，这样对于本发明所属领域的现有技术人员中具有普通技术的人来说容易实现这些实施例；然而本发明也可以各种不同的形式实现，因此本发明不限于下文中描述的实施例；另外，为了更清楚地描述本发明，与本发明没有连接的部件将从附图中省略。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种高效的非开挖掘进装置，包括:壳体60、非开挖掘进装置中部分液压缸承载板70、非开挖掘进装置前进机构80、非开挖掘进装置转动主电机90、刀头旋转部分100、刀头冲击部分101、喷水装置102、排土管103、刀头配套电机104、刀头配套电机承载板105、刀头配套冲击液压缸106、刀头配套冲击液压缸承载板107、非开挖掘进装置上部分前进液压缸108、输水管109、分隔壁110、排泥箱111、非开挖掘进装置中部分大刀头201、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器202、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器壳体203、非开挖掘进装置中部分凸起部204、非开挖掘进装置中部分配套电机205、非开挖掘进装置中部分配套液压缸206、非开挖掘进装置下部分前分隔壁301、非开挖掘进装置下部分机械臂302、非开挖掘进装置下部分中分隔壁303、非开挖掘进装置下部分前进液压缸304、非开挖掘进装置下部分衬里板输送器305、非开挖掘进装置下部分后分隔壁306、总输水管112、总排土管113；
所述刀头旋转部分100和所述刀头冲击部分101组成小刀头；其中，所述刀头旋转部分100负责旋土，所述刀头冲击部分101负责冲击岩石；
所述喷水装置102安装在小刀头的缝隙间，将缝隙间的泥土充掉并润滑泥土，方便排土；
所述排土管103按照一定间距放置在刀盘上下两侧，方便排土的同时又不会造成岩石处于排土管处无法被粉碎的情况；
所述刀头配套电机104为所述小刀头提供周向力；
所述刀头配套电机承载板105承载所述刀头配套电机104，并且内部有管道将所述输水管109分散为所述喷水装置102的许多输水管；
所述刀头配套冲击液压缸106作用于所述刀头配套电机承载板105，为小刀头提供冲击动力；
所述刀头配套冲击液压缸承载板107承载所述刀头配套冲击液压缸106；
所述非开挖掘进装置上部分前进液压缸108作用于所述刀头配套冲击液压缸承载板107，以控制整个非开挖掘进装置上部分前进与后退；
所述输水管109经过所述排泥箱111内部为所述喷水装置102提供水源；
所述分隔壁110承载所述非开挖掘进装置上部分前进液压缸108；
所述排泥箱111技术与[专利文献2]类似，所述排泥箱111连接所述排土管103和所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器202，将所述排土管103和所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器202中的泥土排出；
所述非开挖掘进装置中部分大刀头201对不同硬度的土质进行粉碎；
所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器202将所述非开挖掘进装置中部分大刀头201和所述排土管103输送来的泥土输送到所述排泥箱111中；
所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器壳体203约束泥土，且上下侧具有凸起部，在所述非开挖掘进装置中部分伸入泥土时充当定位滑轨；
所述非开挖掘进装置中部分凸起部204刀盘一端具有斜度，将泥土划入所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器202；
所述非开挖掘进装置中部分配套电机205为所述非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器202提供周向力；
所述非开挖掘进装置中部分配套液压缸206为非开挖掘进装置中部分前进提供动力；
所述非开挖掘进装置下部分前分隔壁301将所述非开挖掘进装置下部分机械臂302所属空间与泥土空间分隔开；
所述非开挖掘进装置下部分机械臂302将所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器305输送来的衬里板安装成衬里体；
所述非开挖掘进装置下部分中分隔壁303承载所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器305并分隔所述非开挖掘进装置下部分机械臂302所属空间和所述非开挖掘进装置下部分前进液压缸304所属空间；
所述非开挖掘进装置下部分前进液压缸304为所述非开挖掘进装置下部分前进提供动力；
所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器305将衬里板输送到所述非开挖掘进装置下部分机械臂302所属空间；
所述非开挖掘进装置下部分后分隔壁306承载所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器305并分隔空间；
所述壳体60保护隧道掘进装置的内部空间；
所述非开挖掘进装置中部分液压缸承载板70承载所述非开挖掘进装置中部分配套液压缸206并承载所述非开挖掘进装置下部分衬里板输送器305、所述总输水管112、所述总排土管113；
所述非开挖掘进装置前进机构80施加力于衬里体，利用反作用力将非开挖掘进装置向前推进。
上述非开挖掘进装置装置的挖掘隧道方法包括如下步骤：
S1：首先将非开挖掘进装置中部分伸入土层，由非开挖掘进装置中部分大刀头201、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器202将泥土粉碎并排出，其非开挖掘进装置中部分凸起部204用作非开挖掘进装置上下部分的定位导轨；
S2：非开挖掘进装置上部分伸入土层，其刀头旋转部分100、刀头冲击部分101、喷水装置102将泥土粉碎并增加流动性再通过排土管103排到排泥箱111，最后非开挖掘进装置上部分收缩；
S3：然后非开挖掘进装置转动主电机90将非开挖掘进装置旋转180度，非开挖掘进装置中部分伸入土层，非开挖掘进装置下部分伸入非开挖掘进装置上部分挖好的空洞，由非开挖掘进装置下部分机械臂302构建衬里，最后非开挖掘进装置下部分收缩；
S4：其后非开挖掘进装置上部分伸入土层，其刀头旋转部分100、刀头冲击部分101、喷水装置102将泥土粉碎并增加流动性再通过排土管103排到排泥箱111，最后非开挖掘进装置上部分收缩；
S5：然后非开挖掘进装置转动主电机90将非开挖掘进装置旋转180度，非开挖掘进装置中部分伸入土层，非开挖掘进装置下部分伸入非开挖掘进装置上部分挖好的空洞，由非开挖掘进装置下部分机械臂302构建衬里，最后非开挖掘进装置下部分收缩。
本发明的基本原理：
采用环形开挖留核心土法，将土层分为上中下三层，挖掘装置头部也分为三部分，第一部分为挖掘装置中部分，先行进入排土并留下做定位导轨；第二部分为挖掘装置上部分，待挖掘装置中部分进入后，将上部分泥土排出再退出，同时第一部分也一起退出；第三部分为挖掘装置下部分，在第一部分和第二部分同时退出后，第二部分和第三部分同时绕轴心旋转，并且第一部分也一起旋转；最后，第一部分伸入后，第二和第三部分同时伸入作业；作业完成后，再次旋转，第一、第三部分伸入作业，第二部分不动。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种高效的非开挖掘进装置，包括：壳体(60)、非开挖掘进装置中部分液压缸承载板(70)、非开挖掘进装置前进机构(80)、非开挖掘进装置转动主电机(90)、刀头旋转部分(100)、刀头冲击部分(101)、喷水装置(102)、排土管(103)、刀头配套电机(104)、刀头配套电机承载板(105)、刀头配套冲击液压缸(106)、刀头配套冲击液压缸承载板(107)、非开挖掘进装置上部分前进液压缸(108)、输水管(109)、分隔壁(110)、排泥箱(111)、非开挖掘进装置中部分大刀头(201)、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器(202)、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器壳体(203)、非开挖掘进装置中部分凸起部(204)、非开挖掘进装置中部分配套电机(205)、非开挖掘进装置中部分配套液压缸(206)、非开挖掘进装置下部分前分隔壁(301)、非开挖掘进装置下部分机械臂(302)、非开挖掘进装置下部分中分隔壁(303)、非开挖掘进装置下部分前进液压缸(304)、非开挖掘进装置下部分衬里板输送器(305)、非开挖掘进装置下部分后分隔壁(306)、总输水管(112)、总排土管(113)；
其特征在于：刀头旋转部分(100)和刀头冲击部分(101)组成小刀头，喷水装置(102)安装在小刀头的缝隙间，排土管(103)均匀的放置在刀盘上下两侧，刀头配套电机(104)的输出端与小刀头连接，刀头配套电机(104)位于刀头配套电机承载板(105)的一侧，刀头配套冲击液压缸(106)输出端与刀头配套电机承载板(105)的另一侧连接，刀头配套冲击液压缸(106)位于刀头配套冲击液压缸承载板(107)的一侧，非开挖掘进装置上部分前进液压缸(108)的输出端与刀头配套冲击液压缸承载板(107)的另一侧连接，输水管(109)的一端与喷水装置(102)连接，非开挖掘进装置上部分前进液压缸(108)位于分隔壁(110)的一侧，排泥箱(111)分别与排土管(103)及非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器(202)连接，非开挖掘进装置中部分大刀头(201)位于小刀头的下方，非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器(202)与排泥箱(111)之间通过排土管(103)连接，非开挖掘进装置中部分凸起部(204)刀盘一端具有斜度，非开挖掘进装置中部分配套电机(205)的输出端与非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器(202)连接，非开挖掘进装置下部分前分隔壁(301)将非开挖掘进装置下部分机械臂(302)所属空间与泥土空间分隔开，非开挖掘进装置下部分机械臂(302)将非开挖掘进装置下部分衬里板输送器(305)输送来的衬里板安装成衬里体，非开挖掘进装置下部分衬里板输送器(305)位于非开挖掘进装置下部分中分隔壁(303)的一侧，非开挖掘进装置下部分衬里板输送器(305)将衬里板输送到非开挖掘进装置下部分机械臂(302)所属空间，非开挖掘进装置下部分后分隔壁(306)承载非开挖掘进装置下部分衬里板输送器(305)并分隔空间，非开挖掘进装置中部分液压缸承载板(70)承载非开挖掘进装置中部分配套液压缸(206)、非开挖掘进装置下部分衬里板输送器(305)、总输水管(112)与总排土管(113)，非开挖掘进装置前进机构(80)施加力于衬里体。
2.根据权利要求1所述的一种高效的非开挖掘进装置，其特征在于：非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器壳体(203)用于约束泥土，且上下两侧具有凸起部。
3.根据权利要求1所述的一种高效的非开挖掘进装置，其特征在于：非开挖掘进装置中部分配套液压缸(206)为非开挖掘进装置中部分前进提供动力，非开挖掘进装置下部分前进液压缸(304)为非开挖掘进装置下部分前进提供动力。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高效的非开挖掘进装置挖掘隧道的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：首先将非开挖掘进装置中部分伸入土层，由非开挖掘进装置中部分大刀头(201)、非开挖掘进装置中部分螺旋式输送器(202)将泥土粉碎并排出，非开挖掘进装置中部分凸起部(204)用作非开挖掘进装置上下部分的定位导轨；
S2：非开挖掘进装置上部分伸入土层，其刀头旋转部分(100)、刀头冲击部分(101)与喷水装置(102)将泥土粉碎并增加流动性，再通过排土管(103)排到排泥箱(111)，最后非开挖掘进装置上部分收缩；
S3：然后非开挖掘进装置转动主电机(90)将非开挖掘进装置旋转180度，非开挖掘进装置中部分伸入土层，非开挖掘进装置下部分伸入非开挖掘进装置上部分挖好的空洞，由非开挖掘进装置下部分机械臂(302)构建衬里，最后非开挖掘进装置下部分收缩；
S4：其后非开挖掘进装置上部分伸入土层，其刀头旋转部分(100)、刀头冲击部分(101)与喷水装置(102)将泥土粉碎并增加流动性再通过排土管(103)排到排泥箱(111)，最后非开挖掘进装置上部分收缩；
S5：然后非开挖掘进装置转动主电机(90)将非开挖掘进装置旋转180度，非开挖掘进装置中部分伸入土层，非开挖掘进装置下部分伸入非开挖掘进装置上部分挖好的空洞，由非开挖掘进装置下部分机械臂(302)构建衬里，最后非开挖掘进装置下部分收缩。
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