CN113431596A - 一种可旋转的硬岩超前切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可旋转的硬岩超前切割系统，包括硬岩超前切割筒体、流体输送组件及传动装置；硬岩超前切割筒体与螺旋顶管机的筒体同中心轴线对接设置；流体输送组件包括第一输送管路、增压部件及第二输送管路，第一输送管路的一端与流体源连通，另一端与增压部件的入口端连通，增压部件用于将经过其内部的流体进行增压；增压部件的出口端与第二输送管路的入口端连通，第二输送管路的出口端设有喷头；传动装置包括驱动总成及传动件，传动件与硬岩超前切割筒体连接；驱动总成与传动件连接，用于为硬岩超前切割筒体沿其自身轴线的转动提供动力。应用本发明的方案，整体系统结构简单且适用性强。

Description

一种可旋转的硬岩超前切割系统

技术领域

本发明涉及岩层施工技术术领域，具体涉及一种可旋转的硬岩超前切割系统。

背景技术

随着城市发展，地下管道越来越多，螺旋顶管机施工由于只需在起点和终点进行挖井，其因具有在提高工作效率的同时对地面产生较小的影响的特点而得到广泛应用。

目前的螺旋顶管机在开挖的过程中，刀头只能开挖地质较软的地层，而很多地区地下均有不同程度的硬岩分布或完全为岩石的地层，使得螺旋顶管机掘进难度大大增加甚至完全无法掘进，且对刀头磨损很大，频繁退出换刀也会极大地降低施工进度。因此，如何增强螺旋顶管机在硬岩地层中的破岩能力，提高其工作效率和适用性成为一个重要问题。

现有技术中，存在一些解决方案，如下：

发明专利ZL201710141665.8、名称为一种分体式螺旋顶管机及其施工工艺，其提出一种调节底座设于主机下方，操作台设于主机上方，主机的中心位置处设有动力头装置，注水装置通过水管与泥浆泵连接，动力头装置的两侧分别设有油缸，油缸通过油管与动力站相连的螺旋顶管机结构，能够适用于各种复杂土层的施工，减少劳动强度，提高施工效率，较之现有的液压马达带动的机头，可实现的扭矩大，顶进速度快等优点。该技术方案没有专门的硬岩切割系统。

申请号为CN200910048569.4的发明申请、名称为一种顶管机的岩石切割方法，其提出将岩石火焰切割机安装在顶管机的顶管刀的内壁上，当顶管机在顶管时碰到岩石时，开动岩石火焰切割机，切割顶管刀前行路上的岩石层，保证顶管机能不断地前行。本发明用于遂道的挖掘和管道的顶进，特别是城市的地铁遂道的修建及管道的铺设。该技术方案遇到岩石时需安装岩石火焰切割机，使用完后需将顶管机回退后取下，影响施工进度。

实用新型专利ZL201820430025.9、名称为矩形顶管机开挖面盲区破碎装置，其提出在破碎装置内设置驱动机构，驱动机构的输出端与十字锥形破土装置相连，若干轴向高压喷嘴和若干径向高压喷嘴环绕十字锥形破土装置，轴向高压喷嘴和径向高压喷嘴与高压水源相连。其优点在于可提供较大顶力，且四周增设不同射流方向的高压水喷头，参与软岩以及加固区土体的破除切削工作，提高切削效率，还能软化已被破除的土体，利于土体顺利排除。该技术方案占用体积大，仅适用于开挖面相对较大的矩形顶管机

综上，急需一种结构简单、适用性强的硬岩切割系统以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单且适用性强的硬岩切割系统，具体技术方案如下：

一种可旋转的硬岩超前切割系统，包括硬岩超前切割筒体、流体输送组件及传动装置；

所述硬岩超前切割筒体与螺旋顶管机的筒体同中心轴线对接设置；

所述流体输送组件包括第一输送管路、增压部件以及第二输送管路，所述第一输送管路通过输送管保护套设置在螺旋顶管机的筒体上，第一输送管路的一端与流体源连通，另一端与增压部件的入口端连通，增压部件用于将经过其内部的流体进行增压；增压部件的出口端通过连接管与第二输送管路的入口端连通，且第二输送管路沿长度方向设置在硬岩超前切割筒体内表面或嵌入筒体内部，第二输送管路的每路出口端设有喷头；

所述传动装置包括驱动总成以及传动件，所述传动件与硬岩超前切割筒体连接；所述驱动总成与传动件连接，用于为硬岩超前切割筒体沿其自身轴线的转动提供动力。

沿硬岩超前切割筒体的周向，流体输送组件和传动装置分别均布有至少两组。本发明中可选的，硬岩超前切割筒体上布置多组流体输送组件，各组流体输送组件沿筒体周向均匀布置，流体输送组件数量至少四组。本发明中可选的，硬岩超前切割筒体由位于后部筒体上的传动装置驱动，传递装置可根据空间布置选择合适安装位置和数量，一般宜采用四组均布布置方式。

本发明中可选的，增压部件为具有高压流体输出功能的部件，其包括高压泵和/或增压器；所述连接管为软管，且软管的长度L，L为[1.2(d+πR/2)，3.0(d+πR/2)]，其中d为增压部件的出口端到第二输送管路的入口端的距离，R为硬岩超前切割筒体的半径。

本发明中可选的，所述硬岩超前切割筒体的端部设有一个或多个串联的L形阶梯，螺旋顶管机的筒体的端部设有与硬岩超前切割筒体的端部相匹配的连接部；由内向外，硬岩超前切割筒体与螺旋顶管机的筒体的对接部位设置至少一层密封圈。

本发明中可选的，所述喷头的喷射方向包括水平向和斜向，其中水平方向喷头数量至少2组；斜向喷头喷射方向朝向筒体内侧待切割的硬岩表面，喷头的喷射方向与硬岩超前切割筒体的轴线形成45°-90°的夹角；水平向喷头和斜向喷头相间布置。

喷头喷头本发明中可选的，硬岩超前切割筒体中位于最前端的端面设置为斜面，以利于筒体插入土体；斜面与硬岩超前切割筒体的轴线的角度范围为30°～75°。

本发明中可选的，所述第一输送管路设置在螺旋顶管机的后部筒体内表面上，第一输送管路的外侧设置管路保护套。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明通过增设可旋转的硬岩超前切割系统，无需配置超高压切割管路所需回转接头，大大减少设备故障；同时，无需大量改变原有螺旋顶管机机身结构即可安装硬岩超前切割系统，实现硬岩超前切割功能，也无需在无硬岩时退机拆除；本发明通过流体输送组件的设计，可根据施工地层的地质条件灵活调整喷头数量和切割流体，对待切割硬岩表面进行全方位作用，加之硬岩超前切割筒体可旋转从而保证开挖面所有岩石均可被切割，确保切割质量；喷头中喷出的流体在切割完岩石后，与土体混合可改善土体性能，更易于螺旋杆输送。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例1的可旋转的硬岩超前切割系统与螺旋顶管机的筒体的装配结构示意图；

图2是图1中A-A剖视图；

图3是图1局部放大视图；

图4是图1的右视图(示意了硬岩超前切割筒体及喷头)；

图5是图4中的B放大图；

其中，1-硬岩超前切割筒体，2-第一输送管路，3-增压部件，4-第二输送管路，5-传动装置，5.1-驱动总成，5.2-齿轮，5.3-齿圈，6-输送管保护套，7、连接管，8、喷头，9、硬岩切割主体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例：

参见图1-图3，一种可旋转的硬岩超前切割系统，包括硬岩超前切割筒体1、流体输送组件以及传动装置5，详细结构如下：

所述硬岩超前切割筒体1与螺旋顶管机的筒体同中心轴线对接设置，此处优选的：所述硬岩超前切割筒体1的末端端部设有一个或多个串联的L形阶梯，螺旋顶管机的筒体的端部设有与硬岩超前切割筒体1的端部相匹配的连接部；所述硬岩超前切割筒体1中位于最前端的端面为斜面，利于插入土体，本实施例优选斜面与硬岩超前切割筒体的轴线的角度范围为30°～75°；由内向外，硬岩超前切割筒体1与螺旋顶管机的筒体的对接部位设置至少一层密封圈(图1和图3中示意了两圈)，防止外部杂物进入。硬岩切割主体9(具体结构及构造参照现有技术)的前端位于硬岩超前切割筒体1内。

所述流体输送组件包括第一输送管路2、增压部件3以及第二输送管路4，优选的，所述第一输送管路2设置在螺旋顶管机的筒体的内壁上，第一输送管路2的外侧设有输送管保护套6(具体材质可根据工况选择)；第一输送管路2的一端与流体源(可以是储存箱等，流体可以是水和砂丸的混合物)连通，另一端与增压部件3的入口端连通，增压部件用于将经过其内部的流体进行增压；增压部件为高压泵，其出口端通过连接管7与第二输送管路4的入口端连通，且第二输送管路4沿硬岩超前切割筒体1的长度方向设置在硬岩超前切割筒体1上(如第二输送管路沿长度方向设置在硬岩超前切割筒体内表面或嵌入筒体内部)，第二输送管路4的每路出口端设有作用于硬岩表面的喷头8。本实施例优选的：所述连接管7为软管，且软管的长度L(确保旋转时软管的长度够长而不影响流体输送)，L为[1.2(d+πR/2)，3.0(d+πR/2)]，其中d为增压部件的出口端到第二输送管路4的入口端的距离，R为硬岩超前切割筒体1的半径。

所述传动装置5包括驱动总成5.1以及传动件，所述传动件与硬岩超前切割筒体1连接；所述驱动总成5.1与传动件连接，用于为硬岩超前切割筒体1沿其自身轴线的转动提供动力。详见图2，本实施例优选所述驱动总成5.1为电机；所述传动件包括位于末端的齿轮5.2和位于前端的齿圈5.3；所述齿圈的内壁面设有啮合齿，其外壁面与前部的硬岩超前切割筒体1固定连接；所述齿轮5.2设置在驱动总成5.1的输出轴上，且齿轮5.2与齿圈5.3上的啮合齿相啮合，齿轮驱动齿圈并带动硬岩超前切割筒体旋转。

进一步优选，硬岩超前切割筒体1上布置多组流体输送组件，各组流体输送组件沿筒体周向均匀布置，流体输送组件数量至少四组(图2中示意流体输送组件均布八组)。硬岩超前切割筒体1由位于后部筒体上的传动装置驱动，传递装置可根据空间布置选择合适安装位置和数量，一般宜采用四组均布布置方式(图2中示意了四组)。

本实施例中，按喷头的喷射方向与硬岩超前切割筒体的轴线方向的关系，分为高压直喷头(喷头的喷射方向与硬岩超前切割筒体的轴线方向相同)和高压斜喷头(喷头的喷射方向与硬岩超前切割筒体的轴线方向成夹角设置)，其中：高压直喷头数量至少两组；高压斜喷头的喷射方向朝向筒体内侧待切割的硬岩表面，高压斜喷头的喷射方向与硬岩超前切割筒体的轴线形成45°-90°的夹角；高压直喷头和高压斜喷头相间布置。比如：在第二输送管路4的出口端(最前端)设置n个高压直喷头(喷射方向与硬岩超前切割筒体1的轴线同向的喷头)和n个高压斜喷头(喷射方向与硬岩超前切割筒体1的轴线成夹角的喷头)用于切割硬岩，详见图4和图5(其中图4中示意了四个高压直喷头和四个高压斜喷头，图5示意了高压斜喷头在硬岩超前切割筒体上的一种设置方式)，传动装置带动硬岩超前切割筒体旋转，从而使高压喷头可旋转θ角度，其中θ≥360/n，实现高压喷头360°切割。

应用本实施例的技术方案，效果是：本发明通过增设可旋转的硬岩超前切割系统，无需大量改变原有螺旋顶管机机身结构即可安装硬岩超前切割系统，实现硬岩超前切割功能，也无需在无硬岩时退机拆除；本发明通过流体输送组件的设计，可根据施工地层的地质条件灵活调整喷头数量和切割流体，对待切割硬岩表面进行全方位作用，加之硬岩超前切割筒体可旋转从而保证开挖面所有岩石均可被切割，确保切割质量；喷头中喷出的流体在切割完岩石后，与土体混合可改善土体性能，更易于螺旋杆输送。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，包括硬岩超前切割筒体、流体输送组件以及传动装置；

所述硬岩超前切割筒体与螺旋顶管机的筒体同中心轴线对接设置；

所述流体输送组件包括第一输送管路、增压部件以及第二输送管路，所述第一输送管路设置在螺旋顶管机的筒体上，第一输送管路的一端与流体源连通，另一端与增压部件的入口端连通，增压部件用于将经过其内部的流体进行增压；增压部件的出口端通过连接管与第二输送管路的入口端连通，且第二输送管路沿长度方向设置在硬岩超前切割筒体上，第二输送管路的出口端设有喷头；

所述传动装置包括驱动总成以及传动件，所述传动件与硬岩超前切割筒体连接；所述驱动总成与传动件连接，用于为硬岩超前切割筒体沿其自身轴线的转动提供动力。

2.根据权利要求1所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，所述驱动总成为电机；所述传动件包括齿轮和齿圈；所述齿圈的内壁面设有啮合齿，其外壁面与硬岩超前切割筒体的内壁连接；所述齿轮设置在驱动总成的输出轴上，且齿轮与齿圈上的啮合齿相啮合。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，沿硬岩超前切割筒体的周向，流体输送组件和传动装置分别均布有至少两组。

4.根据权利要求3所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，传动装置均布有四组；所述流体输送组件均布八组。

5.根据权利要求1所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，所述增压部件为具有高压流体输出功能的部件；所述连接管为软管，且软管的长度L，L为[1.2(d+πR/2)，3.0(d+πR/2)]，其中d为增压部件的出口端到第二输送管路的入口端的距离，R为硬岩超前切割筒体的半径。

6.根据权利要求1所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，所述硬岩超前切割筒体的端部设有一个或多个串联的L形阶梯，螺旋顶管机的筒体的端部设有与硬岩超前切割筒体的端部相匹配的连接部；由内向外，硬岩超前切割筒体与螺旋顶管机的筒体的对接部位设置至少一层密封圈。

7.根据权利要求1所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，所述喷头的喷射方向朝向待切割的硬岩表面，喷头的喷射方向与硬岩超前切割筒体的轴线形成0°-90°的夹角。

8.根据权利要求7所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，沿硬岩超前切割筒体的周向，喷射方向与硬岩超前切割筒体的轴线同向的喷头和喷射方向与硬岩超前切割筒体的轴线成夹角的喷头相间布置。

9.根据权利要求1所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，所述硬岩超前切割筒体中位于最前端的端面为斜面。

10.根据权利要求1所述的可旋转的硬岩超前切割系统，其特征在于，所述第一输送管路设置在螺旋顶管机的筒体上，第一输送管路的外侧设有管路保护套。

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