CN114370277B

CN114370277B - 用于新开救援隧道的自驱式掘进装置

Info

Publication number: CN114370277B
Application number: CN202111440749.4A
Authority: CN
Inventors: 高广军; 邓赞; 苗秀娟
Original assignee: Central South University; Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Central South University; Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2041-11-30
Also published as: CN114370277A

Abstract

本发明公开了一种用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，包括中心轴，中心轴前端安装有用于新开隧道的开孔组件，中心轴后端安装有多级可撑开与新开隧道壁接触以为开孔组件提供支撑力以及可沿掘进方向行进的撑靴组件。该掘进装置具有结构简单可靠、可实现快速掘进、能节省抢险救援时间的优点。

Description

用于新开救援隧道的自驱式掘进装置

技术领域

本发明主要涉及抢险过程中的安全救援通道施工技术，尤其涉及一种用于新开救援隧道的自驱式掘进装置。

背景技术

许多伤亡是因为人员被埋在土中，因为没有快速的施工装备开通抢险救援通道而错失救援的黄金时间；严重的地震灾害常造成楼房倒塌在废墟中的人员急需救援，也是因为无快速开通直达人员被困地点的救援装备而增大了人员的伤亡危害；地下工程的大量修建不时发生很大的塌方引起的“关门事故”等地质类灾害事故，造成人员被困于塌方体后方急需救援抢险通道的快速开通装备。目前，发生上述事故的抢险救援通道仅在隧道发生大型塌方发生“关门事故”，隧道塌方体的工作面前方有人员被困的情况下，为尽快解救被困人员采用了把市政小型隧道施工中的后方顶进管道的方法应用到救援通道的施工中，该方法非专用的救援通道施工机械，因此受到顶进距离偏短和必须直线顶进及现场塌方不断进行等因素影响的制约，还不能形成一种有效的专用的施工机械。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单可靠、可实现快速掘进、能节省抢险救援时间的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，包括中心轴，所述中心轴前端安装有用于新开隧道的开孔组件，所述中心轴后端安装有多级可撑开与新开隧道壁接触以为开孔组件提供支撑力以及可沿掘进方向行进的撑靴组件。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述撑靴组件包括行进驱动件、撑开驱动件和多块弧形靴板，最前一级撑靴组件的行进驱动件安装在中心轴上，该级的撑开驱动件与中心轴套接并与行进驱动件的输出端连接，该级的各块弧形靴板沿周向方向安装在撑开驱动件的输出端，后一级的撑开驱动件套装在一连接轴内并通过连接轴与前一级的撑开驱动件固接，后一级的行进驱动件安装在连接轴上。

所述撑开驱动件包括支撑杆和多个撑开驱动缸，最前一级的所述支撑杆套装在中心轴内并与行进驱动件的输出端连接，各撑开驱动缸沿周向方向安装在支撑杆上，各块弧形靴板沿周向方向安装在相应的撑开驱动缸的输出端，连接轴与前一级的支撑杆固接，后一级的支撑杆套装在前一级的连接轴内。

最前一级的所述支撑杆套装在中心轴内并通过平键配合限定其转动，后一级的支撑杆套装在前一级的连接轴内并通过平键配合限定其转动。

所述弧形靴板的顶面均匀铺装有用于提高支撑力的锚锥体。

所述行进驱动件包括安装台和行进驱动缸，最前一级的安装台固定在中心轴上，该级的行进驱动缸固定在安装台上、且其输出端与该级的支撑杆连接，后一级的安装台固定在该级的连接轴上。

所述开孔组件包括扩孔钻头、冲击模块、桶钻和牙轮钻，所述桶钻和牙轮钻可根据工况选择性安装在中心轴前端，所述扩孔钻头和冲击模块可根据工况适应性安装在中心轴上。

所述扩孔钻头包括转盘和均匀间隔布置在转盘上的扩孔刀具，各扩孔刀具之间形成导槽。

所述冲击模块包括固定块、弹簧和多根液压冲击钻，所述固定块套装在中心轴上，所述弹簧套装在中心轴上并对固定块形成弹性接触，各液压冲击钻沿固定块周向均匀布置。

所述冲击模块还包括保护罩，所述保护罩罩设在固定块、弹簧和各液压冲击钻外部，保护罩上开设多个用于相应冲击钻伸出的避让孔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，该掘进装置包括中心轴，中心轴前端安装有用于新开隧道的开孔组件，中心轴后端安装有多级可撑开与新开隧道壁接触以为开孔组件提供支撑力以及可沿掘进方向行进的撑靴组件。在新开救援隧道时，中心轴前端的开孔组件旋转运行以实现新开隧道，中心轴后端的多级撑靴组件为开孔组件旋转时的支撑力和沿掘进方向的行进力，即前一级撑靴组件撑开与新开隧道壁接触形成支撑时，后一级撑靴组件则收缩并沿掘进方向行进，然后后一级撑靴组件撑开与新开隧道壁接触形成支撑时，前一级撑靴组件则收缩并沿掘进方向行进，以此往复，从而实现自驱式掘进，其结构简单可靠，实现了快速掘进，提高了效率，为抢险救援争取了宝贵时间。

附图说明

图1是本发明用于新开救援隧道的自驱式掘进装置的结构示意图(牙轮钻安装状态)。

图2是本发明用于新开救援隧道的自驱式掘进装置的结构示意图(桶钻安装状态)。

图3是本发明用于新开救援隧道的自驱式掘进装置的结构示意图(弧形靴板收缩状态)。

图4是本发明用于新开救援隧道的自驱式掘进装置的内部结构示意图。

图5是本发明用于新开救援隧道的自驱式掘进装置中冲击模块的结构示意图。

图中各标号表示：

1、中心轴；2、开孔组件；21、扩孔钻头；211、转盘；212、扩孔刀具；213、导槽；22、冲击模块；221、固定块；222、弹簧；223、冲击钻；224、保护罩；2241、避让孔；23、桶钻；24、牙轮钻；3、撑靴组件；31、行进驱动件；311、安装台；312、行进驱动缸；32、撑开驱动件；321、支撑杆；322、撑开驱动缸；33、弧形靴板；331、锚锥体；34、连接轴。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1至图5示出了本发明用于新开救援隧道的自驱式掘进装置的一种实施例，该掘进装置包括中心轴1，中心轴1前端安装有用于新开隧道的开孔组件2，中心轴1后端安装有多级可撑开与新开隧道壁接触以为开孔组件2提供支撑力以及可沿掘进方向行进的撑靴组件3。在新开救援隧道时，中心轴1前端的开孔组件2旋转运行以实现新开隧道，中心轴1后端的多级撑靴组件3为开孔组件2旋转时的支撑力和沿掘进方向的行进力，即前一级撑靴组件3 撑开与新开隧道壁接触形成支撑时，后一级撑靴组件3则收缩并沿掘进方向行进，然后后一级撑靴组件3撑开与新开隧道壁接触形成支撑时，前一级撑靴组件3则收缩并沿掘进方向行进，以此往复，从而实现自驱式掘进，其结构简单可靠，实现了快速掘进，提高了效率，为抢险救援争取了宝贵时间。

本实施例中，撑靴组件3包括行进驱动件31、撑开驱动件32和多块弧形靴板33，最前一级撑靴组件3的行进驱动件31安装在中心轴1上，该级的撑开驱动件32与中心轴1套接并与行进驱动件31的输出端连接，该级的各块弧形靴板33沿周向方向安装在撑开驱动件32的输出端，后一级的撑开驱动件32套装在一连接轴34内并通过连接轴34与前一级的撑开驱动件32固接，后一级的行进驱动件31安装在连接轴34上。该结构中，中心轴1作为最前一级撑靴组件3的安装基础，连接轴34作为后一级撑靴组件3的安装基础，前一级的弧形靴板 33受撑开驱动件32的驱动而撑开与新开隧道壁接触形成支撑时，后一级的弧形靴板33受撑开驱动件32的驱动收缩，同时后一级的行进驱动件31带动后一级的撑开驱动件32在连接轴34内收缩，从而实现后一级撑靴组件3沿掘进方向行进，然后一级的弧形靴板33受撑开驱动件32的驱动而撑开与新开隧道壁接触形成支撑时，前一级的弧形靴板33受撑开驱动件32的驱动收缩，同时前一级的行进驱动件31带动前一级的撑开驱动件32在中心轴1内收缩从而实现前一级撑靴组件3沿掘进方向行进，以此往复，从而实现自驱式掘进，其结构简单可靠，实现了快速掘进，提高了效率，为抢险救援争取了宝贵时间。

本实施例中，撑开驱动件32包括支撑杆321和多个撑开驱动缸322，最前一级的支撑杆 321套装在中心轴1内并与行进驱动件31的输出端连接，各撑开驱动缸322沿周向方向安装在支撑杆321上，各块弧形靴板33沿周向方向安装在相应的撑开驱动缸322的输出端，连接轴34与前一级的支撑杆321固接，后一级的支撑杆321套装在前一级的连接轴34内。该结构中，支撑杆321作为撑开驱动缸322的安装基础以及先进时的伸缩杆使用，撑开驱动缸322 的伸缩则带动各块弧形靴板33的展开和收缩，其结构简单巧妙。

本实施例中，最前一级的支撑杆321套装在中心轴1内并通过平键配合限定其转动，后一级的支撑杆321套装在前一级的连接轴34内并通过平键配合限定其转动。该结构中，通过平键配能保证支撑杆321在先进方向的伸缩功能，又防止支撑杆321发生转动，提高了整体结构的稳定性和可靠性。

本实施例中，弧形靴板33的顶面均匀铺装有用于提高支撑力的锚锥体331。该锚锥体331 的设置进一步提高了弧形靴板33与新开隧道壁之间支撑力的强度。

本实施例中，行进驱动件31包括安装台311和行进驱动缸312，最前一级的安装台311 固定在中心轴1上，该级的行进驱动缸312固定在安装台311上、且其输出端与该级的支撑杆321连接，后一级的安装台311固定在该级的连接轴34上。该结构中，行进驱动缸312的伸缩会带动支撑杆321的伸缩，从而实现行进。

本实施例中，开孔组件2包括扩孔钻头21、冲击模块22、桶钻23和牙轮钻24，桶钻23和牙轮钻24可根据工况选择性安装在中心轴1前端，扩孔钻头21和冲击模块22可根据工况适应性安装在中心轴1上。该结构中，当涉及钢筋混凝土结构时，可先将桶钻23安装在中心轴1前端实现钢筋混凝土结构的破拆，而后，再将桶钻23拆除，在中心轴1上由前至后依次装上牙轮钻24、冲击模块22和扩孔钻头21，牙轮钻24负责碾碎前方土渣，冲击模块22负责对硬质物体进行冲击打碎，而扩孔钻头21则实现扩孔的同时将土渣向后排出。

本实施例中，扩孔钻头21包括转盘211和均匀间隔布置在转盘211上的扩孔刀具212，各扩孔刀具212之间形成导槽213。该结构中，扩孔刀具212实现扩孔，导槽213将土渣向后排出，其结构简单可靠。

本实施例中，冲击模块22包括固定块221、弹簧222和多根液压冲击钻223，固定块221 套装在中心轴1上，弹簧222套装在中心轴1上并对固定块221形成弹性接触，各液压冲击钻223沿固定块221周向均匀布置。该结构中，固定块221作为各液压冲击钻223的安装基础，各液压冲击钻223的往复动作会对周边质物体进行冲击打碎，而弹簧222的设置使得固定块221能在中心轴1上往复滑动，以防止液压冲击钻223伸出时与岩土径向卡死或损坏、折断。

本实施例中，冲击模块22还包括保护罩224，保护罩224罩设在固定块221、弹簧222和各液压冲击钻223外部，保护罩224上开设多个用于相应冲击钻223伸出的避让孔2241。该保护罩224能防止岩土直接掉落与内部结构接触，提高了其使用寿命。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：包括中心轴（1），所述中心轴（1）前端安装有用于新开隧道的开孔组件（2），所述中心轴（1）后端安装有多级可撑开与新开隧道壁接触以为开孔组件（2）提供支撑力以及可沿掘进方向行进的撑靴组件（3），所述撑靴组件（3）包括行进驱动件（31）、撑开驱动件（32）和多块弧形靴板（33），最前一级撑靴组件（3）的行进驱动件（31）安装在中心轴（1）上，该级的撑开驱动件（32）与中心轴（1）套接并与行进驱动件（31）的输出端连接，该级的各块弧形靴板（33）沿周向方向安装在撑开驱动件（32）的输出端，后一级的撑开驱动件（32）套装在一连接轴（34）内并通过连接轴（34）与前一级的撑开驱动件（32）固接，后一级的行进驱动件（31）安装在连接轴（34）上。

2.根据权利要求1所述的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：所述撑开驱动件（32）包括支撑杆（321）和多个撑开驱动缸（322），最前一级的所述支撑杆（321）套装在中心轴（1）内并与行进驱动件（31）的输出端连接，各撑开驱动缸（322）沿周向方向安装在支撑杆（321）上，各块弧形靴板（33）沿周向方向安装在相应的撑开驱动缸（322）的输出端，连接轴（34）与前一级的支撑杆（321）固接，后一级的支撑杆（321）套装在前一级的连接轴（34）内。

3.根据权利要求2所述的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：最前一级的所述支撑杆（321）套装在中心轴（1）内并通过平键配合限定其转动，后一级的支撑杆（321）套装在前一级的连接轴（34）内并通过平键配合限定其转动。

4.根据权利要求3所述的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：所述弧形靴板（33）的顶面均匀铺装有用于提高支撑力的锚锥体（331）。

5.根据权利要求4所述的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：所述行进驱动件（31）包括安装台（311）和行进驱动缸（312），最前一级的安装台（311）固定在中心轴（1）上，该级的行进驱动缸（312）固定在安装台（311）上、且其输出端与该级的支撑杆（321）连接，后一级的安装台（311）固定在该级的连接轴（34）上。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：所述开孔组件（2）包括扩孔钻头（21）、冲击模块（22）、桶钻（23）和牙轮钻（24），所述桶钻（23）和牙轮钻（24）可根据工况选择性安装在中心轴（1）前端，所述扩孔钻头（21）和冲击模块（22）可根据工况适应性安装在中心轴（1）上。

7.根据权利要求6所述的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：所述扩孔钻头（21）包括转盘（211）和均匀间隔布置在转盘（211）上的扩孔刀具（212），各扩孔刀具（212）之间形成导槽（213）。

8.根据权利要求7所述的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：所述冲击模块（22）包括固定块（221）、弹簧（222）和多根液压冲击钻（223），所述固定块（221）套装在中心轴（1）上，所述弹簧（222）套装在中心轴（1）上并对固定块（221）形成弹性接触，各液压冲击钻（223）沿固定块（221）周向均匀布置。

9.根据权利要求8所述的用于新开救援隧道的自驱式掘进装置，其特征在于：所述冲击模块（22）还包括保护罩（224），所述保护罩（224）罩设在固定块（221）、弹簧（222）和各液压冲击钻（223）外部，保护罩（224）上开设多个用于相应冲击钻（223）伸出的避让孔（2241）。