CN117145469A - 一种隧道施工用岩石胀碎装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道施工用岩石胀碎装置及其使用方法，包括：液压缸体，所述活塞杆的中部设置有斜面；外筒体，数量与所述活塞杆的数量相同，所述液压缸体在其外围对应每个所述活塞杆均设置有一个所述外筒体，所述外筒体由两个半筒体拼接组成，所述半筒体均设置有斜面，所述活塞杆收缩时，所述活塞杆的斜面和所述半筒体的斜面相配合从而使两个所述半筒体张开，两个所述半筒体的张开方向与所述活塞杆的长度方向垂直；转动电机，所述转动电机的转动轴连接于所述液压缸体的顶端的中心位置；方向传感器；控制系统，用于通过所述方向传感器获取所述液压缸体的方向，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向相对且错开。

Description

一种隧道施工用岩石胀碎装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及胀碎装置领域，具体指有一种隧道施工用岩石胀碎装置及其使用方法。

背景技术

隧道施工的过程中，需要在开挖断面进行开挖，开挖的过程中如果遇到岩石等硬度大、体积大的物体，则需要将其碎裂后挖除。胀裂器是一种用于在钻孔内部将岩体、岩块和混凝土构体（件）分裂的器件。

岩石胀碎装置的结构一般如图1所示，其包括壳体，以及可在壳体表面伸缩的活塞，通过向插进钻孔的管状密封弹性膨胀器内充入高压水，利用压力能做功使活塞伸出，活塞伸出产生的巨大胀力使岩块从岩体分离或碎裂。现有的隧道施工过程中，其开挖面一般为竖直状态，在开挖面进行打出横向孔后放入岩石胀碎装置进行碎岩。岩石胀碎装置的活塞伸出的过程中，除了需要将岩石内部拉伸破坏，还需要克服岩石向下的重力作用，以及，现有的岩石胀碎的过程中，多个岩石胀碎装置是互相独立工作的，因此现有的岩石胀碎装置所需要匹配的液压站的最大液压较大，且容易损坏液压站。

针对上述的现有技术存在的问题设计一种隧道施工用岩石胀碎装置及其使用方法是本发明研究的目的。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明在于提供一种隧道施工用岩石胀碎装置及其使用方法，能够有效解决上述现有技术存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种隧道施工用岩石胀碎装置，包括：

液压缸体，所述液压缸体包括缸体，所述缸体内分隔成多个活塞安装腔，所述活塞安装腔内均设置有一个活塞，所述活塞连接有活塞杆，所述活塞将所述活塞安装腔分隔成有杆腔和无杆腔，每个所述有杆腔依次串联后与第一液孔相连通，每个所述无杆腔依次串联后与第二液孔相连通，所述活塞杆凸出于所述缸体并且所述活塞杆受所述活塞驱动可伸缩运动，所述活塞杆的中部设置有斜面；

外筒体，数量与所述活塞杆的数量相同，所述液压缸体在其外围对应每个所述活塞杆均设置有一个所述外筒体，所述外筒体由两个半筒体拼接组成，所述半筒体均设置有斜面，所述活塞杆收缩时，所述活塞杆的斜面和所述半筒体的斜面相配合从而使两个所述半筒体张开，两个所述半筒体的张开方向与所述活塞杆的长度方向垂直；

转动电机，所述转动电机的转动轴连接于所述液压缸体的顶端的中心位置；

方向传感器；

控制系统，用于通过所述方向传感器获取所述液压缸体的方向，控制所述转动电机转动所述液压缸体，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向相对且错开。

进一步地，所述液压缸体设置有若干轨道，所述半筒体通过所述轨道连接于所述液压缸体的外壁。

进一步地，两个所述半筒体相对的一侧设置有安装槽，所述安装槽内设置有弹簧，所述弹簧的两端分别连接至其中一个所述半筒体，所述弹簧用于在所述半筒体张开之后提供所述半筒体互相靠近的拉力。

进一步地，所述半筒体在其外壁设置有若干突出尖端，所述突出尖端在所述半筒体上所处的径向与两个所述半筒体的张开方向相同。

进一步地，所述转动电机的顶端设置有顶靠装置，所述顶靠装置用于伸出后顶靠相应的洞口，从而固定所述转动电机。

进一步地，所述顶靠装置包括固定套管，所述固定套管固接于所述转动电机的顶端，所述固定套管的两端设置有螺纹，所述固定套管的两端通过所述螺纹螺接有连接杆，所述连接杆转动时通过所述螺纹的配合可伸出或缩回。

进一步提供一种隧道施工用岩石胀碎装置的使用方法，基于多个所述一种隧道施工用岩石胀碎装置，包含以下步骤：

S1，将多个所述岩石胀碎装置分别放置于待胀碎岩石的钻孔中，固定所述转动电机的顶端，所述钻孔的方向为横向；

S2，通过所述方向传感器获取所述液压缸体的方向，通过所述控制系统控制所述转动电机驱动所述液压缸体转动，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向相对且错开；

S3，控制液压泵通过所述第一液孔施加压力，使所述活塞杆收缩，通过所述活塞杆收缩带动两个所述半筒体张开，相邻的岩石胀碎装置通过所述半筒体张开从而对所述待胀碎岩石施加剪切破坏力，使所述待胀碎岩石对应相邻的岩石胀碎装置之间的部分被剪切破坏生成断裂纹；

S4，控制液压泵通过所述第二液孔施加压力，使所述活塞杆伸出，通过所述活塞杆对所述待胀碎岩石施加拉伸破坏力，使所述断裂纹被拉升破坏而扩大生成断裂面。

进一步地，S2中，通过所述控制系统控制所述转动电机驱动所述液压缸体转动，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向相对且错开包括：

通过所述控制系统控制所述转动电机驱动所述液压缸体转动，使所述活塞杆朝向与竖直方向相差A角度的位置。

进一步地，A为1~5°。

因此，本发明提供以下的效果和/或优点：

本发明在设置了外筒体，以及通过控制系统控制外筒体的方向，从而使相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向相对且错开，在该结构以及张开方向的设置下，相邻的岩石胀碎装置的外筒体可以对岩石产生剪切破坏力，以及活塞杆可以对岩石产生拉伸破坏力，多个岩石胀碎装置互相配合的配合下，先产生剪切破坏力，再产生拉伸破坏力，可以使岩石更容易被胀碎，以及多个岩石胀碎装置互相配合，减轻液压站的最大压力需求。

本申请通过活塞杆和外筒体的结构和连接关系，通过活塞杆的收缩和伸出，即可实现拉伸破坏力和剪切破坏力，结构简单且互相关联。

应当明白，本发明的上文的概述和下面的详细说明是示例性和解释性的，并且意在提供对如要求保护的本发明的进一步的解释。

附图说明

图1为现有技术的岩石胀碎装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的结构示意图。

图3为本发明实施例的剖视图。

图4为本发明实施例的结构爆炸示意图。

图5为相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向示意图。

图6为剪切破坏力对岩石的剪切破坏示意图。

图7为拉伸破坏力对岩石的拉伸破坏示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本发明的结构作进一步详细描述：

参考图2-5，一种隧道施工用岩石胀碎装置，包括：

液压缸体1，所述液压缸体1包括缸体101，所述缸体101内分隔成多个活塞安装腔102，所述活塞安装腔内均设置有一个活塞103，所述活塞103连接有活塞杆104，所述活塞103将所述活塞安装腔102分隔成有杆腔1021和无杆腔1022，每个所述有杆腔1021依次串联后与第一液孔105相连通，每个所述无杆腔1022依次串联后与第二液孔106相连通，所述活塞杆104凸出于所述缸体101并且所述活塞杆104受所述活塞103驱动可伸缩运动，所述活塞杆104的中部设置有斜面；

本实施例中，液压缸体1对应所述活塞杆的中部设置有斜面以外的结构均为现有技术，其工作原理是，当液压泵向有杆腔1021施加压力时，液体通过液压泵流入有杆腔1021，无杆腔1022内的液体回流到液压泵，从而驱动活塞103朝向无杆腔1022的方向移动，此时活塞杆104收缩；当液压泵向无杆腔1022施加压力时，液体通过液压泵流入无杆腔1022，有杆腔1021内的液体回流到液压泵，从而驱动活塞103朝向有杆腔1021的方向移动，此时活塞杆104伸出。本实施例将每个所述有杆腔1021依次串联后与第一液孔105相连通，每个所述无杆腔1022依次串联后与第二液孔106相连通，因此向第一液孔105施加压力时，所有的活塞杆104可收缩，向第二液孔106施加压力时，所有的活塞杆104可伸出。

本实施例的一个核心改进点是，所述活塞杆104的中部设置有斜面。

外筒体2，数量与所述活塞杆104的数量相同，所述液压缸体1在其外围对应每个所述活塞杆104均设置有一个所述外筒体2，所述外筒体2由两个半筒体201拼接组成，所述半筒体201均设置有斜面，所述活塞杆104收缩时，所述活塞杆104的斜面和所述半筒体201的斜面相配合从而使两个所述半筒体201张开，两个所述半筒体201的张开方向与所述活塞杆104的长度方向垂直；

本实施例中，外筒体2是两个对称的半筒体201拼接组成，外筒体2以多个活塞杆104的中心线组成的平面为对称面分布，组合后的外筒体2对应活塞杆104的斜面位置设置有斜面，外筒体2的斜面与活塞杆104的斜面相配合设置，同时外筒体2还设置有通孔便于活塞杆104伸出。在自然状态下，活塞杆104的末端突出于外筒体2的外侧，活塞杆104的中部通过其斜面抵靠在外筒体2的斜面。因此，当活塞杆104收缩时，活塞杆104的斜面挤压外筒体2的斜面从而使两个半筒体201张开。而且，两个所述半筒体201的张开方向与所述活塞杆104的长度方向垂直，例如岩石胀碎装置横向放置时，所述活塞杆104的长度方向为竖直向上，两个所述半筒体201的张开方向为水平朝向左右两侧。

这样的结构下，当岩石胀碎装置放置于钻孔中，当活塞杆104收缩时两个半筒体201张开可以从左右两侧张开，从而通过两个半筒体201向待胀碎岩石的钻孔的左右两侧进行施力，当活塞杆104伸出时，通过活塞杆104向待胀碎岩石的钻孔的上端进行施力。

转动电机3，所述转动电机3的转动轴连接于所述液压缸体1的顶端的中心位置；

本实施例中，转动电机3通过其转动轴驱动所述液压缸体1进行转动，从而控制活塞杆104的朝向，以及两个半筒体201的张开方向。

方向传感器（未画出）；

本实施例中的方向传感器为现有技术，可以返回方向数据。方向传感器可以设置于液压缸体1或者外筒体2上，从而跟随液压缸体1或者外筒体2转动，从而获得液压缸体1或者外筒体2的朝向。

控制系统（未画出），用于通过所述方向传感器获取所述液压缸体1的方向，控制所述转动电机3转动所述液压缸体1，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体2的张开方向相对且错开。控制系统还可以设置有通信模块。

本实施例中，通过转动电机3和方向传感器的配合，可以实现通过转动电机3带动液压缸体1或者外筒体2转动至任意方向。为了实现更好的胀碎岩的技术效果，本实施例将相邻的岩石胀碎装置的外筒体2的张开方向相对且错开，如图6所示，当相邻的岩石胀碎装置的外筒体2的张开方向相对时，由于岩石属于脆性物质结构，当脆性物质结构受到两个相向的力而被挤压时，会出现剪切破坏的现象。并且，本实施例中进一步将外筒体2的张开方向设置为相对且错开，即可表示为相邻的岩石胀碎装置的外筒体2的张开方向平行，并且张开方向不相连，通过这种相对且错开的剪切力，可以更加容易使岩石产生剪切破坏，使岩石出现裂纹。

本实施例可以先通过活塞杆104收缩使外筒体2张开，从而使岩石产生剪切破坏出现裂纹后，如图7所示，再通过活塞杆104伸出顶靠岩石，此时岩石在裂纹被活塞杆104顶靠后从而进一步放大形成V型结构的裂纹，使得活塞杆104更容易将岩石胀碎从而断裂。

进一步地，所述液压缸体1设置有若干轨道107，所述半筒体201通过所述轨道107连接于所述液压缸体1的外壁。

本实施例中液压缸体1和半筒体201均设置有轨道107，通过轨道连接可以限位半筒体201的活动方向，同时可以限位半筒体201不脱离液压缸体1的外壁。

进一步地，两个所述半筒体201相对的一侧设置有安装槽203，所述安装槽203内设置有弹簧204，所述弹簧204的两端分别连接至其中一个所述半筒体201，所述弹簧204用于在所述半筒体201张开之后提供所述半筒体201互相靠近的拉力。

当活塞杆104收缩后，活塞杆104将两个半筒体201撑开，此时如果活塞杆104开始伸出，如果半筒体201不恢复到原始位置，则在下一次使用岩石胀碎装置时需要操作人员手动恢复半筒体201的位置，使其重新贴靠在液压缸体1的外壁。本实施例通过弹簧204及其连接关系，当半筒体201未受力张开时，可以通过弹簧204将两个所述半筒体201拉靠近，使其重新贴靠在液压缸体1的外壁。

进一步地，所述半筒体201在其外壁设置有若干突出尖端202，所述突出尖端202在所述半筒体201上所处的径向与两个所述半筒体201的张开方向相同。

本实施例通过突出尖端202的设置以及其位置，当所述半筒体201张开时，在半筒体201的张开方向上可以通过突出尖端202对钻洞的内壁进行施力，突出尖端202对钻洞的内壁的压强较高，钻洞的内壁更容易出现裂纹。

进一步地，所述转动电机3的顶端设置有顶靠装置4，所述顶靠装置4用于伸出后顶靠相应的洞口，从而固定所述转动电机3。

进一步地，所述顶靠装置4包括固定套管401，所述固定套管401固接于所述转动电机3的顶端，所述固定套管401的两端设置有螺纹，所述固定套管401的两端通过所述螺纹螺接有连接杆402，所述连接杆转动时通过所述螺纹的配合可伸出或缩回。

由于岩石胀碎装置需要伸入到钻孔中使用，而转动电机3如果没有固定设置，则转动电机3难以带动外筒体2、液压缸体1转动。本实施例通过所述顶靠装置4的作用，当岩石胀碎装置伸入到钻孔时，转动连接杆402使其伸出，从而顶靠在钻孔的洞口处，起到固定转动电机3的作用。

进一步提供一种隧道施工用岩石胀碎装置的使用方法，基于所述一种隧道施工用岩石胀碎装置，包含以下步骤：

S1，将多个所述岩石胀碎装置分别放置于待胀碎岩石的钻孔中，固定所述转动电机3的顶端，所述钻孔的方向为横向；

本步骤中，可以通过顶靠装置4固定所述转动电机3的顶端。

S2，通过所述方向传感器获取所述液压缸体1的方向，通过所述控制系统控制所述转动电机3驱动所述液压缸体1转动，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体201的张开方向相对且错开；

本步骤中，岩石胀碎装置的外筒体201的张开方向如图6所示。

S3，控制液压泵通过所述第一液孔105施加压力，使所述活塞杆104收缩，通过所述活塞杆104收缩带动两个所述半筒体201张开，相邻的岩石胀碎装置通过所述半筒体201张开从而对所述待胀碎岩石施加剪切破坏力，使所述待胀碎岩石对应相邻的岩石胀碎装置之间的部分被剪切破坏生成断裂纹；

本步骤的工作原理如图6所示，在上述已经说明，在此不再赘述。本步骤的核心是，先通过活塞杆104收缩，以及控制各个岩石胀碎装置的所述半筒体201张开方向，从而实现相邻的岩石胀碎装置产生的力作为剪切破坏力。此时生成的断裂纹与所述半筒体201张开方向呈一定夹角，例如45°左右。

S4，控制液压泵通过所述第二液孔106施加压力，使所述活塞杆104伸出，通过所述活塞杆104对所述待胀碎岩石施加拉伸破坏力，使所述断裂纹被拉升破坏而扩大生成断裂面。

本步骤的核心是，控制各个岩石胀碎装置的活塞杆104伸出方向，从而实现相邻的岩石胀碎装置产生的力作为拉伸破坏力。由于活塞杆104伸出方向与上述的张开方向相垂直，如图7所示，此时可以更省力地将步骤S3中生成的断裂纹拉升破坏，扩大并生成断裂面，从而将岩石胀碎。

进一步地，S2中，通过所述控制系统控制所述转动电机3驱动所述液压缸体1转动，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体2的张开方向相对且错开包括：

通过所述控制系统控制所述转动电机3驱动所述液压缸体1转动，使所述活塞杆104朝向与竖直方向相差A角度的位置。A为1~5°。

本实施例中，通过相对且错开的张开力，使相邻的岩石胀碎装置实现对岩石进行剪切破坏，通过使所述活塞杆104朝向与竖直方向相差A角度，以及活塞杆104与外筒体2的张开方向相垂直设置的关系，从而可以控制各个岩石胀碎装置，使其转动至活塞杆104朝向与竖直方向相差A角度的位置，可以更好地对岩石进行剪切破坏。A为1~5°中的任意数值，在此不做限定。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (9)

1.一种隧道施工用岩石胀碎装置，其特征在于：包括：

液压缸体，所述液压缸体包括缸体，所述缸体内分隔成多个活塞安装腔，所述活塞安装腔内均设置有一个活塞，所述活塞连接有活塞杆，所述活塞将所述活塞安装腔分隔成有杆腔和无杆腔，每个所述有杆腔依次串联后与第一液孔相连通，每个所述无杆腔依次串联后与第二液孔相连通，所述活塞杆凸出于所述缸体并且所述活塞杆受所述活塞驱动可伸缩运动，所述活塞杆的中部设置有斜面；

外筒体，数量与所述活塞杆的数量相同，所述液压缸体在其外围对应每个所述活塞杆均设置有一个所述外筒体，所述外筒体由两个半筒体拼接组成，所述半筒体均设置有斜面，所述活塞杆收缩时，所述活塞杆的斜面和所述半筒体的斜面相配合从而使两个所述半筒体张开，两个所述半筒体的张开方向与所述活塞杆的长度方向垂直；

转动电机，所述转动电机的转动轴连接于所述液压缸体的顶端的中心位置；

方向传感器；

控制系统，用于通过所述方向传感器获取所述液压缸体的方向，控制所述转动电机转动所述液压缸体，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向相对且错开。

2.根据权利要求1所述的一种隧道施工用岩石胀碎装置，其特征在于：所述液压缸体设置有若干轨道，所述半筒体通过所述轨道连接于所述液压缸体的外壁。

3.根据权利要求1所述的一种隧道施工用岩石胀碎装置，其特征在于：两个所述半筒体相对的一侧设置有安装槽，所述安装槽内设置有弹簧，所述弹簧的两端分别连接至其中一个所述半筒体，所述弹簧用于在所述半筒体张开之后提供所述半筒体互相靠近的拉力。

4.根据权利要求1所述的一种隧道施工用岩石胀碎装置，其特征在于：所述半筒体在其外壁设置有若干突出尖端，所述突出尖端在所述半筒体上所处的径向与两个所述半筒体的张开方向相同。

5.根据权利要求1所述的一种隧道施工用岩石胀碎装置，其特征在于：所述转动电机的顶端设置有顶靠装置，所述顶靠装置用于伸出后顶靠相应的洞口，从而固定所述转动电机。

6.根据权利要求5所述的一种隧道施工用岩石胀碎装置，其特征在于：所述顶靠装置包括固定套管，所述固定套管固接于所述转动电机的顶端，所述固定套管的两端设置有螺纹，所述固定套管的两端通过所述螺纹螺接有连接杆，所述连接杆转动时通过所述螺纹的配合可伸出或缩回。

7.一种隧道施工用岩石胀碎装置的使用方法，基于多个权利要求1~6任意一项所述一种隧道施工用岩石胀碎装置，其特征在于：包含以下步骤：

S1，将多个所述岩石胀碎装置分别放置于待胀碎岩石的钻孔中，固定所述转动电机的顶端，所述钻孔的方向为横向；

S2，通过所述方向传感器获取所述液压缸体的方向，通过所述控制系统控制所述转动电机驱动所述液压缸体转动，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向相对且错开；

S3，控制液压泵通过所述第一液孔施加压力，使所述活塞杆收缩，通过所述活塞杆收缩带动两个所述半筒体张开，相邻的岩石胀碎装置通过所述半筒体张开从而对所述待胀碎岩石施加剪切破坏力，使所述待胀碎岩石对应相邻的岩石胀碎装置之间的部分被剪切破坏生成断裂纹；

S4，控制液压泵通过所述第二液孔施加压力，使所述活塞杆伸出，通过所述活塞杆对所述待胀碎岩石施加拉伸破坏力，使所述断裂纹被拉升破坏而扩大生成断裂面。

8.根据权利要求7所述的一种隧道施工用岩石胀碎装置的使用方法，其特征在于：S2中，通过所述控制系统控制所述转动电机驱动所述液压缸体转动，使相邻的岩石胀碎装置的外筒体的张开方向相对且错开包括：

通过所述控制系统控制所述转动电机驱动所述液压缸体转动，使所述活塞杆朝向与竖直方向相差A角度的位置。

9.根据权利要求8所述的一种隧道施工用岩石胀碎装置的使用方法，其特征在于：A为1~5°。