CN207111100U - 一种硬岩隧道施工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硬岩隧道施工设备，该设备包括隧道掘进机和二氧化碳爆破装置；隧道掘进机由凿岩钻机装置、切割装置、收料装置、运料装置和隧道掘进机本体组成；切割装置铰接在隧道掘进机本体的前侧上部，收料装置铰接在隧道掘进机本体的前侧下部，凿岩钻机装置安装在切割装置上方；凿岩钻机装置自带伸缩机构；运料装置安装于隧道掘进机本体内部，用于将收料装置传送过来的渣石转运出切削区域。本设备有效解决了隧道掘进机对高强度、高研磨性岩层掘进效率低、截齿损耗高的问题，极大的降低了施工成本，提升了施工效率。

Description

一种硬岩隧道施工设备

技术领域

本实用新型涉及一种硬岩隧道施工设备，特别是一种组合使用机械设备和二氧化碳爆破技术开挖硬岩(岩石硬度f8以上)隧道的设备，属于掘进施工工艺技术领域。

背景技术

目前在隧道施工领域，硬岩隧道施工方法主要有以下几种：使用炸药爆破开挖法、全断面掘进机法、劈裂法等。

炸药爆破开挖法，若处于复杂环境下，尤其是经过城市时，隧道上部往往有许多需要保护的建筑物，隧道施工产生的爆破振动对周边环境的影响非常大。且炸药存放需专用火工库，爆破过程中可能有哑炮，危险系数高；爆破粉尘较大，炸药爆破开挖法工序繁琐，准备时间长，综合效率低。

全断面掘进机法采用支护全套机械施工，对软岩施工快速、安全、对周围环境影响小，施工时对围岩扰动少，但在硬岩掘进时依靠机械破岩，对高强度、高研磨性岩层进行掘进的突出问题是单位能耗大，施工效率低，截齿损耗高，施工成本太高。

劈裂法采用劈裂机，以高压油为能量源，应用斜契原理，使劈裂力达到几百吨，甚至上千吨，将巨石劈裂开，从而使岩石从围岩中分离，但是施工成本较高，效率较低。

由以上分析可知，现有技术的各种隧道掘进技术和设备存在着各种各样的缺点和不足。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种硬岩隧道施工设备，目的是解决隧道掘进机对高强度、高研磨性岩层掘进效率低、截齿损耗高的问题，该施工方法不破坏地层结构的同时能够提高掘进工效，降低施工成本，缩短施工工期、并且施工工艺安全性高。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种硬岩隧道施工设备，其技术方案为：

一种硬岩隧道施工设备，该设备包括隧道掘进机和二氧化碳爆破装置；所述隧道掘进机由凿岩钻机装置、切割装置、收料装置、运料装置和隧道掘进机本体组成；所述切割装置铰接在隧道掘进机本体的前侧上部，所述收料装置铰接在隧道掘进机本体的前侧下部，所述凿岩钻机装置安装在切割装置上方，能够随切割装置上下、左右移动；所述凿岩钻机装置自带伸缩机构；所述运料装置安装于隧道掘进机本体内部，且出料口位于隧道掘进机本体的后侧上方，进料口与收料装置连通，用于将收料装置传送过来的渣石转运出切削区域。

优选的是，所述切割装置包括切割头、切割臂、切割升降油缸、隧道掘进机回转装置和切割回转油缸；所述切割头安装在切割臂的主轴顶端，所述切割臂的壳体尾部通过销轴铰接在隧道掘进机回转装置上，所述切割升降油缸的伸缩杆铰接在切割臂的壳体底部，所述切割升降油缸的缸体铰接在隧道掘进机回转装置上，所述隧道掘进机回转装置通过安装在隧道掘进机本体上的切割回转油缸提供回转动力。

优选的是，所述凿岩钻机装置包括钻架体、凿岩钻机伸缩油缸、动力头和钻杆；所述凿岩钻机伸缩油缸的壳体底部固接在切割臂的壳体上，所述钻架体底部通过滑轨滑动安装在凿岩钻机伸缩油缸的壳体顶面，且凿岩钻机伸缩油缸的伸缩杆铰接在钻架体底部，通过凿岩钻机伸缩油缸的伸缩使得钻架体在凿岩钻机伸缩油缸的壳体上来回伸缩；所述动力头通过滑轨滑动安装在钻架体顶面，且通过钻架体内部的油缸使得动力头在滑轨上来回滑动；所述钻杆的尾部固接在动力头中，随着动力头同步旋转。

优选的是，还包括一个钻杆托架，所述钻杆托架固接在钻架体的前端，钻杆托架包括坡形支座以及焊接在坡形支座上的钻杆支架，所述钻杆的前端穿入到钻杆支架中。

优选的是，所述收料装置包括铲板主体、液压驱动装置Ⅰ和收料装置升降油缸；所述铲板主体通过销轴与隧道掘进机本体相铰接，所述液压驱动装置Ⅰ安装在铲板主体顶部，通过液压驱动装置Ⅰ将切削下来的渣石传送至运料装置；所述收料装置升降油缸的壳体铰接在隧道掘进机本体上，收料装置升降油缸的伸缩杆铰接在铲板主体顶部，用于调整收料装置的角度。

优选的是，所述运料装置包括溜槽、刮板链、液压驱动装置Ⅱ；所述溜槽前段通过销轴与收料装置铰接，溜槽后端与隧道掘进机铰接，通过液压驱动装置Ⅱ带动刮板链将切削下来的渣石转运出隧道掘进机施工区域。

优选的是，所述二氧化碳爆破装置包括二氧化碳爆破管、无损快速组装器、液态二氧化碳低温自动充装系统、液态二氧化碳真空恒温储存装置和安全控制装置；所述液态二氧化碳真空恒温储存装置与液态二氧化碳低温自动充装系统相连，所述二氧化碳爆破管安装在无损快速组装器中，所述安全控制装置与液态二氧化碳低温自动充装系统连接。

本实用新型与现有技术相比较，具有显著的有益效果是：

采用二氧化碳爆破法取代原始的炸药爆破工艺，简化了施工工序，有效避免了炸药爆破引起的超挖、围岩扰动、空气污染；极大地减少了安全隐患的产生，施工安全性得到极大的提高。采用隧道掘进机、凿岩钻机装置和二氧化碳爆破法相结合，利用了隧道掘进机对软岩施工快速、安全、对周围环境影响小，施工时对围岩扰动少的优势，同时有效解决了隧道掘进机对高强度、高研磨性岩层掘进效率低、截齿损耗高的问题，极大的降低了施工成本，提升了施工效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1、隧道掘进机，2、凿岩钻机装置，3、切割装置，4、收料装置，5、运料装置，6、二氧化碳爆破装置，7、隧道掘进机本体。

图2为本实用新型的施工示意图；

图中：Ⅰ、爆破隔离槽，Ⅱ、爆破掌子面，Ⅲ、开挖轮廓线，Ⅳ、爆破孔。

图3为本实用新型中机载凿岩装置结构示意图；

图中：2-1、钻杆，2-2、动力头，2-3、凿岩钻机伸缩油缸，2-4、钻架体，2-5、钻杆托架。

图4为本实用新型中切割装置结构示意图；

图中：3-1、切割头，3-2、切割臂，3-3、切割升降油缸，3-4隧道掘进机回转装置，3-5、切割回转油缸；

图5为本实用新型中收料装置结构示意图；

图中：4-1、液压驱动装置Ⅰ，4-2、收料装置升降油缸，4-3、铲板主体。

图6为本实用新型中运料装置结构示意图；

图中：5-1、溜槽，5-2、刮板链，5-3、液压驱动装置Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种硬岩隧道施工设备，该设备包括隧道掘进机1和二氧化碳爆破装置6；隧道掘进机1由凿岩钻机装置2、切割装置3、收料装置4、运料装置5和隧道掘进机本体7组成；切割装置3铰接在隧道掘进机本体7的前侧上部，收料装置4铰接在隧道掘进机本体7的前侧下部，凿岩钻机装置2安装在切割装置3上方，能够随切割装置3上下、左右移动；凿岩钻机装置2自带伸缩机构；运料装置5安装于隧道掘进机本体7内部，且出料口位于隧道掘进机本体7的后侧上方，进料口与收料装置4连通，用于将收料装置4传送过来的渣石转运出切削区域。

二氧化碳爆破装置6是独立一套装置，包括二氧化碳爆破管、无损快速组装器、液态二氧化碳低温自动充装系统、液态二氧化碳真空恒温储存装置和安全控制装置；液态二氧化碳真空恒温储存装置与液态二氧化碳低温自动充装系统相连，二氧化碳爆破管安装在无损快速组装器中，安全控制装置与液态二氧化碳低温自动充装系统电连接。首先，将二氧化碳爆破管安装在无损快速组装器中，液态二氧化碳真空恒温储存装置为液态二氧化碳低温自动充装系统提供液态二氧化碳，通过液态二氧化碳低温自动充装系统对二氧化碳爆破管进行充给液态二氧化碳，安全控制装置用于监测二氧化碳爆破管中的充给情况。

如图3所示，凿岩钻机装置2包括钻架体2-4、凿岩钻机伸缩油缸2-3、动力头2-2和钻杆2-1；凿岩钻机伸缩油缸2-3的壳体底部固接在切割臂3-2的壳体上，钻架体2-4底部通过滑轨滑动，安装在凿岩钻机伸缩油缸2-3的壳体顶面，且凿岩钻机伸缩油缸2-3的伸缩杆铰接在钻架体2-4底部，通过岩钻机伸缩油缸2-3的伸缩使得钻架体2-4在凿岩钻机伸缩油缸2-3的壳体上来回伸缩；动力头2-2通过滑轨滑动安装在钻架体2-4顶面，且通过钻架体内部的伸缩油缸使得动力头2-2在滑轨上来回滑动；钻杆2-1的尾部固接在动力头2-2中，随着动力头2-2同步旋转。

如图4所示，切割装置3包括切割头3-1、切割臂3-2、切割升降油缸3-3、隧道掘进机回转装置3-4和切割回转油缸3-5；切割头3-1安装在切割臂3-2的主轴顶端，切割臂3-2的壳体尾部通过销轴铰接在隧道掘进机回转装置3-4上，切割升降油缸3-3的伸缩杆铰接在切割臂3-2的壳体底部，切割升降油缸3-3的缸体铰接在隧道掘进机回转装置3-4上，隧道掘进机回转装置3-4通过安装在隧道掘进机本体7上的切割回转油缸3-5提供回转动力。

还包括一个钻杆托架2-5，钻杆托架2-5固接在钻架体2-4的前端，钻杆托架2-5包括坡形支座以及焊接在坡形支座上的钻杆支架，钻杆2-1的前端穿入到钻杆支架中。

如图5所示，收料装置4包括铲板主体4-3、液压驱动装置Ⅰ4-1和收料装置升降油缸4-2；铲板主体4-3通过销轴与隧道掘进机本体7相铰接，液压驱动装置Ⅰ4-1安装在铲板主体4-3顶部，通过液压驱动装置Ⅰ4-1将切削下来的渣石传送至运料装置5，收料装置升降油缸4-2的壳体铰接在隧道掘进机本体7上，收料装置升降油缸4-2的伸缩杆铰接在铲板主体4-3顶部，用于调整收料装置4的角度。

如图6所示，运料装置5包括溜槽5-1、刮板链5-2、液压驱动装置Ⅱ5-3；溜槽5-1前段通过销轴与收料装置4铰接，溜槽5-1后端与隧道掘进机1铰接，通过液压驱动装置Ⅱ5-3带动刮板链5-2将切削下来的渣石转运出隧道掘进机1施工区域。

如图2 所示本实用新型的硬岩隧道施工方法主要工艺流程：确定断面轮廓—切削爆破隔离槽—制作二氧化碳爆破筒—钻取爆破孔—装填爆破筒并起爆—开挖断面-收取渣石-运送渣石—支护。

具体工艺流程包括：

1、对硬岩隧道断面的开挖轮廓线Ⅲ进行测量放线；

2、使用隧道掘进机沿开挖轮廓线内侧切屑出深度约0.5米，宽度约0.5米的爆破隔离槽Ⅰ；

3、使用二氧化碳爆破装置在隧道外制作二氧化碳爆破筒；

4、使用凿岩钻机装置在隔离槽内掌子面Ⅱ钻取爆破孔Ⅳ，再在已钻取爆破孔内装入二氧化碳爆破筒，并用低压起爆器远距离起爆，清理爆破后隔离槽内掌子面Ⅱ渣石；

5、使用隧道掘进机切割装置对隔离槽内掌子面Ⅱ进行切削掘进作业；

6、使用隧道掘进机的收料装置和运料装置将切削下来的渣石转运出当前掌子面。

7、初期支护

8、重复步骤1至步骤7，直至完成所施工硬岩隧道中所有隧道节段的施工过程。

综上上面仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入到本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种硬岩隧道施工设备，其特征在于：该设备包括隧道掘进机（1）和二氧化碳爆破装置（6）；

所述隧道掘进机（1）由凿岩钻机装置（2）、切割装置（3）、收料装置（4）、运料装置（5）和隧道掘进机本体（7）组成；

所述切割装置（3）铰接在隧道掘进机本体（7）的前侧上部，所述收料装置（4）铰接在隧道掘进机本体（7）的前侧下部，所述凿岩钻机装置（2）安装在切割装置（3）上方，能够随切割装置（3）上下、左右移动；所述凿岩钻机装置（2）自带伸缩机构；

所述运料装置（5）安装于隧道掘进机本体（7）内部，且出料口位于隧道掘进机本体（7）的后侧上方，进料口与收料装置（4）连通，用于将收料装置（4）传送过来的渣石转运出切削区域。

2.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道施工设备，其特征在于：所述切割装置（3）包括切割头（3-1）、切割臂（3-2）、切割升降油缸（3-3）、隧道掘进机回转装置（3-4）和切割回转油缸（3-5）；

所述切割头（3-1）安装在切割臂（3-2）的主轴顶端，所述切割臂（3-2）的壳体尾部通过销轴铰接在隧道掘进机回转装置（3-4）上，所述切割升降油缸（3-3）的伸缩杆铰接在切割臂（3-2）的壳体底部，所述切割升降油缸（3-3）的缸体铰接在隧道掘进机回转装置（3-4）上，所述隧道掘进机回转装置（3-4）通过安装在隧道掘进机本体（7）上的切割回转油缸（3-5）提供回转动力。

3.根据权利要求2所述的一种硬岩隧道施工设备，其特征在于：所述凿岩钻机装置（2）包括钻架体（2-4）、凿岩钻机伸缩油缸（2-3）、动力头（2-2）和钻杆（2-1）；

所述凿岩钻机伸缩油缸（2-3）的壳体底部固接在切割臂（3-2）的壳体上，所述钻架体（2-4）底部通过滑轨滑动安装在凿岩钻机伸缩油缸（2-3）的壳体顶面，且凿岩钻机伸缩油缸（2-3）的伸缩杆铰接在钻架体（2-4）底部，通过凿岩钻机伸缩油缸（2-3）的伸缩使得钻架体（2-4）在凿岩钻机伸缩油缸（2-3）的壳体上来回伸缩；

所述动力头（2-2）通过滑轨滑动安装在钻架体（2-4）顶面，且通过钻架体（2-4）内部的油缸使得动力头（2-2）在滑轨上来回滑动；所述钻杆（2-1）的尾部固接在动力头（2-2）中，随着动力头（2-2）同步旋转。

4.根据权利要求3所述的一种硬岩隧道施工设备，其特征在于：还包括一个钻杆托架（2-5），所述钻杆托架（2-5）固接在钻架体（2-4）的前端，钻杆托架（2-5）包括坡形支座以及焊接在坡形支座上的钻杆支架，所述钻杆（2-1）的前端穿入到钻杆支架中。

5.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道施工设备，其特征在于：所述收料装置（4）包括铲板主体（4-3）、液压驱动装置Ⅰ（4-1）和收料装置升降油缸（4-2）；

所述铲板主体（4-3）通过销轴与隧道掘进机本体（7）相铰接，所述液压驱动装置Ⅰ（4-1）安装在铲板主体（4-3）顶部，通过液压驱动装置Ⅰ（4-1）将切削下来的渣石传送至运料装置（5）；

所述收料装置升降油缸（4-2）的壳体铰接在隧道掘进机本体（7）上，收料装置升降油缸（4-2）的伸缩杆铰接在铲板主体（4-3）顶部，用于调整收料装置（4）的角度。

6.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道施工设备，其特征在于：所述运料装置（5）包括溜槽（5-1）、刮板链（5-2）、液压驱动装置Ⅱ（5-3）；

所述溜槽（5-1）前段通过销轴与收料装置（4）铰接，溜槽（5-1）后端与隧道掘进机（1）铰接，通过液压驱动装置Ⅱ（5-3）带动刮板链（5-2）将切削下来的渣石转运出隧道掘进机（1）施工区域。

7.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道施工设备，其特征在于：所述二氧化碳爆破装置（6）包括二氧化碳爆破管、无损快速组装器、液态二氧化碳低温自动充装系统、液态二氧化碳真空恒温储存装置和安全控制装置；

所述液态二氧化碳真空恒温储存装置与液态二氧化碳低温自动充装系统相连，所述二氧化碳爆破管安装在无损快速组装器中，所述安全控制装置与液态二氧化碳低温自动充装系统连接。