CN211777446U - 一种敞开式软岩掘进机超前支护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种敞开式软岩掘进机超前支护系统，包括刀架、顶推部和操作仓，刀架包括刀盘、刀盘连接处和刀具，顶推部包括环向动力部和油缸；环向动力部通过刀盘连接处与刀盘固定连接，环向动力部内置有用于提供环向动力的动力源；油缸布设于护壳内壁上，油缸一端与环向动力部固定连接，另一端与掘进机机体固定连接；操作仓设于掘进机机体上，用于控制动力源和油缸；刀盘和护采用分段式结构，环向动力部采用分部结构；通过操作仓控制动力源和油缸，控制拱顶刀盘、拱腰刀盘和拱底刀盘的轴向位移和径向旋转，实现岩石的分部开挖。

Description

一种敞开式软岩掘进机超前支护系统

技术领域

本实用新型属于掘进机技术领域，尤其涉及一种敞开式软岩掘进机超前支护系统。

背景技术

在传统的山岭隧道施工中，常采取钻爆法施工，需要进行钻孔及爆破作业，作业过程容易发生危险，作业人员及财产安全得不到保障，而现有的TBM硬岩掘进机和盾构掘进机并不能很好的适应软岩隧道开挖，且山岭隧道施工条件有限，场地条件不足，难以应用大型施工机具，成为机械化作业的阻力之一。

综上，现有技术上存在缺少适用于山岭隧道软岩掘进的机械设备，有必要提出改进的技术手段解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种敞开式软岩掘进机超前支护系统，可以提前对前方土体进行预开挖和预支护，保障后续作业的稳定。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种敞开式软岩掘进机超前支护系统，包括刀架、顶推部和操作仓，刀架包括刀盘和刀盘连接处，顶推部包括环向动力部和油缸；

环向动力部通过刀盘连接处与刀盘固定连接，环向动力部上端设有环向轨道，环向动力部内置有用于提供环向动力的动力源，动力源用于带动刀盘沿环向轨道进行往复运动；

油缸一端与环向动力部固定连接，另一端与掘进机机体固定连接；

操作仓设于掘进机机体上，用于控制动力源和油缸；

刀盘包括拱顶刀盘、拱腰刀盘和拱底刀盘，拱顶刀盘和拱底刀盘相对设置，拱腰刀盘设置于拱顶刀盘两侧；

环向动力部包括拱顶部、拱腰部和拱底部，拱顶部和拱底部相对设置，拱腰部设置于拱顶部两侧；

拱顶刀盘对应设置于拱顶部上，拱腰刀盘对应设置于拱腰部上，拱底刀盘对应设置于拱底部上；

拱顶部、拱腰部和拱底部分别与动力源和油缸对应连接。

进一步，拱顶部、拱腰部和拱底部长度相同。

进一步，拱顶部比拱腰部长，拱腰部比拱底部长。

进一步，拱顶刀盘、拱腰刀盘和拱底刀盘上分别均匀布设有若干个刀具。

进一步，动力源为电机，电机驱动刀盘旋转；

电机为六个，拱顶刀盘对应连接一个电机、拱腰刀盘各对应连接一个电机；拱底部包括中间部分和两侧底脚部，拱底刀盘对应连接三个电机。

进一步，刀盘和环向动力部外围设有护壳。

进一步，护壳包括拱顶护壳、拱腰护壳和拱底护壳；

拱顶护壳对应设置于拱顶刀盘和拱顶部外围，拱腰护壳对应设置于拱腰刀盘和拱腰部外围，拱底护壳对应设置于拱底刀盘和拱底部外围。

进一步，油缸均匀布设于拱顶护壳、拱腰护壳和拱底护壳上。

进一步，拱顶护壳、拱腰护壳和拱底护壳分别为一整体的保护壳或分离的两部分保护壳。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的敞开式软岩掘进机超前支护系统，包括刀盘、操作仓、环向动力部和油缸，刀盘采用分段式结构，适合采用山岭隧道分部开挖法进行挖掘作业，保障开挖过程作业面稳定；环向动力部采用分部结构，通过刀盘连接处将刀盘固定，并通过内置电机提供环向动力，使刀盘进行旋转运动，实现破岩功能；油缸一端与后续机体连接，为超前支护系统提供行走动力；操作仓位于系统后方，对系统环向动力部和油缸进行控制，进而控制刀盘的径向和轴向运动。刀盘和环向动力部采用分段式设计，对岩石进行分部开挖，可以提前对前方土体进行预开挖和预支护，保障后续作业的稳定。刀盘和环向动力部各分为三部分，分段形式适用性强，在受施工条件限制，无法进行大型设备安装的场地可以分块运输进场，然后拼装投入施工，进一步推进山岭隧道的机械化施工，同时由于该作业机械的灵活性，可以为城市地下空间开发提供一种新的解决方案及思路；超前支护系统的模块化组成使得系统可以根据不同工况工法进行调整，通过调整刀具数量、结构分块数量、每榀进尺满足不同作业需求。

进一步，将环向动力部的三部分设计成长度相同的结构，结构简单，易安装。

进一步，将环向动力部的三部分设计成长度不同的结构，油缸不需要长时间处于较长伸长位，增加了循环进尺的深度，不同长度更符合分部开挖法作业特点，并且对后续机体要求少。

进一步，各刀盘上均设有刀具，通过多个刀具对岩石进行破岩。

进一步，通过设置多个电机，对应地去驱动刀盘的各部分往复运动，互不影响。

进一步，刀盘和环向动力部外围设有护壳，紧随刀盘前进，为隧道开挖提供超前预支护稳定功能，同时可以保护油缸。

进一步，护壳采用分段式结构，护壳也根据刀盘和环向动力部的分布结构设计为三部分，在刀盘的三部分外围和环向动力部的三部分外围均对应设置护壳，将刀盘和环向动力部保护起来。

进一步，油缸布设与护壳上，一方面可保护油缸，另一方面通过对应的油缸驱动对应的刀盘，实现分部控制。

进一步，拱顶护壳、拱腰护壳和拱底护壳可设计为一整体的保护壳或分离的两部分保护壳，两种设计结构均可满足需求，根据客户的要求及适用场合选择即可。

附图说明

图1为本实用新型的超前支护系统的第一种结构示意图；

图2为刀盘的结构示意图；

图3为刀盘的背面结构示意图；

图4为顶推部的第一种示意图；

图5为图4的另一方向视图；

图6为刀具布置示意图；

图7为油缸布置示意图；

图8为刀盘的初始位置示意图；

图9为刀盘旋转以后的某个阶段的位置示意图；

图10为图1对应的拱顶预支护作业示意图；

图11为图1对应的拱腰预支护作业示意图；

图12为图1对应的拱底预支护作业示意图；

图13为顶推部的第二种结构示意图；

图14为采用图13的顶推部结构时，本实用新型的超前支护系统的第二种结构示意图；

图15为图14对应的拱顶预支护作业示意图；

图16为图14对应的拱腰预支护作业示意图；

图17为图14对应的拱底预支护作业示意图；

其中，1为刀具；2为刀盘；2-1为拱顶刀盘；2-2为拱腰刀盘；2-3为拱底刀盘；3为护壳；3-1为拱顶护壳；3-2为拱腰护壳；3-3为拱底护壳；4为环向轨道；5为环向动力部；5-1为拱顶部；5-2为拱腰部；5-3为拱底部；6为油缸；7为掘进机机体；8为操作仓；9为刀盘连接处。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

如图1～4或图13～14所示，本实用新型的敞开式软岩掘进机超前支护系统，包括刀架、顶推部和操作仓8，刀架包括刀盘2和刀盘连接处9，顶推部包括环向动力部5和油缸6；刀盘2和环向动力部5外围设有护壳3；环向动力部5通过刀盘连接处9与刀盘2固定连接，环向动力部5内置有用于为刀盘2提供环向动力的动力源；油缸6呈环形布设于护壳3内壁上，油缸6一端与环向动力部5固定连接，另一端与掘进机机体7固定连接；操作仓8设于掘进机机体7上，用于控制动力源和油缸6，操作仓8位于系统后方，对系统环向动力部5和油缸6进行控制，其内设动力站，提供系统动力。

如图4～5所示，顶推部采用第一种结构，环向动力部5的三部分可设计成不同的长度，拱顶部5-1比拱腰部5-2长1.85m，拱腰部5-2较拱底部5-3长 1.85m。那么相应地，拱顶护壳3-1比拱腰护壳3-2长1.85m，拱腰护壳3-2较拱底护壳3-3长1.85m。拱顶部5-1最长，拱腰部5-2次之，拱底部5-3最低，这样设计，不同长度更符合分部开挖法作业特点，并且对后续机体要求少。

如图2和3所示，刀盘2采用分段式结构，刀盘2包括拱顶刀盘2-1、拱腰刀盘2-2和拱底刀盘2-3，拱顶刀盘2-1和拱底刀盘2-3相对设置，拱腰刀盘 2-2设置于拱顶刀盘2-1两侧，适合采用山岭隧道分部开挖法进行挖掘作业，保障开挖过程作业面稳定；护壳3采用分段式结构，护壳3包括拱顶护壳3-1、拱腰护壳3-2和拱底护壳3-3，紧随刀盘2前进，为隧道开挖提供超前预支护稳定功能；环向动力部5采用分部结构，环向动力部5包括拱顶部5-1、拱腰部5-2和拱底部5-3，环向动力部5通过刀盘连接处9与刀盘2固定连接，并通过内置电机提供环向动力，使刀盘2沿环向轨道4进行往复运动，实现破岩功能。

如图6所示，拱顶刀盘2-1、拱腰刀盘2-2和拱底刀盘2-3上分别均匀布设有若干个刀具1。

如图4或5所示，油缸6一端与后续掘进机机体7连接，为超前支护系统提供行走动力；如图7所示，拱顶护壳3-1、拱腰护壳3-2和拱底护壳3-3上分别均匀布设有若干个油缸6。

拱顶刀盘2-1对应设置于拱顶部5-1上，拱腰刀盘2-2对应设置于拱腰部 5-2上，拱底刀盘2-3对应设置于拱底部5-3上；拱顶护壳3-1对应设置于拱顶刀盘2-1和拱顶部5-1外围，拱腰护壳3-2对应设置于拱腰刀盘2-2和拱腰部 5-2外围，拱底护壳3-3对应设置于拱底刀盘2-3和拱底部5-3外围。

如图8～9所示，刀盘2会沿着环向动力部5做旋转运动，刀盘2带动刀具 1切削岩石。

动力源为电机，电机为六个，拱顶刀盘2-1对应连接一个电机、拱腰刀盘 2-2各对应连接一个电机；拱底部5-3包括中间部分和两侧底脚部，拱底刀盘 2-3对应连接三个电机。具体地，各刀盘内侧为齿条结构，电机输出轴连接传动齿轮，传动齿轮与齿条构成齿轮齿条机构，电机转动，通过传动齿轮带动刀盘往复，电机固定在刀盘对应的环向动力部上即可。

护壳3、拱腰护壳3-2和拱底护壳3-3可为一整体的保护壳，即拱顶刀盘 2-1和拱顶部5-1外的护壳3设计为一个整体的保护壳，拱腰刀盘2-2和拱腰部 5-2外的护壳3设计为一个整体的保护壳，拱底刀盘2-3和拱底部5-3外的护壳 3设计为一个整体的保护壳，安装时，需将三部分刀盘2分别对应安装到对应的护壳3上，再固定连接好刀盘2和护壳3。

拱顶护壳3-1、拱腰护壳3-2和拱底护壳3-3也可为分离的两部分保护壳，分离的两部分保护壳包括设置于刀盘2外的三个上护壳和设置于环向动力部5 的三个下护壳，三个上护壳与刀盘2的三个部分各自对应固定连接三个下护壳与环向动力部5的三个部分各自固定连接。即拱顶刀盘2-1和拱顶部5-1外的护壳是分离的，拱腰刀盘2-2和拱腰部5-2外的护壳是分离的，底刀盘2和拱底部5-3外的护壳是分离的，安装时，只需要通过刀盘连接处9将三部分刀盘 2分别对应安装到对应的环向动力部5上。

刀盘2的径向厚度约30～50cm，刀具1选择需根据具体作业条件确定。

护壳3的径向厚度为5～8cm，与围岩自承能力有关，需考虑围岩岩性和岩体破碎情况，根据试验数据确定具体厚度。护壳3的轴向长度为5-6m，可为隧道开挖提供充足的空间，可根据隧道作业需要进行调整。

使用时，具体包括以下步骤：

1)将超前支护系统在掘进机机体7上安装完毕，试运行确定系统工作状态；

2)通过操作仓8启动动力源和拱顶部5-1的油缸6，如图10所示，拱顶部5-1将拱顶刀盘2-1推出，并带动刀盘2旋转，拱顶刀盘2-1上的刀具1首先进行拱顶预开挖和预支护工作，完成后进行分部开挖法的上台阶开挖；

3)顶部开挖完成后，启动拱腰部5-2的油缸6，如图11所示，拱腰部5-2 将拱腰刀盘2-2推出，拱腰刀盘2-2上的刀具1进行拱腰部5-2位预开挖和预支护工作，然后进行上台阶的拱腰部5-2开挖并留核心土；

4)上部进尺3-5m后，启动拱底部5-3的油缸6，如图12所示，拱底部 5-3将拱底刀盘2-3推出，进行拱底部5-3位预开挖和预支护工作，然后进行下台阶开挖；

5)下台阶开挖完成后，通过操作仓8关闭动力源和缩回油缸6，系统复位至初始状态，进行掘进机的后续作业，完成一次作业循环。

如图13所示，顶推部采用第二种结构，环向动力部5的三部分可设计成一样的高度，若拱顶部5-1、拱腰部5-2和拱底部5-3三部分结构一样长，则在进行作业时，油缸6长时间处于较长伸长位，限制了循环进尺的深度，与第一种结构相比，顶推部采用第一种结构更优。

顶推部采用第二种结构时，超前支护系统的结构如图14所示。使用时，具体包括以下步骤：

1)将超前支护系统在掘进机机体7上安装完毕，试运行确定系统工作状态；

2)通过操作仓8启动动力源和拱顶部5-1的油缸6，如图15所示，拱顶部5-1将拱顶刀盘2-1推出，并带动刀盘2旋转，拱顶刀盘2-1上的刀具1首先进行拱顶预开挖和预支护工作，完成后进行分部开挖法的上台阶开挖；

3)顶部开挖完成后，启动拱腰部5-2的油缸6，如图16所示，拱腰部5-2 将拱腰刀盘2-2推出，拱腰刀盘2-2上的刀具1进行拱腰部5-2位预开挖和预支护工作，然后进行上台阶的拱腰部5-2开挖并留核心土；

4)上部进尺3-5m后，启动拱底部5-3的油缸6，如图17所示，拱底部 5-3将拱底刀盘2-3推出，进行拱底部5-3位预开挖和预支护工作，然后进行下台阶开挖；

5)下台阶开挖完成后，通过操作仓8关闭动力源和缩回油缸6，系统复位至初始状态，进行掘进机的后续作业，完成一次作业循环。

Claims (9)

1.一种敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，包括刀架、顶推部和操作仓(8)，刀架包括刀盘(2)和刀盘连接处(9)，顶推部包括环向动力部(5)和油缸(6)；

环向动力部(5)通过刀盘连接处(9)与刀盘(2)固定连接，环向动力部(5)上端设有环向轨道(4)，环向动力部(5)内置有用于提供环向动力的动力源，动力源用于带动刀盘(2)沿环向轨道(4)进行往复运动；

油缸(6)一端与环向动力部(5)固定连接，另一端与掘进机机体(7)固定连接；

操作仓(8)设于掘进机机体(7)上，用于控制动力源和油缸(6)；

刀盘(2)包括拱顶刀盘(2-1)、拱腰刀盘(2-2)和拱底刀盘(2-3)，拱顶刀盘(2-1)和拱底刀盘(2-3)相对设置，拱腰刀盘(2-2)设置于拱顶刀盘(2-1)两侧；

环向动力部(5)包括拱顶部(5-1)、拱腰部(5-2)和拱底部(5-3)，拱顶部(5-1)和拱底部(5-3)相对设置，拱腰部(5-2)设置于拱顶部(5-1)两侧；

拱顶刀盘(2-1)对应设置于拱顶部(5-1)上，拱腰刀盘(2-2)对应设置于拱腰部(5-2)上，拱底刀盘(2-3)对应设置于拱底部(5-3)上；

拱顶部(5-1)、拱腰部(5-2)和拱底部(5-3)分别与动力源和油缸(6)对应连接。

2.根据权利要求1所述的敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，拱顶部(5-1)、拱腰部(5-2)和拱底部(5-3)长度相同。

3.根据权利要求1所述的敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，拱顶部(5-1)比拱腰部(5-2)长，拱腰部(5-2)比拱底部(5-3)长。

4.根据权利要求1所述的敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，拱顶刀盘(2-1)、拱腰刀盘(2-2)和拱底刀盘(2-3)上分别均匀布设有若干个刀具(1)。

5.根据权利要求1所述的敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，动力源为电机，电机驱动刀盘(2)旋转；

电机为六个，拱顶刀盘(2-1)对应连接一个电机、拱腰刀盘(2-2)各对应连接一个电机；拱底部(5-3)包括中间部分和两侧底脚部，拱底刀盘(2-3)对应连接三个电机。

6.根据权利要求1所述的敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，刀盘(2)和环向动力部(5)外围设有护壳(3)。

7.根据权利要求6所述的敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，护壳(3)包括拱顶护壳(3-1)、拱腰护壳(3-2)和拱底护壳(3-3)；

拱顶护壳(3-1)对应设置于拱顶刀盘(2-1)和拱顶部(5-1)外围，拱腰护壳(3-2)对应设置于拱腰刀盘(2-2)和拱腰部(5-2)外围，拱底护壳(3-3)对应设置于拱底刀盘(2-3)和拱底部(5-3)外围。

8.根据权利要求7所述的敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，油缸(6)均匀布设于拱顶护壳(3-1)、拱腰护壳(3-2)和拱底护壳(3-3)上。

9.根据权利要求6所述的敞开式软岩掘进机超前支护系统，其特征在于，拱顶护壳(3-1)、拱腰护壳(3-2)和拱底护壳(3-3)分别为一整体的保护壳或分离的两部分保护壳。

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