CN217632432U - 向上硬岩掘进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种向上硬岩掘进装置，该向上硬岩掘进装置包括由下向上对竖井进行开挖作业的掘进机和设置于所述竖井的岩壁上的支护结构；所述支护结构包括沿所述竖井的岩壁进行拼接的多个管片，所述管片与所述竖井的岩壁之间连接有锚杆；所述掘进机包括刀盘和连接于所述刀盘底部的尾盾，所述尾盾的下部设置有密封垫，拼装所述管片状态下，所述密封垫夹设于所述尾盾的内壁与所述管片的外壁之间，且所述密封垫与所述管片的外壁紧密贴合。本实用新型解决了对于深埋岩层的竖井掘进安全性低、成本高的技术问题。

Description

向上硬岩掘进装置

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种向上硬岩掘进装置。

背景技术

向上掘进机按照施工工艺主要分为盾构式和顶管式，针对软土地层，日本在1997年首次提出朝上盾构的概念，并于2003年研发样机并投入工程实际使用；针对硬岩地层，海瑞克公司开发出了切割天井反向扩孔钻机BBM系列/矿脉钻机RBM系列，日本矿研公司UPB-75A系列天井钻机，这些系列机型均基于顶管式，开挖竖井内径通常在3m以下，开挖深度较小。此外，中铁工程装备集团有限公司提出了基于盾构和顶管的向上掘进机概念，均是运用于软土地层中。

对于深埋岩层，底部竖井管片需要承受掌子面顶部压力、掘进机及上部管片的重力，随着向上掘进距离的增加，压力显著增大，为保证结构安全，需要对管片进行加强(如：增加管片厚度、提高配筋率或者采用特殊管节结构等)，进而要求起吊设备能力提高，掘进设备及建造成本大幅增加。

针对相关技术中对于深埋岩层的竖井掘进安全性低、成本高的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种向上硬岩掘进装置，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种向上硬岩掘进装置，在溜渣管上设置挠性阀管，能够减小溜渣管内岩渣下落的动能，避免岩渣的冲击力对底部设备造成破坏，延长设备使用寿命，保证掘进装置长期、稳定的工作状态。

本实用新型的另一目的在于提供一种向上硬岩掘进装置，管片与岩壁之间设置锚杆，利用锚杆的抗剪性能抵消部分掘进机、上部管片以及竖向掌子面的压力，从而大大减小位于竖井底部的管片所受到的承载力，因此，竖井管片可预制更加轻薄，适用于深埋、大直径的竖井掘进作业。

本实用新型的再一目的在于提供一种向上硬岩掘进装置，尾盾上设置有密封垫，用于减小管片与岩壁之间的间隙，避免间隙过大在打锚杆过程中造成锚杆弯曲变形，使锚杆的抗剪性能得到更加充分的利用。

本实用新型的目的可采用下列方案来实现：

本实用新型提供了一种向上硬岩掘进装置，所述向上硬岩掘进装置包括由下向上对竖井进行开挖作业的掘进机和设置于所述竖井的岩壁上的支护结构；

所述支护结构包括沿所述竖井的岩壁进行拼接的多个管片，所述管片与所述竖井的岩壁之间连接有锚杆；

所述掘进机包括刀盘和连接于所述刀盘底部的尾盾，所述尾盾的下部设置有密封垫，拼装所述管片状态下，所述密封垫夹设于所述尾盾的内壁与所述管片的外壁之间，且所述密封垫与所述管片的外壁紧密贴合。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述管片上开设有插孔，所述锚杆的一端位于所述插孔内，所述锚杆的另一端沿水平方向插接于所述竖井的岩壁内。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述掘进机还包括设置于所述刀盘下方的溜渣管，所述溜渣管上设置有至少一段挠性阀管。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述溜渣管为分段式管路，所述溜渣管包括沿竖向设置的多段直通管，各段所述直通管沿竖向依次串接，所述挠性阀管连接于相邻两段所述直通管之间。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述挠性阀管的数量为多段，各段所述挠性阀管沿竖向依次串接后再接入相邻两段所述直通管之间，或者各段所述挠性阀管在各段所述直通管之间间隔分布。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述向上硬岩掘进装置还包括驱动装置，所述驱动装置设置于所述刀盘的底部，所述驱动装置的驱动轴与所述刀盘连接，所述溜渣管的顶端与所述驱动装置连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述向上硬岩掘进装置还包括位于主隧道内的输渣装置、储渣箱和运输车侧，所述输渣装置的输入端和输出端分别与所述溜渣管的底端和所述储渣箱连接，所述运输车与所述储渣箱连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述向上硬岩掘进装置还包括位于主隧道内的动力控制系统，所述动力控制系统通过管线分别与所述驱动装置和所述刀盘连接；所述管线间隔固定于所述溜渣管的外壁上，且相邻相固定点之间的所述管线处于松弛状态。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述向上硬岩掘进装置还包括支撑所述管片的反力架，所述反力架设置于所述竖井下方的主隧道内，所述反力架设置于所述支护结构的底部，所述反力架上开设有孔洞，所述溜渣管的底端沿竖向伸入至所述主隧道内并穿过所述孔洞延伸至所述反力架的下方。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述刀盘的底部设置有运送管片的竖向吊运装置；在所述竖井的井口上方设置有起吊装置，在靠近所述井口处的地面上设置有地面硬化结构，所述起吊装置架设于所述地面硬化结构上。

由上所述，本实用新型的向上硬岩掘进装置的特点及优点是：在管片与竖井的岩壁之间连接有锚杆，锚杆不仅能够起到固定和承载管片的作用，利用锚杆的抗剪性能还能够抵消部分掘进机、上部管片以及竖向掌子面的压力，从而大大减小位于竖井底部的管片所受到的承载力，因此，可以将管片预制的更加轻薄，使本实用新型适用于深埋、大直径的竖井掘进作业；另外，当对管片进行拼装时，在尾盾与管片之间设置有密封垫，可在安装管片时减小管片与岩壁之间的间隙，避免管片与岩壁之间的间隙过大在打锚杆过程中造成锚杆弯曲变形，使锚杆的抗剪性能得到更加充分的利用，进一步提高管片在竖井的岩壁上安装的稳定性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型实施例中向上硬岩掘进装置的结构示意图。

图2：为本实用新型实施例中向上硬岩掘进装置向上掘进状态下的结构示意图。

图3：为本实用新型实施例中向上硬岩掘进装置与地面上的起吊装置配合状态下的结构示意图。

图4：为本实用新型实施例中向上硬岩掘进装置拆除回退状态下的结构示意图。

图5：为本实用新型实施例中向上硬岩掘进装置完成竖井掘进作业后的结构示意图。

本实用新型中的附图标号为：

1、掘进机； 101、刀盘；

102、驱动装置； 103、尾盾；

104、密封垫； 105、溜渣管；

1051、直通管； 1052、挠性阀管；

106、操作平台； 107、竖向吊运装置；

2、支护结构； 201、管片；

202、锚杆； 3、反力架；

4、输渣装置； 5、储渣箱；

6、运输车； 7、管线；

8、动力控制系统； 9、地面硬化结构；

10、起吊装置； 11、洞口结构；

12、主隧道； 13、地面。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提供了一种向上硬岩掘进装置，该向上硬岩掘进装置包括由下向上对竖井进行开挖作业的掘进机1和设置于竖井的岩壁上的支护结构2；支护结构2包括沿竖井的岩壁进行拼接的多个管片201，各管片201沿竖井的岩壁拼接成型，管片201与竖井的岩壁之间连接有锚杆202；其中，掘进机1包括刀盘101和连接于刀盘101底部的尾盾103，尾盾103的下部内壁上设置有密封垫104，当对管片201进行拼装时，密封垫104夹设于尾盾103的内壁与管片201的外壁之间，且密封垫104与管片201的外壁紧密贴合。

本实用新型在管片201与竖井的岩壁之间连接有锚杆202，锚杆202不仅能够起到固定和承载管片201的作用，利用锚杆202的抗剪性能还能够抵消部分掘进机、上部管片201以及竖向掌子面的压力，从而大大减小位于竖井底部的管片201所受到的承载力，因此，可以将管片201预制的更加轻薄，使本实用新型适用于深埋、大直径的竖井掘进作业；另外，当对管片201进行拼装时，在尾盾103与管片201之间设置有密封垫104，密封垫104能够在安装管片201时减小管片201与岩壁之间的间隙，避免管片201与岩壁之间的间隙过大在打锚杆202过程中造成锚杆202弯曲变形，使锚杆202的抗剪性能得到更加充分的利用，进一步提高管片201在竖井的岩壁上安装的稳定性。

进一步的，管片201的中间位置上开设有插孔(未示出)，锚杆202的一端位于插孔内，锚杆202的另一端沿水平方向(即：锚杆202沿竖井的径向设置)插接于竖井的岩壁内，从而提高管片201在竖井的岩壁上安装的稳定性。另外，管片201上的插孔还可作为注浆孔以及吊装孔使用，方便对管片201进行注浆装配以及吊装运送等。

进一步的，各锚杆202可在竖向上间隔一个或者多个管片201进行设置，也可在竖向上的每个管片均进行打锚杆操作，锚杆202的具体数量以及打锚杆的数量可根据实际情况进行调整。

进一步的，密封垫104可采用但不限于橡胶制成。

进一步的，密封垫104的厚度可为但不限于3cm至10cm，通过密封垫104的设置还能够避免管片201安装过程中与尾盾103发生硬接触，对尾盾103起到防护的作用，避免尾盾103受到损坏。也可将尾盾103的下部设置为柔性结构，避免管片201与尾盾103发生硬接触即可，此时则无需设置密封垫104。其中，柔性结构可采用但不限于硬塑料制成。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图2、图3所示，向上硬岩掘进装置还包括支撑管片201的反力架3，反力架3设置于竖井下方的主隧道12内，反力架3设置于支护结构2的底部，反力架3上的中间位置开设有孔洞，溜渣管105的底端沿竖向伸入至主隧道12内并穿过孔洞延伸至反力架3的下方。通过反力架3支撑管片201的重量。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图1所示，掘进机1还包括设置于刀盘101下方的溜渣管105，溜渣管105上设置有至少一段挠性阀管1052。在工作过程中，切削下来的岩渣通过溜渣管105输送至主隧道12内进行外运，由于深埋岩层的竖井具有较大的深度，岩渣下落的过程中具有较大的动能，为了避免岩渣下落所产生的冲击力对主隧道12内的设备造成破坏，本实用新型在溜渣管105上设置有至少一段挠性阀管1052，挠性阀管1052通过其内部流体的压力对挠性阀管1052内部的瓣膜的开合状态进行控制，能够有效减小溜渣管105内岩渣下落的动能，保证下落至主隧道12内的岩渣不会对溜渣管105的底部设备造成损坏，提高硬岩竖井作业的安全性，延长设备使用寿命，降低施工成本，保证掘进装置长期、稳定的工作状态。

进一步的，挠性阀管1052即在一段管路上设置挠性阀(为现有阀结构)，挠性阀是夹管阀的一种，其内部设置有收缩以减小流通面积的环形瓣膜，当进入挠性阀内部流体的压力较小时，瓣膜开合度小甚至关闭；当进入挠性阀内部流体的压力较大时，瓣膜受流体的压力打开，流体能够顺利通过挠性阀。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图1至图3所示，溜渣管105为分段式管路，溜渣管105包括沿竖向设置的多段直通管1051，各段直通管1051沿竖向依次串接，挠性阀管1052连接于相邻两段直通管1051之间。当然，如果岩渣的初始速度过大，也可将各段直通管1051依次串接后，将挠性阀管1052设置于整根直通管1051的顶部。

进一步的，如图1至图3所示，挠性阀管1052的数量为多段，各段挠性阀管1052沿竖向依次串接后再接入相邻两段直通管1051之间。当然，也可将各段挠性阀管1052在各段直通管1051之间间隔分布。挠性阀管1052的数量以及在溜渣管105上的设置位置，可根据实时掘金情况进行调整，保证岩渣下落至主隧道12内所产生的冲击力不会对主隧道12内的设备造成破坏即可。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图1所示，向上硬岩掘进装置还包括驱动装置102，驱动装置102设置于刀盘101的底部，驱动装置102的驱动轴与刀盘101连接，溜渣管105的顶端与驱动装置102连接。通过驱动装置102带动刀盘101进行开挖作业。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图2至图4所示，向上硬岩掘进装置还包括位于主隧道12内的输渣装置4和储渣箱5，溜渣管105的底端与输渣装置4的输入端连接，输渣装置4的输出端与储渣箱5连接。由溜渣管105输送至主隧道12内的岩渣直接掉落至输渣装置4上，输渣装置4再将岩渣传送至储渣箱5内，储渣箱5对岩渣进行储存。

进一步的，输渣装置4可为但不限于皮带机。

进一步的，如图2至图4所示，向上硬岩掘进装置还包括运输车6，运输车6与储渣箱5连接，储渣箱5装满岩渣后，运输车6将储渣箱5运输至主隧道12的外部。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图2至图4所示，向上硬岩掘进装置还包括位于主隧道12内的动力控制系统8，动力控制系统8通过管线7分别与驱动装置102和刀盘101连接。其中，管线7为电气、液压管路，通过动力控制系统8分别对驱动装置102和刀盘101提供电气、液压控制，保证驱动装置102和刀盘101的正常工作状态。

进一步的，管线7间隔固定于溜渣管105的外壁上(即：沿溜渣管105的延伸方向间隔设置多个固定点，在每个固定点位置分别将管线7固定于溜渣管105的外壁上)，且相邻相固定点之间的管线7处于松弛状态，为管线7提供稳定固定方式的同时，能够有效减少管线7自重对掘进设备(如：溜渣管105、掘进机1等)安全作业的影响，而且能够避免管线7对竖向运输管片201的影响，保证在竖井内管片201的竖向运输提供足够的空间。

在本实用新型的一个可选实施例中，向上硬岩掘进装置还包括位于主隧道12内的台车，反力架3、输渣装置4、储渣箱5和动力控制系统8均设置于台车上，台车可在主隧道12内移动，从而带动反力架3、输渣装置4、储渣箱5和动力控制系统8等设备在主隧道12内移动。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图1所示，刀盘101的底部设置有竖向吊运装置107，通过竖向吊运装置107可由主隧道12内向上运送管片201，从而用于竖井内管片201的拼接。

进一步的，竖向吊运装置107可为在刀盘101的底部设置定滑轮，在定滑轮上绕设绳索，绳索的底部设置挂钩，挂钩可随绳索沿竖向下放至主隧道12内，管片201挂设于挂钩上，以便将管片201运送到竖井内。

进一步的，如图1所示，溜渣管105的外壁上且竖井的上部设置有操作平台106，工作人员可在操作平台106上进行管片201的拼装操作。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图3、图4所示，向上硬岩掘进装置还包括设置于井口上方的起吊装置10，在靠近井口处的地面13上设置有地面硬化结构9，起吊装置10架设于地面硬化结构9上。通过地面硬化结构9对起吊装置10起到支撑的作用，提高起吊装置10搭建的稳定性和安全性。

进一步的，地面硬化结构9可为但不限于锁口梁。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图5所示，位于竖井的底部设置有对竖井与主隧道12相连接的位置进行加固的洞口结构11。通过洞口结构11对成型后的竖井的底部洞口位置进行加固。

进一步的，洞口结构11可为在竖井的底部洞口位置的岩层进行注浆和/或焊接钢套筒和/或施工洞门圈梁。

本实用新型的向上硬岩掘进装置的施工过程，主要包括以下步骤：

步骤S1：施工准备，在地面13上进行场地平整及硬化处理，施工环形的锁口梁或者接收立坑(依据项目隐蔽性，地面13施工完成后可临时采用绿植或伪装布进行掩盖)；在主隧道12内进行注浆加固及监测，并且在主隧道12顶部的始发洞门位置进行加固处理(即：设置洞口结构11)，掘进机1及台车按序进入主隧道12内指定位置，对掘进机1以及相关设备进行始发定位以及姿态调整等操作；

步骤S2：掘进施工，控制掘进机1上的刀盘101沿竖向进行滚刀破岩，切削后的岩渣通过溜渣管105输送至主隧道12内，在岩渣下落过程中通过挠性阀管1052的设置控制岩渣的速度，完成分级减速下落；岩渣由主隧道12内的皮带机斜向运输至储渣箱5内，待储渣箱5的存储量达到预设重量或体积后，通过运输车6将岩渣运送出主隧道12外，运输车6兼具管片201运输的功能(在施工顺序上，管片201内运先于岩渣外运，当主隧道12的空间可允许两辆运输车6平行作业时，则管片201内运和岩渣外运可同步进行)。掘进机1向上掘进与安装管片201同步进行，同时依据设计需要打设锚杆202进行管片201固定，管片201及锚杆202通过竖向吊运装置107从底部向上提拉到预定位置，工作人员辅助管片拼装机进行打锚杆以及拼装管片201作业。

步骤S3：接收回退，在掘进机1快出地面13之前在地面13搭设起吊装置10，依靠起吊装置10的提拉功能辅助掘进机1的地面13接收，待掘进机1完全出地面13后，对掘进机1进行地面拆解，利用起吊装置10依次回退下放掘进机1部件至主隧道12内，主隧道12内的运输车6按顺序托运掘进机1的各部分以及底部配套设备退场或转场。

步骤S4：结构施工，待掘进机1及配套设备全部撤离竖井后，对竖井的顶部井口位置以及其底部与主隧道12相连接的位置进行加固处理(即：顶部设置地面硬化结构9、底部设置洞口结构11)。

本实用新型的向上硬岩掘进装置的特点及优点是：

一、该向上硬岩掘进装置中，在管片201与岩壁之间设置锚杆202，利用锚杆202的抗剪性能抵消部分掘进机1、上部管片201以及竖向掌子面的压力，从而大大减小位于竖井底部的管片201所受到的承载力，因此，可预制更加轻薄的管片201，本实用新型更加适于深埋、大直径的竖井掘进作业。

二、该向上硬岩掘进装置中，在尾盾103的内壁上设置密封垫104，拼装管片201时，密封垫104夹设于管片201与尾盾103之间，避免管片201安装过程中与尾盾103发生硬接触，对尾盾103起到防护的作用，避免尾盾103受到损坏；另外，密封垫104的设置还可减小管片201与岩壁之间的间隙，避免间隙过大在打锚杆过程中造成锚杆202弯曲变形，使锚杆202的抗剪性能得到更加充分的利用。

三、该向上硬岩掘进装置中，在溜渣管105上设置挠性阀管1052，挠性阀管1052能够减小溜渣管105内岩渣下落的动能，避免岩渣的冲击力对底部主隧道12内的设备造成破坏，延长设备使用寿命，保证掘进装置长期、稳定的工作状态。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述向上硬岩掘进装置包括由下向上对竖井进行开挖作业的掘进机和设置于所述竖井的岩壁上的支护结构；

所述支护结构包括沿所述竖井的岩壁进行拼接的多个管片，所述管片与所述竖井的岩壁之间连接有锚杆；

所述掘进机包括刀盘和连接于所述刀盘底部的尾盾，所述尾盾的下部设置有密封垫，拼装所述管片状态下，所述密封垫夹设于所述尾盾的内壁与所述管片的外壁之间，且所述密封垫与所述管片的外壁紧密贴合。

2.如权利要求1所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述管片上开设有插孔，所述锚杆的一端位于所述插孔内，所述锚杆的另一端沿水平方向插接于所述竖井的岩壁内。

3.如权利要求1所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述掘进机还包括设置于所述刀盘下方的溜渣管，所述溜渣管上设置有至少一段挠性阀管。

4.如权利要求3所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述溜渣管为分段式管路，所述溜渣管包括沿竖向设置的多段直通管，各段所述直通管沿竖向依次串接，所述挠性阀管连接于相邻两段所述直通管之间。

5.如权利要求4所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述挠性阀管的数量为多段，各段所述挠性阀管沿竖向依次串接后再接入相邻两段所述直通管之间，或者各段所述挠性阀管在各段所述直通管之间间隔分布。

6.如权利要求3所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述向上硬岩掘进装置还包括驱动装置，所述驱动装置设置于所述刀盘的底部，所述驱动装置的驱动轴与所述刀盘连接，所述溜渣管的顶端与所述驱动装置连接。

7.如权利要求6所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述向上硬岩掘进装置还包括位于主隧道内的输渣装置、储渣箱和运输车侧，所述输渣装置的输入端和输出端分别与所述溜渣管的底端和所述储渣箱连接，所述运输车与所述储渣箱连接。

8.如权利要求6所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述向上硬岩掘进装置还包括位于主隧道内的动力控制系统，所述动力控制系统通过管线分别与所述驱动装置和所述刀盘连接；所述管线间隔固定于所述溜渣管的外壁上，且相邻相固定点之间的所述管线处于松弛状态。

9.如权利要求4所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述向上硬岩掘进装置还包括支撑所述管片的反力架，所述反力架设置于所述竖井下方的主隧道内，所述反力架设置于所述支护结构的底部，所述反力架上开设有孔洞，所述溜渣管的底端沿竖向伸入至所述主隧道内并穿过所述孔洞延伸至所述反力架的下方。

10.如权利要求1所述的向上硬岩掘进装置，其特征在于，所述刀盘的底部设置有运送管片的竖向吊运装置；在所述竖井的井口上方设置有起吊装置，在靠近所述井口处的地面上设置有地面硬化结构，所述起吊装置架设于所述地面硬化结构上。

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