CN218780356U - 一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置 - Google Patents

Abstract

一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，它包括前护盾、中护盾、尾护盾，中护盾为与隧洞断面匹配的环形闭合结构，前护盾的两侧设有从前护盾前端向中护盾倾斜的斜面，尾护盾为与隧洞周边围岩耦合的光滑面板支撑结构，中护盾位于尾护盾一侧安装有多个用于顶推整个护盾装置移动的顶进千斤顶，前护盾和中护盾在位于斜面的上侧安装有多个用于打设隧洞土体的掘进装置。通过前护盾、中护盾、尾护盾形成支护体系，在开挖掌子面时，前护盾对土体形成支撑，保护施工安全,在开挖隧洞时，土体从掌子面排出，排土方便快捷。同时护盾紧跟顶进并在尾护盾中进行拱架或管片安装，实现隧道施工作业始终在棚架、护盾和管片保护下进行。

Description

一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置。

背景技术

在中短长度软岩隧洞施工中为保证围岩稳定现都是采用大管棚超前支护，小导管超前支护，注浆加固，配合采用短台阶分步开挖或采取CD法，CRD法，双侧壁导坑法等小断面破挖+临时支撑后扩挖的工艺，单循环开挖断面小，难以采用机械化作业，且临时加固工作量大，效率不高，安全风险仍然偏高。为此对一些长度较大的隧洞现开始推广效率和安全性很高全机械化的岩石掘进机（TBM），这种技术比较适合岩石强度中等以下的圆形断面隧洞。但交通隧洞经济断面为马蹄形，特别是许多隧洞穿越的岩石软硬相间，强度变化大，现在的TBM设备遇到特别坚硬的岩石掘进效率特别低，不能满足施工要求，且中途难以切换。由于TBM设备安装拆卸工作量较大，对于中短长度隧洞施工也不经济。对于中短长度隧洞、围岩软硬相间等复杂地质情况隧洞、非圆形断面岩石隧洞还是采用钻爆法施工较为普遍。研究一种软弱岩隧洞安全高效快速的钻爆法施工设备和工艺一直是行业的追求。

中国专利文献CN114876488A，公开/公告日2022年08月09公开了一种隧道的施工方法及壳式隧道掘进机，该方法以待开挖隧道的断面轮廓线为基准，采用掘进方式先开挖隧道的断面轮廓线部分，然后再采用人工、机械或爆破施工方法进行全断面开挖隧道的中间剩余部分，本实用新型通过先让一种壳式隧道掘进机开挖进岩土体一段距离，工人再在壳体内开挖，为工人提供一个更安全的工作环境。壳式隧道掘进机壳内外都有超挖，允许围岩一定变形，充分了发挥围岩自稳能力。其特点在于，在壳体的支撑下可以阻止围岩发生大变形，并且壳内未开挖的土体相当于预留核心土，减少隧道开挖对围岩的影响，降低隧道拱顶沉降和周边收敛，减少隧道开挖对地面既有建筑的影响。其不足在于，其一、掘进壳的前端布满刀盘，只要有一处刀盘因岩石受阻，整个掘进机将无法工作；其二，该掘进机的排土是通过底部两侧的运土管进行排土的，所有刀盘切屑的土体均需要经过收纳土盒进入到运土管内，由于地质情况的复杂性，当有石块进入到收纳土盒内，造成收纳土盒内卡阻，整个掘进机也就无法工作。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，通过前护盾、中护盾、尾护盾形成支护体系，通过掘进装置形成栅式棚架，确保了开挖的安全，在开挖时，土体从掌子面排出，同时护盾紧跟顶进并在尾护盾中进行拱架或管片安装，实现隧道施工作业始终在棚架、护盾和管片保护下进行。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，它包括前护盾、中护盾、尾护盾，所述前护盾连接在中护盾前部，尾护盾连接在中护盾的后部，所述中护盾为与隧洞断面匹配的环形闭合结构，用于支撑周边围岩稳定，所述尾护盾为与隧洞周边围岩耦合的光滑面板支撑结构，用于在其内侧安装隧洞支撑用的拱架或管片，中护盾位于尾护盾一侧安装有多个用于顶推整个护盾装置移动的顶进千斤顶，护盾装置位于前护盾一侧的前端安装有多个用于临时棚架和切削土体的掘进装置。

所述前护盾的两侧设有从前护盾前端向中护盾倾斜的斜面。

所述中护盾包括弧形顶部和底座，底座位于弧形顶部的下侧，底座的两端分别与弧形顶部的两端连接固定。

所述前护盾包括帽檐部和支撑部，支撑部连接在帽檐部的两端，帽檐部以及两侧的支撑部与中护盾的弧形顶部对接，所述斜面设置在支撑部远离中护盾一侧，且从帽檐部前端向中护盾倾斜。

所述尾护盾为与隧道匹配的弧形结构，弧形结构的下端两侧留有缺口。

所述掘进装置包括钻机、钻杆和钻机顶推油缸，所述钻机前后滑动限位的安装在中护盾内，钻杆一端与钻机连接，另一端沿中护盾和前护盾延伸并伸出前护盾，钻机顶推油缸安装在钻机位于钻杆的另一端，钻机顶推油缸一端与中护盾连接，另一端与钻机连接，钻机顶推油缸的活塞杆伸出推动钻机及钻杆，钻杆向隧洞掌子面钻进土体，形成栅式棚架。

所述前护盾位于帽檐部的前端转动的安装有多个用于切削土体的切削刀盘，切削刀盘通过钻杆驱动而转动。

所述前护盾的帽檐部前端安装有多个前部机座，切削刀盘后端安装在前部机座内，切削刀盘中心设有通孔，钻杆穿过通孔后向前伸出，钻杆上套装有套筒，钻杆转动同时带动套筒转动，套筒与切削刀盘通过通孔内壁与套筒外壁配合的键齿结构传动 ；所述滑键结构包括至少两个设置在通孔内壁的第一凸键，以及至少两个设置在套筒外壁的第二凸键，第一凸键和第二凸键配合形成啮合连接传动。

所述掘进装置包括锯齿切削钢板，所述锯齿切削钢板的下侧固设有滑动限位柱，靠近锯齿切削钢板的锯齿根部固设有滑动限位块，锯齿切削钢板安装在前护盾的帽檐部前端上侧，锯齿切削钢板与帽檐部的上侧面贴合，滑动限位柱与帽檐部上侧的限位滑槽配合，滑动限位块抵靠在帽檐部的前端，锯齿切削钢板的底部靠近两端位置分别与钢索的一端连接，钢索通过定滑轮组安装在帽檐部内，帽檐部内设有偏心圆盘，钢索的另一端与偏心圆盘连接，偏心圆盘转动时，拉动两侧钢索伸缩，从而带动帽檐部前端的锯齿切削钢板在贴合在帽檐部上往复摆动。

所述前护盾、弧形顶部，以及尾护盾分别由三块曲面板通过第一铰接结构连接，且弧形顶部的下端两侧分别通过第二铰接结构连接在底座的两侧，所述底座设有可伸缩调节的伸缩结构，使底座能够调节宽度，底座两侧位于弧形顶部的下方分别设有用于支撑护盾装置结构的顶升式桅杆。

本实用新型有如下有益效果：

1、通过前护盾、中护盾、尾护盾形成支护体系，斜面抵进掌子面，在开挖掌子面时，前护盾对土体形成支撑，保护施工安全。前护盾设置掘进装置，便于对顶部的土体进行开挖，在开挖隧洞时，土体从掌子面排出，排土方便快捷。同时护盾紧跟顶进并在尾护盾中进行拱架或管片安装，实现隧道施工作业始终在棚架、护盾和管片保护下进行。

2、设置帽檐部，能够向未开挖区域伸出，为下方提供安全保护，并且便于安装掘进装置。斜面与掌子面相配合，使隧洞内呈坡面开挖，提高开挖的安全性。

3、通过钻杆打设进土体形成栅式棚架，为下方挖掘提供保护。

4、通过切削刀盘对帽檐部前端的土体进行切削，方便快捷，同时解决了人工仰视施工开挖不便的问题。同时切削刀盘通过钻杆传动，无需另外的动力，结构简单，使用方便。

5、掘进装置包括锯齿切削钢板，通过锯齿切削钢板帽檐部前端的土体进行整体切削。

6、前护盾、弧形顶部，以及尾护盾分别由三块曲面板通过第一铰接结构连接，且弧形顶部的下端两侧分别通过第二铰接结构连接在底座的两侧，所述底座设有可伸缩调节的伸缩结构，使底座能够调节宽度，使本发明的护盾装置可以适用于不同的隧洞开挖断面，特别是在一个隧洞里因围岩等级变化而采用不同隧洞开挖断面的工况。

附图说明

图1为本实用新型主视结构视示意图。

图2为图1中A-A剖面结构示意图。

图3为图1中B-B剖面结构示意图。

图4为图1中C-C剖面结构示意图。

图5为本实用新型安装掘进装置结构示意图。

图6本实用新型立体结构示意图。

图7为本实用新型钻杆准备钻进时结构示意图。

图8为本实用新型钻杆上套装套筒钻进时结构示意图。

图9为本实用新型钻杆钻进到位形成时形成栅式棚架结构示意图。

图10为本实用新型套筒与钻杆固定后，钻杆回缩使套筒与切削刀片配合传动时的结构示意图。

图11为本实用新型前护盾、弧形顶部，以及尾护盾分别由三块曲面板铰接成型的结构示意图。

图12为本实用新型切削刀盘、钻杆、套筒配合传动时纵剖结构示意图。

图13为本实用新型钻杆与套筒连接结构示意图。

图14为本实用新型切削刀盘内通孔的结构示意图。

图15本实用新型切削刀盘、钻杆、套筒配合传动时横剖结构示意图。

图16本实用新型前护盾安装锯齿切削钢板结构示意图。

图17为图16中D-D剖面结构示意图。

图18本实用新型锯齿切削钢板断面结构示意图。

图19本实用新型锯齿切削钢板展开结构示意图。

图20本实用新型护盾装置底部视角立体结构示意图。

图中：前护盾1，帽檐部101，支撑部102，斜面103，限位滑槽104，边滑轮105，中滑轮106，中护盾2，弧形顶部201，底座202，尾护盾3，缺口31，顶进千斤顶4，钻机5，管片6，锯齿切削钢板7，滑动限位柱71，滑动限位块72，钢索73，偏心圆盘8，钻杆9，栅式棚架10，切削刀盘11，通孔111，第一凸键112，掌子面12，未开挖区域13，前部机座14，套筒15，第二凸键151，钻机顶推油缸16，第一铰接结构17，第二铰接结构18，伸缩结构19，顶升式桅杆20。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

实施例一：

参见图1-20，一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，它包括前护盾1、中护盾2、尾护盾3，所述前护盾1连接在中护盾2前部，尾护盾3连接在中护盾2的后部，所述中护盾2为与隧洞断面匹配的环形闭合结构，用于支撑周边围岩稳定，所述前护盾1的两侧设有从前护盾1前端向中护盾2倾斜的斜面103，所述尾护盾3为与隧洞周边围岩耦合的光滑面板支撑结构，用于在其内侧安装隧洞支撑用的拱架或管片6，中护盾2位于尾护盾3一侧安装有6-10个用于顶推整个护盾装置移动的顶进千斤顶4，前护盾1和中护盾2在位于斜面103的上侧安装有10-20个用于钻进和切削隧洞土体的掘进装置，掘进装置的前端伸出前护盾1。通过前护盾、中护盾、尾护盾形成支护体系，斜面103抵进掌子面12，在开挖掌子面12时，前护盾1对土体形成支撑，保护施工安全。前护盾1设置掘进装置，便于对顶部的土体进行开挖，在开挖隧洞时，土体从掌子面排出，排土方便快捷。同时护盾紧跟顶进并在尾护盾中进行拱架或管片安装，实现隧道施工作业始终在棚架、护盾和管片保护下进行。

具体的，参见图1、6，中护盾2包括弧形顶部201和底座202，底座202位于弧形顶部201的下侧，底座202的两端分别与弧形顶部201的两端连接固定。设置底座202为中护盾2提供支撑，并便于挖掘机和车辆通行。

参见图5、6，所述前护盾1包括帽檐部101和支撑部102，支撑部102连接在帽檐部101的两端，帽檐部101以及两侧的支撑部102与中护盾2的弧形顶部201对接，所述斜面103设置在支撑部102远离中护盾2一侧，且从帽檐部101前端向中护盾2倾斜；所述尾护盾3为与隧道匹配的弧形结构，弧形结构的下端两侧留有缺口31。设置帽檐部101，能够向未开挖区域13伸出，为下方提供安全保护，并且便于安装掘进装置。斜面103与掌子面12相配合，使隧洞内呈坡面开挖，提高开挖的安全性。

参见图7-10，所述掘进装置包括钻机5、钻杆9和钻机顶推油缸16，所述钻机5前后滑动限位的安装在中护盾2内，钻杆9一端与钻机5连接，另一端沿中护盾2和前护盾1延伸并伸出前护盾1，钻机顶推油缸16安装在钻机5位于钻杆9的另一端，钻机顶推油缸16一端与中护盾2连接，另一端与钻机5连接，钻机顶推油缸16的活塞杆伸出推动钻机5及钻杆9，钻杆9向隧洞掌子面12打设土体，形成栅式棚架10。通过钻杆9打设进土体形成栅式棚架10，为下方挖掘提供保护。使用时，中护盾2设有轴向的滑槽，钻机5安装在滑槽内，钻机5本体被限制转动，仅能前后滑动。

参见图5、6，所述前护盾1位于帽檐部101的前端转动的安装有多个用于切削土体的切削刀盘11，切削刀盘11通过钻杆9驱动而转动。通过切削刀盘11对帽檐部101前端的土体进行切削，方便快捷，同时解决了人工仰视施工开挖不便的问题。

具体的，参见图6、12-15，所述前护盾1的帽檐部101前端安装有多个前部机座14，切削刀盘11后端通过轴承转动的安装在前部机座14内，切削刀盘11中心设有通孔111，钻杆9穿过通孔111后向前伸出，钻杆9上套装有套筒15，钻杆9转动同时带动套筒15转动，套筒15与切削刀盘11通过通孔111内壁与套筒15外壁配合的键齿结构传动 ，键齿结构可采用花键副结构，优选的，为了便于在钻杆9收回时钻杆9上的套筒15能够方便的进入到通孔111内，滑键结构包括至少两个设置在通孔111内壁的第一凸键112，以及至少两个设置在套筒15外壁的第二凸键151，第一凸键112和第二凸键151配合形成啮合连接传动。

实施例二：

参见图16-19，掘进装置包括锯齿切削钢板7，所述锯齿切削钢板7的下侧固设有滑动限位柱71，靠近锯齿切削钢板7的锯齿根部固设有滑动限位块72，锯齿切削钢板7安装在前护盾1的帽檐部101前端上侧，锯齿切削钢板7与帽檐部101的上侧面贴合，滑动限位柱71与帽檐部101上侧的限位滑槽104滑动配合，滑动限位块72抵靠在帽檐部101的前端，锯齿切削钢板7的底部靠近两端位置分别与钢索73的一端连接，钢索73通过定滑轮组安装在帽檐部101内，帽檐部101内设有偏心圆盘8，钢索73的另一端与偏心圆盘8连接，偏心圆盘8转动时，拉动两侧钢索73伸缩，从而带动帽檐部101前端的锯齿切削钢板7在贴合在帽檐部101上往复摆动。通过偏心圆盘8的转动，拉动两侧的钢索73，从而带动锯齿切削钢板7在贴合在帽檐部101上往复摆动的对土体进行切削。

具体的，帽檐部101内左右两侧分别设有边滑轮105，位于偏心圆盘8的两侧上方分别设有中滑轮106，钢索73绕过两侧的边滑轮105后，再从中滑轮106的上方绕过，之后与偏心圆盘8上的连接件连接。进一步的，连接件中部设有转动孔，连接件的两侧分别设有用于固定钢丝73的固定孔，两根钢索73分别与固定孔固定，连接件通过转动孔安装在偏心圆盘8的偏心轴上。偏心圆盘8可采用电机减速机组合驱动旋转，也可以采用液压马达驱动旋转。

在实际应用中，锯齿切削钢板7可以单独使用，也可以配合钻杆9一起使用。

实施例三：

参见图6、20，前护盾1、弧形顶部201，以及尾护盾3分别由三块曲面板通过第一铰接结构17连接，且弧形顶部201的下端两侧分别通过第二铰接结构18连接在底座202的两侧，所述底座202设有可伸缩调节的伸缩结构19，使底座202能够调节宽度，底座202两侧位于弧形顶部201的下方分别设有用于支撑护盾装置结构的顶升式桅杆20。使本实用新型的护盾装置可以适用于不同的隧洞开挖截面，特别是在一个隧洞里具有不同隧洞开挖截面的工况。

具体的，在顶部设有一个曲面板，在顶部曲面板的两侧分别对称的设有侧面曲面板，两侧的侧面曲面板分别与顶部曲面板通过第一铰接结构17铰接，两侧的侧面曲面板下端分别通过第二铰接结构18与底座202的两侧铰接。伸缩结构19可采用导柱导套结构导向，然后通过油缸支撑伸缩，也可以采用双头丝杆和螺母配合的结构伸缩。顶升式桅杆20用于对变形时的曲面板进行顶升和下降，当顶升时，底座宽度调窄，顶部曲面板升高；当下降时，底座宽度调宽，顶部曲面板高度降低。顶升式桅杆20的升高和下降通过油缸执行，执行完成后采用型钢固定。

护盾装置内还设有液压站，为各油缸和液压马达提供动力。

Claims (10)

1.一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，它包括前护盾（1）、中护盾（2）、尾护盾（3），所述前护盾（1）连接在中护盾（2）前部，尾护盾（3）连接在中护盾（2）的后部，所述中护盾（2）为与隧洞开挖轮廓匹配的环形闭合结构，用于支撑周边围岩稳定，所述尾护盾（3）为与隧洞周边围岩耦合的光滑面板支撑结构，用于在其内侧安装隧洞支撑用的拱架或管片（6），中护盾（2）位于尾护盾（3）一侧安装有多个用于顶推整个护盾装置移动的顶进千斤顶（4），护盾装置位于前护盾（1）一侧的前端安装有多个用于打设临时棚架和切削土体的掘进装置，掘进装置的前端伸出前护盾（1）。

2.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述前护盾（1）的两侧设有从前护盾（1）前端向中护盾（2）倾斜的斜面（103）。

3.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述中护盾（2）包括弧形顶部（201）和底座（202），底座（202）位于弧形顶部（201）的下侧，弧形顶部（201）两侧沿隧洞开挖轮廓延伸与底座（202）的两端连接固定。

4.根据权利要求2所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述前护盾（1）包括帽檐部（101）和支撑部（102），支撑部（102）连接在帽檐部（101）的两端，帽檐部（101）以及两侧的支撑部（102）与中护盾（2）的弧形顶部（201）对接，所述斜面（103）设置在支撑部（102）远离中护盾（2）一侧，且从帽檐部（101）前端向中护盾（2）倾斜。

5.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述尾护盾（3）为与隧道匹配的弧形结构，弧形结构的下端两侧与底座（202）之间留有缺口（31）。

6.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述掘进装置包括钻机（5）、钻杆（9）和钻机顶推油缸（16），所述钻机（5）前后滑动限位的安装在中护盾（2）内，钻杆（9）一端与钻机（5）连接，另一端沿中护盾（2）和前护盾（1）延伸并伸出前护盾（1），钻机顶推油缸（16）安装在钻机（5）位于钻杆（9）的另一端，钻机顶推油缸（16）一端与中护盾（2）连接，另一端与钻机（5）连接，钻机顶推油缸（16）的活塞杆伸出推动钻机（5）及钻杆（9），钻杆（9）向隧洞掌子面（12）土体钻进，形成栅式棚架（10）。

7.根据权利要求6所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述前护盾（1）位于帽檐部（101）的前端转动的安装有多个用于切削土体的切削刀盘（11），切削刀盘（11）通过钻杆（9）驱动而转动。

8.根据权利要求7所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述前护盾（1）的帽檐部（101）前端安装有多个前部机座（14），切削刀盘（11）后端安装在前部机座（14）内，切削刀盘（11）中心设有通孔（111），钻杆（9）穿过通孔（111）后向前伸出，钻杆（9）上套装有套筒（15），钻杆（9）转动同时带动套筒（15）转动，套筒（15）与切削刀盘（11）通过通孔（111）内壁与套筒（15）外壁配合的键齿结构传动 ；所述键齿结构包括至少两个设置在通孔（111）内壁的第一凸键（112），以及至少两个设置在套筒（15）外壁的第二凸键（151），第一凸键（112）和第二凸键（151）配合形成啮合连接传动。

9.根据权利要求1、6-8任意一项所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述掘进装置包括锯齿切削钢板（7），所述锯齿切削钢板（7）的下侧固设有滑动限位柱（71），靠近锯齿切削钢板（7）的锯齿根部固设有滑动限位块（72），锯齿切削钢板（7）安装在前护盾（1）的帽檐部（101）前端上侧，锯齿切削钢板（7）与帽檐部（101）的上侧面贴合，滑动限位柱（71）与帽檐部（101）上侧的限位滑槽（104）配合，滑动限位块（72）抵靠在帽檐部（101）的前端，锯齿切削钢板（7）的底部靠近两端位置分别与钢索（73）的一端连接，钢索（73）通过定滑轮组安装在帽檐部（101）内，帽檐部（101）内设有偏心圆盘（8），钢索（73）的另一端与偏心圆盘（8）连接，偏心圆盘（8）转动时，拉动两侧钢索（73）伸缩，从而带动帽檐部（101）前端的锯齿切削钢板（7）在贴合在帽檐部（101）上往复摆动。

10.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞全断面开挖移动护盾装置，其特征在于，所述前护盾（1）、弧形顶部（201），以及尾护盾（3）分别由三块曲面板通过第一铰接结构（17）连接，且弧形顶部（201）的下端两侧分别通过第二铰接结构（18）连接在底座（202）的两侧，所述底座（202）设有可伸缩调节的伸缩结构（19），使底座（202）能够调节宽度，底座（202）两侧位于弧形顶部（201）的下方分别设有用于支撑护盾装置结构的顶升式桅杆（20）。

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