CN214366074U - 一种软岩隧道掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软岩隧道掘进机，属于隧道施工技术领域，其解决了现有技术中掘进设备在掘进时对软岩地层影响大、施工难度和成本较高的问题，其包括：挖掘机，所述挖掘机上固接有快速转换连接器，所述快速转换连接器远离挖掘机本体的一侧分别可拆卸连接有切割装置和破碎装置；本实用新型通过对隧道掌子面进行网格式及切割，从而减少岩石内应力，实现整个隧道掌子面的化整为零，降低隧道掌子面的开挖难度；本实用新型利用挖掘机移动方便、工作臂灵活的特点，通过控制挖掘机大臂和小臂，实现切割装置移动到掌子面不同位置进行切割。

Description

一种软岩隧道掘进机

技术领域

本实用新型属于隧道施工技术领域，具体属于一种软岩隧道掘进机。

背景技术

当前，随着我国工程建设规模的不断扩大，我国隧道建设迎来了前所未有的发展机遇，我国也毫无疑问的成为了世界隧道大国。软岩是指在工程力作用下能产生显著变形的工程岩体，目前，应用于我国软岩地层隧道施工主要方法有三种：钻爆法、盾构法和悬臂掘进机法。

钻爆法指用炸药爆破来破碎岩体，开出洞室的一种传统的施工方法，隧道开挖后受爆破影响，会造成岩体破裂形成松弛状态，容易引起坍塌；盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法，其施工过程不影响地面交通，但对于断面尺寸多变的区段适应能力差且设备成本高；悬臂掘进机是一种能够实现截割、装载运输、自行走及喷雾除尘的联合机组，但悬臂掘进机设备投资较大，施工成本高。因此，亟需一种对地层影响小，施工难度低，成本低的掘进设备进行软岩地层隧道掘进。

实用新型内容

针对现有技术中掘进设备在掘进时对软岩地层影响大、施工难度和成本较高的问题，本实用新型提供一种软岩隧道掘进机，其目的在于：对软岩隧道进行网格式切割，减小岩层内应力，降低开挖难度。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种软岩隧道掘进机，包括：挖掘机，所述挖掘机上固接有快速转换连接器，所述快速转换连接器远离挖掘机本体的一侧可拆卸连接有切割装置和破碎装置，所述破碎装置为铣挖头或冲击破碎锤，所述铣挖头包括机座、第四液压马达和刀头，所述机座与所述快速转换连接器固接，所述第四液压马达固设在所述机座远离所述快速转换连接器的一侧，所述第四液压马达与所述刀头转动连接，所述冲击破碎锤包括缸体和钎杆，所述缸体的一侧与所述快速转换连接器固接，缸体的另一侧连接有活塞杆，所述活塞杆远离缸体的端部与所述钎杆固接。

采用上述方案，对现有的挖掘机改进，在挖掘机小臂上安装快速转换连接器，快速转换连接器上安装切割装置，并在原有的挖掘机的液压系统上新增两路阀，通过液压回路与挖掘机操作室的控制系统连接，实现切割装置的控制，在使用本实用新型对软岩隧道进行掘进时，首先控制切割装置将隧道掌子面进行横向和纵向的网格式切割，然后将切割装置拆下换上破碎装置对切割后的隧道掌子面进行破碎掘进，替代了爆破法施工，避免了爆破振动造成的岩石强度降低、结构松动，大面积塌方等问题，也替代了使用悬臂掘进机和盾构机等大型机械施工，有效的降低了施工成本；本实用新型通过对隧道掌子面进行网格式及切割，从而减少岩石内应力，实现整个隧道掌子面的化整为零，降低隧道掌子面的开挖难度；本实用新型利用挖掘机移动方便、工作臂灵活的特点，通过控制挖掘机大臂和小臂，实现切割装置在隧道掌子面的纵向移动，利用挖掘机底部的履带式结构，实现切割装置在隧道掌子面的横向移动；本实用新型使用快速转换连接器进行切割模式和破碎模式的切换，将切割装置更换为破碎装置，快速转换连接器采用液压驱动夹持各刀具，可快速更换或安装各种掘进刀具(切割装置、破碎装置)，操作简单快捷，模式转换时间小于20分钟，有效提高了隧道掘进的工作效率，保证了软岩隧道的成功掘进；

本实用新型提供一种破碎装置，通过挖掘机液压系统驱动第四液压马达转动，从而带动刀头旋转，从而进行隧道岩石切削开挖。

通过挖掘机的泵站提供动力，驱动缸体内活塞杆往复升降运动，从而使得钎杆产生高频率的破碎作用力，使得岩层产生裂缝、冲击破碎或粉碎的状态，从而实现隧道的掘进。

优选的，所述切割装置为切割链锯，所述切割链锯包括横向移动装置、纵向移动装置、推进切割装置和刀具旋转装置，所述纵向移动装置的一侧与快速转换连接器可拆卸连接，所述刀具旋转装置固设在纵向移动装置远离快速转换连接器的一侧，所述横向移动装置固设在刀具旋转装置远离纵向移动装置的一侧，所述推进切割装置固设在横向移动装置远离刀具旋转装置的一侧，所述推进切割装置上固设有金刚石链锯。采用该优选的方案，本实用新型提供一种切割装置，可以对隧道掌子面进行横向和纵向的网格式切割，通过横向移动装置、纵向移动装置、刀具旋转装置和推进切割装置，实现金刚石链锯的旋转、推进切割、改变金刚石链锯的切割方位以及横向和纵向切割。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型对现有的挖掘机改进，在挖掘机小臂上安装快速转换连接器，快速转换连接器上安装切割装置，并在原有的挖掘机的液压系统上新增两路阀，通过液压回路与挖掘机操作室的控制系统连接，实现切割装置的控制，在使用本实用新型对软岩隧道进行掘进时，首先控制切割装置将隧道掌子面进行横向和纵向的网格式切割，然后将切割装置拆下换上破碎装置对切割后的隧道掌子面进行破碎掘进，替代了爆破法施工，避免了爆破振动造成的岩石强度降低、结构松动，大面积塌方等问题，也替代了使用悬臂掘进机和盾构机等大型机械施工，有效的降低了施工成本；本实用新型通过对隧道掌子面进行网格式及切割，从而减少岩石内应力，实现整个隧道掌子面的化整为零，降低隧道掌子面的开挖难度；本实用新型利用挖掘机移动方便、工作臂灵活的特点，通过控制挖掘机大臂和小臂，实现切割装置在隧道掌子面的纵向移动，利用挖掘机底部的履带式结构，实现切割装置在隧道掌子面的横向移动；本实用新型使用快速转换连接器进行切割模式和破碎模式的切换，将切割装置更换为破碎装置，快速转换连接器采用液压驱动夹持各刀具，可快速更换或安装各种掘进刀具(切割装置、破碎装置)，操作简单快捷，模式转换时间小于20分钟，有效提高了隧道掘进的工作效率，保证了软岩隧道的成功掘进。

2.本实用新型提供一种切割装置，可以对隧道掌子面进行横向和纵向的网格式切割，通过横向移动装置、纵向移动装置、刀具旋转装置和推进切割装置，实现金刚石链锯的旋转、推进切割、改变金刚石链锯的切割方位以及横向和纵向切割。

3.本实用新型提供一种破碎装置，通过挖掘机液压系统驱动第四液压马达转动，从而带动刀头旋转，从而进行隧道岩石切削开挖；通过挖掘机的泵站提供动力，驱动缸体内活塞杆往复升降运动，从而使得钎杆产生高频率的破碎作用力，使得岩层产生裂缝、冲击破碎或粉碎的状态，从而实现隧道的掘进。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是：本实用新型的一种具体实施方式的侧视角示意图。

图2是：本实用新型的另一种具体实施方式的侧视角示意图。

图3是：本实用新型的又一种具体实施方式的侧视角示意图。

图4是：本实用新型的切割链锯的一种具体实施方式的侧视角示意图。

图5是：本实用新型的切割链锯的一种具体实施方式的主视角示意图。

图6是：本实用新型的正视角示意图。

附图标记：1-挖掘机；2-快速转换连接器；3-切割链锯；4-横向移动装置；5-纵向移动装置；6-推进切割装置；7-刀具旋转装置；8-金刚石链锯；9-铣挖头；10-机座；11-第四液压马达；12-刀头；13-冲击破碎锤；14-缸体；15-钎杆；16-活塞杆；17-；18-纵向移动平台；19-第一液压马达；20-第一丝杠；21-旋转液压马达；22-第二液压马达；23-第二丝杠；24-液压缸；25-第三液压马达；26-金属防护罩；27-支撑滚轮；28-光轴。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1-5对本实用新型作详细说明。

一种软岩隧道掘进机，包括：挖掘机1，所述挖掘机1上固接有快速转换连接器2，所述快速转换连接器2远离挖掘机1的一侧可拆卸连接有切割装置和破碎装置。

所述切割装置为切割链锯3，所述切割链锯3包括横向移动装置4、纵向移动装置5、推进切割装置6和刀具旋转装置7，所述纵向移动装置5的一侧与快速转换连接器2可拆卸连接，所述刀具旋转装置7固设在纵向移动装置5远离快速转换连接器2的一侧，所述横向移动装置4固设在刀具旋转装置7远离纵向移动装置5的一侧，所述推进切割装置6固设在横向移动装置4远离刀具旋转装置7的一侧，所述推进切割装置6上固设有金刚石链锯8。

所述破碎装置为铣挖头9，所述铣挖头9包括机座10、第四液压马达11和刀头12，所述机座10与所述快速转换连接器2固接，所述第四液压马达11固设在所述机座10远离所述快速转换连接器2的一侧，所述第四液压马达11与所述刀头12转动连接。

所述破碎装置为冲击破碎锤13，所述冲击破碎锤13包括缸体14和钎杆15，所述缸体 14的一侧与所述快速转换连接器2固接，缸体14的另一侧连接有活塞杆16，所述活塞杆16远离缸体14的端部与所述钎杆15固接。

一种软岩隧道掘进机的施工方法，包括如下步骤：

步骤A：将快速转换连接器安装在挖掘机上，并将切割装置安装在快速转换连接器上；

步骤B：通过挖掘机控制切割装置对隧道掌子面进行切割，将隧道掌子面切割成数个块面；

步骤C：拆卸切割链锯，将破碎装置安装在快速转换连接器上；

步骤D：通过挖掘机控制破碎装置对每一块面进行破碎；

步骤E：通过挖掘机底部的出渣装置和皮带机输送机将破碎产生的渣土运出隧道。

在上述实施例中，对现有的挖掘机1进行改进，拆除挖掘机1的铲头，在挖掘机1小臂的前端安装快速转换连接器2，快速转换连接器2的前端可以安装各种刀具，如切割链锯3、铣挖头9和冲击破碎锤等，快速转换连接器2的前端设置有相应的液压锁紧机构，可对刀具进行夹持固定；并在挖掘机1原有的液压系统上增加两路阀，通过液压回路与挖掘机1 操作室内的控制系统连接，实现切割链锯3的控制，隧道断面进行网格式切割后需进行模式切换，将切割链锯3更换为铣挖头9或冲击破碎锤，快速转换连接器2采用液压驱动，通过第二液压缸推动活动卡板动作，可快速更换安装各种掘进附具(切割链锯3、破碎锤、铣挖头9、铲斗等)，挖掘机1底部设置有履带式行走机构，可通过移动挖掘机1位置实现整个隧道断面宽度方向上的切割，挖掘机1的底部还设计有出渣装置，包括星轮式刮渣装置、液压系统、送料皮带机。可将破碎后的渣土集中输送至掘进机后的渣土车上，运至隧洞外，星轮式刮渣装置通过低速大扭矩液压马达驱动，挖掘机1液压泵站提供动力，收集物料。液压系统可伸缩调整铲板的倾角，根据送料皮带机的的输送速度和输送量进行合理配置。

使用到的切割链锯3分为四部分纵向移动装置5，实现金刚石链锯8的纵向切割，横向移动装置4，实现金刚石链锯8的横向切割，刀具旋转装置7，改变金刚石链锯8的切割方位，推进切割装置6，将金刚石链锯8推进隧道掌子面，

具体的纵向移动装置5包括纵向移动平台，所述纵向移动平台的一侧与所述快速转换连接器2固接，所述纵向移动平台远离快速转换连接器2的一侧固设有第一液压马达，所述第一液压马达固接有第一丝杠，所述第一丝杠的一端通过第一联轴器与所述第一液压马达固接，第一丝杠的另一端通过第一轴承座与所述横向移动装置4固接，所述刀具旋转装置7通过第一移动架与所述第一丝杠固接；通过第一液压马达驱动第一丝杠旋转实现金刚石链锯8的纵向运动，第一丝杠的一侧设置有相应的导向滚轮，第一丝杠通过第一联轴器与第一液压马达输出轴链锯，第一丝杠的两端设置支撑轴承座，第一丝杠行程极限位置设置限位感应器，第一丝杠外部设置风琴保护罩，防止工作过程中渣土进行运动部件，保证设备使用寿命，纵向移动平台的钢结构背面设置液压阻尼器，可有效缓冲设备施工过程的冲击载荷和振动。

具体的刀具旋转装置7包括旋转工作台，所述旋转工作台的一侧与纵向移动平台上第一移动架通过螺栓固接，旋转工作台的另一侧与所述横向移动装置4固接，所述旋转工作台内设置有旋转液压马达，所述旋转液压马达通过涡轮和蜗杆与所述旋转工作台转动连接，通过液压马达带动蜗杆涡轮机构动作实现上工作台面旋转，改变金刚石链锯8的切割方位。

具体的横向移动装置4包括横向移动平台，所述横向移动平台的一侧与所述旋转工作台台面螺栓链锯，所述横梁移动平台的另一侧固设有第二液压马达，所述第二液压马达固接有第二丝杠，所述第二丝杠的一端通过第二联轴器与所述第二液压马达固接，第二丝杠的另一端通过第二轴承座与所述横向移动平台固接，所述推进切割装置6通过第二移动架所述第二丝杠固接；通过第二液压马达驱动第二丝杠旋转实现金刚石链锯8的横向运动，第二丝杠通过第二联轴器与第二液压马达输出轴连接，第二丝杠两端设置支撑轴承座。

具体的推进切割装置6包括推进切割平台，所述推进切割平台的一侧与所述横向移动装置4的移动架通过螺栓固接，所述推进切割平台的另一侧设置所述金刚石链锯8，所述推进切割平台内固设有液压缸，所述液压缸固接有伸缩杆，所述伸缩杆远离第三液压一端固接有第三液压马达，所述第三液压马达与所述金刚石链锯8转动连接；通过液压缸将金刚石链锯8推进隧道断面，光轴导向，液压缸及光轴外部设置可伸缩金属防护罩，防止切割过程渣土落下损坏运动部件，推进切割平台的前端即金属防护罩的壳体上设置多个弹性辅助支撑滚轮，工作时挖机行走至支撑滚轮抵触隧道断面，挖机停止，液压缸带动金刚石链锯8向前推进切割，可有效适应不平整的隧道断面，保证金刚石链锯8切割过程的稳定性。

挖掘机的底部设置有出渣装置，出渣装置包括星轮式刮渣装置、伸缩液压缸和送料皮带机，通过出渣装置将破碎后的渣土集中输送至挖掘机后面的渣土车上，通过渣土车运至隧洞外。星轮式刮渣装置通过低速大扭矩液压马达驱动，挖掘机液压泵站提供动力，收集物料。伸缩液压缸可伸缩调整铲板的倾角，根据送料皮带机的的输送速度和输送量进行合理配置。

本申请中涉及到的快速转换连接器2、自动控制原理技术等皆属于现有技术，故本申请中不再具体阐述。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种软岩隧道掘进机，其特征在于，包括：挖掘机(1)，所述挖掘机(1)上固接有快速转换连接器(2)，所述快速转换连接器(2)远离挖掘机(1)的一侧可拆卸连接有切割装置和破碎装置，所述破碎装置为铣挖头(9)或冲击破碎锤(13)，所述铣挖头(9)包括机座(10)、第四液压马达(11)和刀头(12)，所述机座(10)与所述快速转换连接器(2)固接，所述第四液压马达(11)固设在所述机座(10)远离所述快速转换连接器(2)的一侧，所述第四液压马达(11)与所述刀头(12)转动连接，所述冲击破碎锤(13)包括缸体(14)和钎杆(15)，所述缸体(14)的一侧与所述快速转换连接器(2)固接，缸体(14)的另一侧连接有活塞杆(16)，所述活塞杆(16)远离缸体(14)的端部与所述钎杆(15)固接。

2.根据权利要求1所述的一种软岩隧道掘进机，其特征在于：所述切割装置为切割链锯(3)，所述切割链锯(3)包括横向移动装置(4)、纵向移动装置(5)、推进切割装置(6)和刀具旋转装置(7)，所述纵向移动装置(5)的一侧与快速转换连接器(2)可拆卸连接，所述刀具旋转装置(7)固设在纵向移动装置(5)远离快速转换连接器(2)的一侧，所述横向移动装置(4)固设在刀具旋转装置(7)远离纵向移动装置(5)的一侧，所述推进切割装置(6)固设在横向移动装置(4)远离刀具旋转装置(7)的一侧，所述推进切割装置(6)上固设有金刚石链锯(8)。

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