一种地下岩体工程用隧道掘进机

专利摘要:
本实用新型公开了一种地下岩体工程用隧道掘进机，包括主梁、驱动机构、支撑机构、连接机构及刀盘；所述刀盘通过所述连接机构与所述主梁连接，所述驱动机构安装在所述支撑机构上，且所述驱动机构与所述主梁连接；所述刀盘的前端设有多个刀头所组成的刀头阵列，所述刀头阵列中每行或者每列中相邻的两个所述刀头之间设有嵌入刀盘的钻孔机构.通过刀盘内部的钻孔机构对掌子面待开挖岩体预先钻孔，产生预制裂纹，从而能够实现快速破岩，充分发挥了TBM性能，提高掘进效率，缩短工程进度与周期，并且该隧道掘进机特别适宜于硬岩工程的TBM掘进。
公开号:CN214330628U
申请号:CN202022220224.7U
申请日:2020-09-30
公开日:2021-10-01
发明作者:满轲；刘晓丽；黄进；宋志飞；郭占峰；金松丽；于云鹤；柳宗旭
申请人:Tsinghua University；North China University of Technology；
IPC主号:E21D9-087

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及硬岩掘进技术领域，特别涉及一种地下岩体工程用隧道掘进机。
[n0002] 硬岩工程的高效掘进对于岩土工程的开挖具有重要的意义，决定了现场工程的施工进度、施工组织合理性与项目投资经济性等。特别是业已获得广泛运用的隧道掘进机(TBM)施工技术，其在硬岩中的掘进速度尤为重要，更能反映工程的掘进状况及运维形态。所谓TBM掘进，是利用刀盘上具有不同分布的多类型多尺寸刀具切割掌子面前方岩体，达到隧道掘进目的；其掘进效率取决于TBM装置自身的推力、扭矩、贯入度、转速、出渣等机电液控制系统，同时也取决于待开挖岩体的物理力学特性，以及施工组织、工序衔接和操作人员对TBM的科学合理操纵等因素。在完整硬岩掘进情况下(裂隙不发育、岩体完整性高，岩石单轴抗压强度大于150MPa)，TBM适应性差，不能充分发挥TBM机械自身性能，导致工程掘进效率低，延缓工程进度与周期。
[n0003] 本实用新型的目的在于提供一种地下岩体工程用隧道掘进机，以解决在完整硬岩掘进情况下(裂隙不发育、岩体完整性高，岩石单轴抗压强度大于150MPa)，TBM适应性差，不能充分发挥TBM机械自身性能，导致工程掘进效率低，延缓工程进度与周期的问题。
[n0004] 根据本实用新型的实施例，提供了一种地下岩体工程用隧道掘进机，包括主梁、驱动机构、支撑机构、连接机构及刀盘；
[n0005] 所述刀盘通过所述连接机构与所述主梁连接，所述驱动机构安装在所述支撑机构上，且所述驱动机构与所述主梁连接；
[n0006] 所述刀盘的前端设有多个刀头所组成的刀头阵列，所述刀头阵列中每行或者每列中相邻的两个所述刀头之间设有嵌入刀盘的钻孔机构。
[n0007] 具体地，所述钻孔机构包括容置腔以及设置在容置腔内的伸缩装置、驱动电机及钻杆；
[n0008] 所述钻杆的一端与所述驱动电机连接，所述钻杆沿与所述刀盘轴向相平行的方向设置，且所述伸缩装置能够驱动所述钻杆沿与所述刀盘轴向相平行的方向伸缩。
[n0009] 具体地，所述容置腔的前端设有封堵，所述封堵对应所述钻杆的部分设有通孔。
[n0010] 具体地，所述封堵采用含碳量低于0.7％、且强度高于所述刀盘材质强度的30％、耐磨性不低于所述刀盘材质的材料制成。
[n0011] 具体地，所述封堵材料的含碳量为0.5％～0.6％。
[n0012] 具体地，所述伸缩装置包括连接件、驱动轴及液压泵，所述驱动电机通过所述连接件与所述驱动轴连接，所述液压泵与所述驱动轴连接。
[n0013] 具体地，所述刀盘与所述连接机构可拆卸连接。
[n0014] 具体地，所述支撑机构相对的两侧分别设有撑靴及折叠液压缸，所述撑靴的末端与所述支撑机构铰接，所述折叠液压缸的一端与所述支撑机构铰接，所述折叠液压缸的另一端与所述撑靴的另一端铰接。
[n0015] 本实用新型实施例提供了一种地下岩体工程用隧道掘进机，通过刀盘内部的钻孔机构对掌子面待开挖岩体预先钻孔，产生预制裂纹，从而能够实现快速破岩，充分发挥了TBM性能，提高掘进效率，缩短工程进度与周期，并且该隧道掘进机特别适宜于硬岩工程的TBM掘进。
[n0016] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[n0017] 图1为本实用新型提供的一种地下岩体工程用隧道掘进机的结构示意图；
[n0018] 图2为刀盘的主视图；
[n0019] 图3为钻孔机构的结构图；
[n0020] 图4为封堵的结构图；
[n0021] 图5为撑靴与折叠液压缸的结构图。
[n0022] 其中，1-待开挖岩体，2-掌子面，3-刀头，4-钻孔机构，41-钻杆，42-封堵，43-容置腔，44-驱动电机，45-伸缩装置，451-连接件，452-驱动轴，453-液压泵，5-刀盘，6-连接机构，7-主梁，8-驱动机构，9-支撑机构，10-撑靴，11-折叠液压缸。
[n0023] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[n0024] 根据本实用新型的实施例，如图1和图2所示，提供了一种地下岩体工程用隧道掘进机，包括主梁7、驱动机构8、支撑机构9、连接机构6及刀盘5；刀盘5通过连接机构6与主梁7连接，驱动机构8安装在支撑机构9上，且驱动机构8与主梁7连接；刀盘5的前端设有多个刀头3所组成的刀头阵列，刀头阵列中每行或者每列中相邻的两个刀头3之间设有嵌入刀盘5的钻孔机构4。
[n0025] 其中，驱动机构8可采用推进油缸，驱动机构8主要用于掘进过程中的纵向移动。在刀头阵列中每行或者每列中相邻的两个刀头3之间设有嵌入刀盘5的钻孔机构4，这样既可保证刀头3及钻孔机构4的数量，又能保证刀头3及钻孔机构4的均匀分布，从而进一步提高掘进效果。
[n0026] 在具体掘进过程中，利用刀盘5内部的钻孔机构4对掌子面2待开挖岩体1预先钻孔，产生预制裂纹，然后再通过刀盘5上的刀头3对产生预制裂纹的岩体进行破岩。
[n0027] 本实用新型实施例提供了一种地下岩体工程用隧道掘进机，通过刀盘5内部的钻孔机构4对掌子面2待开挖岩体1预先钻孔，产生预制裂纹，从而能够实现快速破岩，充分发挥了TBM性能，提高掘进效率，缩短工程进度与周期，并且该隧道掘进机特别适宜于硬岩工程的TBM掘进。
[n0028] 在上述实施例中，如图3所示，钻孔机构4包括容置腔43以及设置在容置腔43内的伸缩装置45、驱动电机44及钻杆41；钻杆41的一端与驱动电机44连接，钻杆41沿与刀盘5轴向相平行的方向设置，且伸缩装置45能够驱动钻杆41沿与刀盘5轴向相平行的方向伸缩。
[n0029] 其中，伸缩装置45包括连接件451、驱动轴452及液压泵453，驱动电机44通过连接件451与驱动轴452连接，液压泵453与驱动轴452连接。连接件451采用现有的能够起到连接作用的部件即可，本实施例不做严格限定。
[n0030] 在具体掘进过程中，利用液压泵453带动驱动轴452伸长，从而利用驱动轴452通过连接件451带动驱动电机44及钻杆41开始前伸，直至触碰到岩体为止，此时，液压泵453停止驱动，同时驱动电机44开启并带动钻杆41转动，当钻杆41的转速稳定后，液压泵453再次进行驱动，从而使转动的钻杆41继续前伸，此时，钻杆41开始对岩体进行钻孔作业，当达到预设深度并产生预制裂纹时，伸缩杆进行反向驱动，驱动电机44和钻杆41同时退回至初始位置，同时液压泵453停止驱动，并且驱动电机44停止工作。
[n0031] 在上述实施例中，如图3和图4所示，容置腔43的前端设有封堵42，封堵42对应钻杆41的部分设有通孔。封堵42可防止掘进过程中所产生的灰尘及颗粒等进入容置腔43内。
[n0032] 其中，封堵42采用含碳量低于0.7％、且强度高于刀盘5材质强度的30％、耐磨性不低于刀盘5材质的材料制成，进一步地，封堵42材料的含碳量为0.5％～0.6％，从而使封堵42具有高强度及耐磨的优点。
[n0033] 在上述实施例中，刀盘5与连接机构6可拆卸连接。刀盘5与连接机构6可通过螺栓等实现可拆卸连接，这样可方便对刀盘5的维护与更换，方便工作人员操作。
[n0034] 在上述实施例中，如图5所示，支撑机构9相对的两侧分别设有撑靴10及折叠液压缸11，撑靴10的末端与支撑机构9铰接，折叠液压缸11的一端与支撑机构9铰接，折叠液压缸11的另一端与撑靴10的另一端铰接。在撑靴10工作时，可使折叠液压缸11处于收缩状态，从而使撑靴10、支撑机构9及折叠液压缸11形成稳定的三角结构，提高撑靴10的稳定性。在不使用撑靴10时，可使折叠液压缸11伸缩，从而使撑靴10紧挨支撑机构9的两侧，形成折叠状态，节省掘进机的占用空间。
[n0035] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[n0036] 应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

权利要求:
Claims (6)
[0001] 1.一种地下岩体工程用隧道掘进机，其特征在于，包括主梁(7)、驱动机构(8)、支撑机构(9)、连接机构(6)及刀盘(5)；
所述刀盘(5)通过所述连接机构(6)与所述主梁(7)连接，所述驱动机构(8)安装在所述支撑机构(9)上，且所述驱动机构(8)与所述主梁(7)连接；
所述刀盘(5)的前端设有多个刀头(3)所组成的刀头阵列，所述刀头阵列中每行或者每列中相邻的两个所述刀头(3)之间设有嵌入刀盘(5)的钻孔机构(4)。
[0002] 2.根据权利要求1所述的地下岩体工程用隧道掘进机，其特征在于，所述钻孔机构(4)包括容置腔(43)以及设置在容置腔(43)内的伸缩装置(45)、驱动电机(44)及钻杆(41)；
所述钻杆(41)的一端与所述驱动电机(44)连接，所述钻杆(41)沿与所述刀盘(5)轴向相平行的方向设置，且所述伸缩装置(45)能够驱动所述钻杆(41)沿与所述刀盘(5)轴向相平行的方向伸缩。
[0003] 3.根据权利要求2所述的地下岩体工程用隧道掘进机，其特征在于，所述容置腔(43)的前端设有封堵(42)，所述封堵(42)对应所述钻杆(41)的部分设有通孔。
[0004] 4.根据权利要求2所述的地下岩体工程用隧道掘进机，其特征在于，所述伸缩装置(45)包括连接件(451)、驱动轴(452)及液压泵(453)，所述驱动电机(44)通过所述连接件(451)与所述驱动轴(452)连接，所述液压泵(453)与所述驱动轴(452)连接。
[0005] 5.根据权利要求1所述的地下岩体工程用隧道掘进机，其特征在于，所述刀盘(5)与所述连接机构(6)可拆卸连接。
[0006] 6.根据权利要求1所述的地下岩体工程用隧道掘进机，其特征在于，所述支撑机构(9)相对的两侧分别设有撑靴(10)及折叠液压缸(11)，所述撑靴(10)的末端与所述支撑机构(9)铰接，所述折叠液压缸(11)的一端与所述支撑机构(9)铰接，所述折叠液压缸(11)的另一端与所述撑靴(10)的另一端铰接。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202022220224.7U|CN214330628U|2020-09-30|2020-09-30|一种地下岩体工程用隧道掘进机|CN202022220224.7U| CN214330628U|2020-09-30|2020-09-30|一种地下岩体工程用隧道掘进机|