隧道二衬混凝土及岩石切割机构、切割设备及切割方法与流程

本发明涉及混凝土或岩石切割专用设备，特别一种隧道二衬混凝土及岩石切割机构，包含隧道二衬混凝土及岩石切割机构的切割设备，以及切割设备进行隧道二衬混凝土切割的方法。

背景技术：

高速铁路隧道二衬混凝土由于施工过程的种种原因，导致隧道二衬混凝土脱空、厚度不足等缺陷，严重影响高速铁路的运营安全。为确保隧道的运行安全，不合格的隧道二衬混凝土必须拆除重建，现行的隧道二衬混凝土整治工程使用常规的破碎锤或者爆破进行拆除作业，拆除效率低、成本高，且由于破碎或者爆破处理的不规则造成二衬混凝土回填作业难度的加大。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种能有效提高隧道二衬混凝土或者岩石拆除施工效率，节约施工成本的切割机构，该机构安装在改装的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机上，能实现360°任意空间方位的切割。

为此，本发明所采用的第一种技术方案为：一种隧道二衬混凝土及岩石切割机构，包括大臂、伸缩臂和切割臂，所述大臂的前端与伸缩臂的后端通过万向接头铰接在一起，使得伸缩臂能相对大臂上下摆动和前后摆动，所述伸缩臂的前端与切割臂的后端通过回转支承连接，所述切割臂的前端安装有切割圆盘锯，所述切割圆盘锯配备有深度控制轮用于控制切割深度。

本发明所采用的第二种技术方案为：一种隧道二衬混凝土及岩石切割机构，包括大臂、中间臂和伸缩臂，所述大臂的前端与中间臂的后端通过万向接头铰接在一起，使得中间臂能相对大臂上下摆动和前后摆动，所述中间臂的前端与伸缩臂的后端通过回转支承连接，所述伸缩臂的前端安装有切割圆盘锯，所述切割圆盘锯配备有深度控制轮用于控制切割深度。

作为上述隧道二衬混凝土及岩石切割机构的优选，所述伸缩臂内部安装伸缩油缸，采用三段结构能实现两级伸缩。

本发明还提供了一种包括上述的隧道二衬混凝土及岩石切割机构的隧道二衬混凝土及岩石切割设备，还包括改装的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机，所述改装的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机是指卸下前端工作机构的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机，所述隧道二衬混凝土及岩石切割机构通过大臂安装在改装的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机上，用于替代挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机的前端工作机构。

作为上述隧道二衬混凝土及岩石切割设备的优选，还配备有高压喷淋系统和水箱用于除尘，或吸尘器用于除尘。

进一步优选为，隧道二衬混凝土及岩石切割设备还配备有切割路径规划，通过激光扫描确定隧道断面大小，智能规划切割路径；加装视频摄像头，对切割轨迹进行视觉识别；加装整车姿态感知，确保整车的平稳，提高切割稳定度；加装健康感知，对液压油泵、油路进行实时监控；以上智能系统感知问题后自动停机，确保安全切割。

本发明还提供了一种利用上述的隧道二衬混凝土及岩石切割设备进行的隧道二衬混凝土切割方法，包括以下步骤：

第一步，隧道二衬混凝土及岩石切割设备进入隧道后，设备必须可靠停稳；

第二步，沿隧道延伸方向对隧道二衬混凝土进行环向切割，环向切割完成后进行纵向切割，每两个环向切割线之间进行至少三次贯通的纵向切割，从而在每两个环向切割线之间将隧道二衬混凝土分成至少四块二衬混凝土块；

第三步，在最靠近地面的纵向切割线下方进行最后一次纵向切割，从而分割出一个二衬混凝土小块，采用微型爆破将此二衬混凝土小块炸碎，所有二衬混凝土块无支撑后自然脱落。

作为上述隧道二衬混凝土切割方法的优选，在第二步中，每两个环向切割线之间进行五次纵向切割，从而在每两个环向切割线之间将隧道二衬混凝土分成六块二衬混凝土块；在第三步中，最后一次纵向切割在最靠近地面的纵向切割线下方20cm位置处进行。

本发明的有益效果：切割圆盘锯能实现360°任意空间方位的切割，切割圆盘锯配备有深度控制轮用于控制切割深度，根据不同二衬混凝土或岩石的厚度来调整深度控制轮，能满足单、双线隧道拱顶、侧墙的切割要求，可实现隧道纵向和环向切割。在用于隧道二衬混凝土切割时，采用先环向切割再纵向切割的方式对一定长度范围内的隧道二衬混凝土进行分块切割，再结合小块炸碎及自然脱落的方式，既减少了炸药成本，又能保证只对不符合要求的二衬混凝土进行拆除，施工效率高，施工成本低。本发明除用于隧道二衬混凝土的切割外，也可以用于岩石切割。

附图说明

图1为隧道二衬混凝土及岩石切割机构的第一种结构形式。

图2为隧道二衬混凝土及岩石切割机构的第二种结构形式。

图3为隧道二衬混凝土切割线示意。

图4为隧道二衬混凝土及岩石切割设备在隧道内进行环向切割的状态。

图5为隧道二衬混凝土及岩石切割设备在隧道内进行纵向切割(顶切)的状态。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

图1所示为一种隧道二衬混凝土及岩石切割机构，主要由大臂1、伸缩臂2、切割臂3、切割圆盘锯4、万向接头5、回转支承6、深度控制轮7组成。大臂1的前端与伸缩臂2的后端通过万向接头5铰接在一起，使得伸缩臂2能相对大臂1上下摆动和前后摆动。伸缩臂2的前端与切割臂3的后端通过回转支承6连接，使得切割臂3能相对伸缩臂2进行回转运动。切割臂3的前端安装有切割圆盘锯4，切割圆盘锯4配备有深度控制轮7用于控制切割深度。切割深度根据二衬混凝土的厚度来确定，切割深度可以调节。

图2所示为另一种结构形式的隧道二衬混凝土及岩石切割机构，主要由大臂1、伸缩臂2、切割圆盘锯4、万向接头5、回转支承6、深度控制轮7、中间臂8组成。

大臂1的前端与中间臂8的后端通过万向接头5铰接在一起，使得中间臂8能相对大臂1上下摆动和前后摆动。中间臂8的前端与伸缩臂2的后端通过回转支承6连接，使得伸缩臂2能相对中间臂8进行回转运动。伸缩臂2的前端安装有切割圆盘锯4，切割圆盘锯4配备有深度控制轮7用于控制切割深度。

大臂1用于将隧道二衬混凝土及岩石切割机构安装到改装的悬臂式设备上。悬臂式设备包括挖机、吊车、凿岩台车、钻机等。

回转支承6采用液压马达驱动并经过减速机构减速，回转支承6的驱动机构不限于液压马达，也可以是电机或油缸等驱动。切割圆盘锯8单独采用液压马达(图中未示出)驱动，也可以是电机或油缸等驱动。

伸缩臂3内部安装伸缩油缸，采用三段结构能实现两级伸缩，伸缩臂3的伸缩范围优选为1.8米～3.6米。

结合图1—图2、图4—图5所示，一种隧道二衬混凝土及岩石切割设备，除包括上述的隧道二衬混凝土及岩石切割机构外，还包括改装的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机。改装的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机作为隧道二衬混凝土及岩石切割机构的底盘，是指卸下前端工作机构的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机。隧道二衬混凝土及岩石切割机构通过大臂1安装在改装的挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机上，用于替代挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机的前端工作机构。利用现有的悬臂式设备进行改装，研发成本低，研发周期短，且底盘性能可靠，可在挖机、或吊车、或凿岩台车、或钻机上进行改装，非常方便。

最好是，隧道二衬混凝土及岩石切割设备还配备有高压喷淋系统和水箱用于除尘，或吸尘器用于除尘。进一步，还配备有切割路径规划，通过激光扫描确定隧道断面大小，智能规划切割路径；加装视频摄像头，对切割轨迹进行视觉识别；加装整车姿态感知，确保整车的平稳，提高切割稳定度；加装健康感知，对液压油泵、油路进行实时监控；以上智能系统感知问题后自动停机，确保安全切割。还配备有过载保护和远程操控系统，集中润滑系统等。

一种利用上述切割设备进行的隧道二衬混凝土切割方法，包括以下步骤：

第一步，隧道二衬混凝土及岩石切割设备进入隧道后，设备必须可靠停稳。

第二步，沿隧道延伸方向对隧道二衬混凝土进行环向切割，环向切割完成后进行纵向切割，每两个环向切割线之间进行至少三次贯通的纵向切割，从而在每两个环向切割线之间将隧道二衬混凝土分成至少四块二衬混凝土块。如图3所示，每两个环向切割线9之间进行五次纵向切割，共五条纵向切割线10，在每两个环向切割线9之间将隧道二衬混凝土分成六块二衬混凝土块，如图3—图5所示。纵向切割包括平切，侧切和顶切(如图5所示)。

第三步，在最靠近地面的纵向切割线下方进行最后一次纵向切割，从而分割出一个二衬混凝土小块11(如图3中阴影部分所示)，采用微型爆破将此二衬混凝土小块11炸碎，所有二衬混凝土块无支撑后自然脱落。最后一次纵向切割在最靠近地面的纵向切割线下方20cm位置处进行为宜。