一种适用于螺旋线隧洞施工装置及方法与流程

本发明涉及隧道挖掘技术，特别是指一种适用于螺旋线隧洞施工装置及方法。

背景技术：

目前的隧洞施工技术主要采用隧道掘进机，但是由于掘进机主机长度较长，通常都设计尽量少、曲线半径足够大的转弯，这样有利于隧道掘进机的通过。同时设计的轴线也以水平为主，这会有利于开挖出来的岩渣排除，有利于风、水、电管线的布置，因此在隧道掘进机的施工中，设计院一般将隧洞轴线设计为直线或斜线，尽可能的减少转弯曲线，更不会设计连续转弯轴线。

但是对于一些特殊的工程、特殊的地质条件，设计出来的隧洞轴线就是连续转弯的螺旋线向下掘进。面对这样的工程，就需要选择专门设计有针对性的设备进行开挖，同时这种技术需要隧道掘进机能够实现垂直和水平两个方向的转弯，保证隧道施工的所需的风、水、电的供给，保证污水排放和渣土的运输等。

技术实现要素：

本发明提出一种适用于螺旋线隧洞施工装置及方法，解决了现有技术中缺少一种适用于螺旋线隧洞施工的装置和方法的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种适用于螺旋线隧洞施工装置，包括主机系统和后配套系统，主机系统通过拖拉油缸与后配套系统连接，所述的主机系统包括刀盘，刀盘的后部设有溜渣槽和主机皮带机，溜渣槽与主机皮带机配合，刀盘与主驱动连接，主驱动设在护盾内部，主驱动与后部的主机连接，主机的上方设有钢拱架安装器和主机平台，钢拱架安装器和主机平台配合，主机的下方设有主梁吊机，主机上设有撑靴鞍架，撑靴鞍架与主机滑动配合，撑靴鞍架与主机之间连接有推进油缸，撑靴鞍架上设有撑靴油缸，撑靴油缸通过扭矩油缸与撑靴鞍架连接。

所述的撑靴油缸设有两个，两个撑靴油缸左右对称，扭矩油缸设有四个，四个扭矩油缸左右对称。

所述的后配套系统上设有水箱和风管，水箱内设有液位传感器，水箱与洞外水源连接，风管与洞外空气连接。

所述的后配套系统上设有设备排水泵，设备排水泵通过若干洞内沉淀池与洞外沉淀池连接，每个洞内沉淀池上设有排水泵。

所述的主机皮带机后部设有连续皮带机，连续皮带机与主机皮带机配合，连续皮带机安装至洞外，连续皮带机包括承载托辊和回程托辊，皮带缠绕在承载托辊和回程托辊上，承载托辊和回程托辊转弯的外侧均设有倾斜的防跑偏托辊。

一种适用于螺旋线隧洞施工方法，在掘进时，左右两侧的撑靴油缸撑紧在洞壁上，通过控制左右撑靴油缸的伸缩量来控制主机左右方向的调向，通过控制扭矩油缸在垂直方向上调整方向，扭矩油缸伸出，主机向下调向，扭矩油缸收缩，主机向上调向；主控室有导向系统进行实时监控，根据导向系统控制主机需要调整的幅度和方向，保证主机沿螺旋线进行掘进。

在后配套系统设有水箱和风管，隧道外的水通过管路运送至水箱，水储存在水箱内以供设备使用，水箱内设计有液位传感器，当水位较低或较高时自动报警，保证洞内新鲜水的供给，洞外的空气通过风管输送到洞内。

在后配套系统上设有设备排水泵，洞内污水通过设备排水泵，经过若干洞内沉淀池，在每个洞内沉淀经过排水泵加压，通至洞外沉淀池。

承载托辊和回程托辊转弯的外侧均设有倾斜的防跑偏托辊。

采用双向驾驶的胶轮车进行洞内外生产物料的运输。

本发明的优点：通过尽可能的减短主机长度和改善撑靴系统解决隧洞开挖过程中的连续螺旋线转弯问题；通过设计全新的连续皮带机输送系统解决开挖出来物料的运输系统；通过采用多级系统将隧道内的污水排到洞外；整机配套设备施工效率高、利用率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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。

图1为隧道掘进机整机示意图。

图2为鞍架撑靴示意图。

图3为掘进螺旋线示意图。

图4为后配套系统截面图。

图5为皮带机防跑偏示意图。

图6为排水示意图。

图7为胶轮车示意图。

图中：1-刀盘，2-溜渣槽，3-主机皮带机，4-护盾，5-主驱动，6-钢拱架安装器，7-推进油缸，8-主机平台，9-撑靴鞍架，10-主梁吊机，11-后支撑，12-拖拉油缸，13-后配套系统，14-撑靴油缸，15-扭矩油缸，16-水箱，17-连续皮带机，18-风管，19-承载托辊，20-回程托辊，21-防跑偏托辊。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种适用于螺旋线隧洞施工装置，包括主机系统和后配套系统13，主机系统通过拖拉油缸12与后配套系统13连接，所述的主机系统包括刀盘1，刀盘1的后部设有溜渣槽2和主机皮带机3，溜渣槽2与主机皮带机3配合，刀盘1与主驱动5连接，主驱动5设在护盾4内部，主驱动5与后部的主机连接，主机的上方设有钢拱架安装器6和主机平台8，钢拱架安装器6和主机平台8配合，主机的下方设有主梁吊机10，主机上设有撑靴鞍架9，撑靴鞍架9与主机滑动配合，撑靴鞍架9与主机之间连接有推进油缸7，撑靴鞍架9上设有撑靴油缸14，撑靴油缸14通过扭矩油缸15与撑靴鞍架9连接。

所述的撑靴油缸14设有两个，两个撑靴油缸14左右对称，扭矩油缸15设有四个，四个扭矩油缸15左右对称。

所述的后配套系统13上设有水箱16和风管18，水箱16内设有液位传感器，水箱16与洞外水源连接，风管18与洞外空气连接。

所述的后配套系统13上设有设备排水泵，设备排水泵通过若干洞内沉淀池与洞外沉淀池连接，每个洞内沉淀池上设有排水泵。

所述的主机皮带机3后部设有连续皮带机17，连续皮带机17与主机皮带机3配合，连续皮带机17安装至洞外，连续皮带机17包括承载托辊19和回程托辊20，皮带缠绕在承载托辊19和回程托辊20上，承载托辊19和回程托辊20转弯的外侧均设有倾斜的防跑偏托辊21。

一种适用于螺旋线隧洞施工方法，在掘进时，左右两侧的撑靴油缸14撑紧在洞壁上，通过控制左右撑靴油缸14的伸缩量来控制主机左右方向的调向，通过控制扭矩油缸15在垂直方向上调整方向，扭矩油缸15伸出，主机向下调向，扭矩油缸收缩，主机向上调向；主控室有导向系统进行实时监控，根据导向系统控制主机需要调整的幅度和方向，保证主机沿螺旋线进行掘进。

在后配套系统13设有水箱16和风管18，隧道外的水通过管路运送至水箱16，水储存在水箱16内以供设备使用，水箱16内设计有液位传感器，当水位较低或较高时自动报警，保证洞内新鲜水的供给，洞外的空气通过风管18输送到洞内。

在后配套系统13上设有设备排水泵，洞内污水通过设备排水泵，经过若干洞内沉淀池，在每个洞内沉淀经过排水泵加压，通至洞外沉淀池。

承载托辊19和回程托辊20转弯的外侧均设有倾斜的防跑偏托辊21。

采用双向驾驶的胶轮车进行洞内外生产物料的运输。

如图1所示，采用适合洞径开挖的刀盘1、遛渣槽2、主机皮带机3、护盾4、主驱动5、钢拱架安装器6、推进油缸7、主机平台8、撑靴鞍架9、主梁吊机10、后支撑11、拖拉油缸12和后配套系统13构成整个隧道掘进机的主要结构件。隧道掘进机的主要功能是在护盾4的保护下，撑靴鞍架9撑紧洞壁，在推进油缸7的作用下，带动主机向前掘进，主驱动5带动刀盘1旋转，不断的切割岩石，同时刀盘的旋转能够将切削下的岩石收集到遛渣槽2，再通过主机皮带机3运输到后配套系统13，再通过后配套倒运到连续皮带机17。主梁吊机系统10是用于向掘进方向运输工程物料，施工人员能够站在主机平台8上利用钢拱架安装器6对破碎的岩石进行支护，保证机器能够顺利的通过岩石破碎的区域。

如图2所示，鞍架撑靴有撑靴油缸14左右对称两个，扭矩油缸15左右对称4个，其作用分别是通过液压控制实现机器水平和垂直方向的转弯。在转弯时，撑靴鞍架9撑紧在洞壁上，在撑靴油缸14和扭矩油缸15的作用下，主机结构以护盾4为支点左右和上下调向，而且能够边掘进边调向，在两个方向上同时调向，才能实现图3所示螺旋线式的掘进。

如图3所示，为本发明能够完成的螺旋线隧洞，这种特殊的轴线设计能够满足大型设备的进出。

如图4所示，水箱16布置在后配套系统13上，隧道外的水通过管路运送至水箱16，能够储存在水箱16内以供设备使用，同时水箱内设计有液位传感器，当水位较低或较高时自动报警，有效的保证洞内新鲜水的供给。

连续皮带机17固定在隧道壁上，将主机开挖的石渣运送到洞外。洞外的新鲜空气通过风管18输送到洞内。

如图5所示，由于隧道轴线是连续的螺旋线转弯，因此连续皮带机的防跑偏设计就需要覆盖所有已开挖的隧洞。皮带在承载托辊19上运转，经回程托辊20形成一个封闭回路。常规的皮带支撑由三个托辊构成，且三个大托辊基本按照中间低，两端高的形式布置。而为了适应连续的螺旋线转弯，皮带机的承载滚筒细分为四个托辊，而且转弯的外侧的防跑偏托辊21基本垂直布置，达到防止落渣和跑偏的目的。

连续皮带机17需要提升的高度大，需要配置中间驱动，降低皮带强度，保证皮带韧性，方便皮带转弯；而且物料上运，采用多种保护装置，如断带抓捕器、防撕裂传感器、逆止器等应对突发情况，保证系统运行的安全；转弯处的托辊具有一定的安装支撑角，增大成槽角，同时由于转弯处成槽角的变化，使相应的机架、托辊座或连接件有所改动，必须将皮带机架倾斜一定的角度，这样才能保证皮带运转平稳，设置防跑偏托辊21，也就是在转弯处的输送带的内外侧设置立棍，限制输送带的跑偏。

如图6所示，由于隧洞是下坡掘进，隧道内的排水需要多级传递。由于高程落差大，必须间隔一定的距离进行接力才能排污水。在已开挖的隧洞内间隔一定的距离设置沉淀池，洞内沉淀池配置有排污水的排水泵，能够将隧洞内的污水运送到后配套上的污水箱，再经过排水泵传递到沉淀池，逐级传递到洞外。

如图7所示，由于隧道存在较大的坡度，传统的轨道运输已经不再安全，隧道开挖所需的生产物料采用胶轮车运输，胶轮车可双向驾驶，同时具备较小的尺寸和较大的额定载荷，具备可靠的刹车制动和爬坡能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。