叠加管节推进的高放废物处置坑掘进系统的制作方法

本发明涉及隧道工程机械施工技术领域，特别是涉及一种叠加管节推进的高放废物处置坑掘进系统。

背景技术：

高水平放射性废物(简称高放废物)具有放射性强、毒性大、半衰期长的特点，对其进行最终安全处置难度极大，面临一系列的科学、技术和工程挑战。能否最终安全处置高放废物是关系到核工业可持续发展和环境保护的战略性课题；目前，国际上普遍认为技术可行的最终处置高放废物的方式为深地质处置，即将高放废物埋置在500m～1000m深度范围内稳定的地质体中；这类需要进行深地质处置的对象包括：高放玻璃固化体、其他类型高放固体废物、α固体废物、重水堆乏燃料、高温气冷堆乏燃料和其他乏燃料；在无人区设置专门的处置库是较好的方案，并且将处置对象竖向处置优于水平处置。

处置库包括水平的通道和通道上竖直向下的处置坑，一种可能的处置坑尺寸为直径1.4m和深度10m，从处置库长期安全性和稳定性角度出发，处置坑要求成洞尺寸精度高、围岩开挖损伤小，而钻爆法由于成洞精度难于控制且对围岩损伤过大，难以满足处置坑开挖要求，因此，国际一般采用机械开挖法进行处置坑施工，目前，芬兰和瑞典开发了花岗岩处置坑开挖设备，但设备存在开挖效率低、出渣效果差等问题，总体上设备设计及应用不成熟，处置坑施工空间有限且围岩强度高，所以对设备的紧凑型设计、高效破岩、高效出渣、快速组装及移动等性能均提出了较高要求，目前还没有成型的破岩机械可以满足处置坑的开挖要求。

处置坑的开挖设备可借用隧道盾构机的开挖原理，但由于由水平开挖转为垂直开挖，除刀盘处有与普通隧道盾构机刀盘局部相似的方面，开挖设备的其余部分构造需求完全不同。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种目前没有的叠加管节推进的高放废物处置坑掘进系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种叠加管节推进的高放废物处置坑掘进系统，具有移动和可定位于隧道内某位置并进行垂直向下掘进的主作业装置、若干的管节和管节存放装置，所述主作业装置和管节存放装置为分别独立的装置，所述主作业装置具有掘进头及下压掘进头和下压逐个叠加管节的下压装置，所述主作业装置的底座上设有接收管节的第二中转台和将管节在第二中转台与掘进头上方之间转移的第二转移装置；

所述管节具有环形圆柱壳体，所述壳体的上端面上圆周等分设置有至少两个向下延伸的凹槽，对应于所述凹槽的下方、在壳体的下端面上设有向下伸出的可嵌入另一管节上所设凹槽的吊耳；

所述管节存放装置上设有管节的第一中转台和将装置上管节在存放位置与第一中转台之间转移的第一转移装置；

所述第一中转台和第二中转台都具有对管节吊耳的容纳槽和排列的支撑管节的转移辊，由主作业装置和管节存放装置相互靠近使第一中转台和第二中转台相邻后管节在容纳槽和转移辊的定位和支撑下、并由推送装置实现管节在第一中转台和第二中转台之间的转移。

具体的，所述的第一转移装置包括设置在管节存放装置的底座上两侧滑轨上的x向移动的门形移动架，所述门形移动架的横梁上具有y向移动的第一滑动座，所述第一滑动座上设有作z向升降的管节夹。

具体的，所述的门形移动架的移动由电机驱动，所述滑动座和管节夹的移动由油缸驱动，管节夹的张开与夹持由油缸驱动。

具体的，所述的第二转移装置具有在主作业装置底座上掘进口与第二中转台之间移动的第二滑动座，所述第二滑动座上设有可升降的升降座，所述升降座上设有可水平摆动的夹臂，所述夹臂具有左夹臂和右夹臂，一油缸的固定端和活动端分别铰接在左夹臂和右夹臂上。

具体的，第二滑动座在主作业装置底座上掘进口与第二中转台之间移动的结构是，主作业装置底座上设有第二滑轨和第二齿条，第二滑动座底部的滑槽啮合在第二滑轨上，第二滑动座上的第二电机的输出齿轮啮合在第二齿条上。

具体的，所述升降座设置在第二滑动座上的结构是，第二滑动座上设直立的升降油缸和直立的导向柱，升降油缸活动端固定在升降座上，导向柱伸入升降座的导向孔。

具体的，所述夹臂水平摆动设置在升降座上的结构是，所述升降座上固定有齿圈和立轴，所述夹臂回转设置在立轴上，所述夹臂上的第三电机的输出齿轮啮合在齿圈上。

具体的，所述推送装置具有推送油缸，所述推送油缸的活动端设置有推送块，所述推送块具有容纳管节吊耳的吊耳槽。

具体的，所述主作业装置和管节存放装置为安装车轮的可移动式装置。

本发明的有益效果是：本发明所提供的叠加管节推进的高放废物处置坑掘进系统，能够实现对高硬度岩体垂直向下坑道的挖掘，通过叠加管节作为向下推压掘进头的手段，系统中设置了针对管节的存放转移装置，管节的位置和状态在使用过程中得到精确的控制，系统的作业效率高，人员的作业强度低。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是图1的a-a剖视图；

图4是图2的b-b剖视图；

图5是本发明主作业装置的立体图；

图6是图5的c处放大图；

图7是本发明主作业装置的俯视图；

图8是图7的d处放大图；

图9是本发明管节的立体图；

图10是图4的e处放大图。

图中，1、主作业装置，1-1、第二中转台，1-2、第二转移装置，1-2-1、第二滑动座，1-2-2、升降座，1-2-3、左夹臂，1-2-4、右夹臂，1-2-5、第二滑轨，1-2-6、第二齿条，1-2-7、第二电机，1-2-8、齿圈，1-2-9、立轴，1-2-10、第三电机，2、管节，2-1、壳体，2-2、凹槽，2-3、吊耳，3、管节存放装置，3-1、第一中转台，3-2、第一转移装置，3-2-1、门形移动架，3-2-2、第一滑动座，3-2-3、管节夹，4、掘进头，5、下压装置，6、容纳槽，7、转移辊，8、推送装置，8-1、推送油缸，8-2、推送块，8-2-1、吊耳。

具体实施方式

下面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做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。

附图1、2、3和4为一种叠加管节推进的高放废物处置坑掘进系统中、相互独立的主作业装置1和管节存放装置3靠近在一起实现管节2转移的示意图，具有移动和可定位于隧道内某位置并进行垂直向下掘进的主作业装置1、若干的管节2和管节存放装置3，主作业装置1和管节存放装置2为分别独立的装置，主作业装置1具有掘进头4及下压掘进头4和下压逐个叠加管节2的下压装置5，主作业装置1的底座上设有接收管节2的第二中转台1-1和将管节2在第二中转台1-1与掘进头4上方之间转移的第二转移装置1-2；

如附图9，管节2具有环形圆柱壳体2-1，壳体2-1的上端面上圆周等分设置有两个向下延伸的凹槽2-2，对应于凹槽2-2的下方、在壳体2-1的下端面上设有向下伸出的可嵌入另一管节上所设凹槽的吊耳2-3；

管节存放装置3上设有管节2的第一中转台3-1和将装置上管节2在存放位置与第一中转台3-1之间转移的第一转移装置3-2；

第一中转台3-2和第二中转台1-2都具有对管节2吊耳2-3的容纳槽6和排列的支撑管节2的转移辊7，由主作业装置1和管节存放装置3相互靠近使第一中转台3-2和第二中转台1-2相邻后管节2在容纳槽6和转移辊7的定位和支撑下、并由推送装置8实现管节在第一中转台3-2和第二中转台1-2之间的转移。

管节存放装置3上的第一转移装置3-2包括设置在管节存放装置3的底座上两侧滑轨上的x向移动的门形移动架3-2-1，门形移动架3-2-1的横梁上具有y向移动的第一滑动座3-2-2，第一滑动座3-2-2上设有作z向升降的管节夹3-2-3，门形移动架3-2-1的移动由电机驱动，电机输出齿轮啮合在管节存放装置3的底座上的第一齿条上，第一滑动座3-2-2和管节夹3-2-3的移动由分别的油缸驱动，管节夹3-2-3的张开与夹持由油缸驱动。

如附图5、6、7和8主作业装置1上的第二转移装置1-2具有在主作业装置1底座上掘进口与第二中转台1-1之间移动的第二滑动座1-2-1，第二滑动座1-2-1上设有可升降的升降座1-2-2，升降座1-2-2上设有可水平摆动的夹臂，夹臂具有左夹臂1-2-3和右夹臂1-2-4，一油缸的固定端和活动端分别铰接在左夹臂1-2-3和右夹臂1-2-4上；

第二滑动座1-2-1在主作业装置1底座上掘进口与第二中转台1-1之间移动的结构是，主作业装置1底座上设有第二滑轨1-2-5和第二齿条1-2-6，第二滑动座1-2-1底部的滑槽啮合在第二滑轨1-2-5上，第二滑动座1-2-1上的第二电机1-2-7的输出齿轮啮合在第二齿条1-2-6上；

升降座1-2-2设置在第二滑动座1-2-1上的结构是，第二滑动座1-2-1上设直立的升降油缸和直立的导向柱，升降油缸活动端固定在升降座1-2-2上，导向柱伸入升降座1-2-2的导向孔；

夹臂水平摆动设置在升降座1-2-2上的结构是，升降座1-2-2上固定有齿圈1-2-8和立轴1-2-9，夹臂回转设置在立轴1-2-9上，夹臂上的第三电机1-2-10的输出齿轮啮合在齿圈1-2-8上。

如附图10，推送装置8具有推送油缸8-1，推送油缸8-1的活动端设置有推送块8-2，推送块8-2具有容纳管节2吊耳2-3的吊耳槽8-2-1。

另外，针对管节2的下端面具有突起的吊耳2-3，管节存放装置3的存放平台上需要设置能够埋入吊耳2-3的槽。

本发明的主要工作过程是这样的：

主作业装置1在工作位置处定位后，可一边进行下压掘进头4的掘进工作，一边将管节存放装置3靠近主作业装置1并使两者的管节中转平台相对应，此时两者的针对管节2吊耳2-3的容纳槽相对，为防止管节存放装置3位移，管节存放装置3的车轮可设计为能锁止的车轮，由第一转移装置3-2将第一个管节2抓取起吊转移放到第一中转台3-1处，管节2的吊耳2-3落在推送块8-2的吊耳槽8-2-1中，推送油缸8-1将管节2推到第二中转台1-1，第二中转台1-1处设限位块，利用第二转移装置1-2将管节2抓取升起摆动并移送到掘进头4的上方，其时，下压装置5已推压掘进头4掘进一定深度后升起，利用夹臂下降将管节2放到掘进头4上，将第一个管节2连接到掘进头4上，整个掘进过程中依次向掘进头4上方叠加第二、第三、等管节，掘进完成后，下压装置5转换成起吊装置，起吊时利用管节2凹槽2-2，需要移走最上方管节2时，主作业装置1具有将自上向下第二个管节2固定的结构，在移走最上方管节2后，再由下压装置5下降连接第二个管节2进行起吊，依次进行管节2的取出作业，管节2的取出作业为管节2送进时的反向作业，作业完毕后，主作业装置1和管节存放装置3由牵引车牵引转移到下一个作业点。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。