专利名称：硬岩隧道掘进方法
技术领域：
本发明涉及隧道掘进技术领域，特别涉及一种硬岩隧道掘进方法。
背景技术：
20世纪50年代以来，岩石掘进机获得了重大的发展。新机器、新材料和新工艺大大改进了刀具的能力以及推力和扭矩，使掘进机能对付硬的和磨蚀性强的岩石。不同类型的掘进机有支撑式的、EPB式、泥水式、双护盾式、混合式盾构，以及工作模式可转换的盾构机等都已经设计出来，以适应不同的地层条件。掘进机在技术上已经达到了一个阶段 它能够在几乎任何类型的岩石和地层中开挖隧道，而且其可靠性和性能也能达到其它隧道掘进方法的水平。隧道掘进机除主机外，还必须配备配套系统，称为后配套系统。通常主机和配套系统总长度达150 300m。后配套系统包括运渣、运料系统、支护设备、激光导向系统、供电装置、供水系统、排水系统、通风防尘系统和安全保护系统，用于水工隧洞的还有注浆系统等。TBM法与钻爆法相比，其主要优点是工作相对安全、掘进速度较快，所以后配套系统是满足连续快速掘进的关键因素，其运输布置、运输能力、供水、排水流量、通风方式及风压、风量、喷锚、混凝土管片安装、豆砾石喷射、灌浆的速度，必须与掘进速度相匹配。然而，迄今为止，各种形式岩石掘进机的基本掘进原理没有改变，都是利用很高的压力来破碎岩石，从而实现掘进，其明显的缺陷在于1、由于高压来自于撑靴，而撑靴以及掌子面上对岩石的巨大压力极可能诱发岩爆和塌方；2、掘进摩擦力很大，对刀具及掘进机的磨损很高； 3、由于掘进原理限制，掘进速度较慢，导致工期很长；4、若整体刀盘破损，需整个掘进机退出隧道，更换刀盘后再前进到加工位置，操作复杂，耗时长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种切削效率高、掘进速度快、安全可靠的硬岩隧道掘进方法。本发明的目的通过以下技术方案来实现硬岩隧道掘进方法，它包括以下步骤
A、钻探孔取样；
B、钻挖掘导向孔；
C、沿导向孔高速切削扩孔，所述的切削扩孔的方法是首先用切削半径较小的切削刀盘进行切削扩孔，然后用切削半径逐渐增大的切削刀盘依次切削扩孔；
D、把从工作面上分离的切削物排出隧道；
E、在完成掘进段喷混凝土固定，并设置安防支架；
F、重复步骤A E，分段完成整个隧道的掘进。它还包括一个换刀的步骤。在所述的切削扩孔步骤中，根据每个切削段的取样结果采用不同材料的切削刀具。更换切削刀具的操作为在线更换。
切削物沿切削刀体的排渣孔排出隧道。本发明具有以下优点
本发明采用高速切削技术，用高速扩孔的方式进行掘进，采用了与现有隧道掘进方法完全不同的原理，可以显著提高切削效率，掘进速度快，设计最大掘进速度上相比现有技术至少提高1倍以上，理论上最大掘进速度甚至比现有技术至少提高了 3倍以上；采用高速切削可显著降低切削所需要的附加压力，从而降低破碎岩石过程中对围岩的扰动力，有效的防止了岩爆和塌方的发生；另一方面，采用扩孔加工方式，系统适应围岩变形能力显著增强；本发明实现了在线换刀，即在不停止加工工作的情况下完成换刀工作，极大的减少了因换刀花费的时间，同时高速切削刀具系统通过模块化设计后，便于大规模工业化生产，有利于提高质量、降低成本。
图1为本发明的切削刀体的结构示意2为本发明的切削刀体的左视结构示意3为本发明的切削单元的结构示意图
图中，1-切削刀体，2-切削刀盘，3-切削单元，4-排渣孔，5-换刀机械手，6-切削刀具。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述硬岩隧道掘进方法，它包括以下步骤
A、钻探孔取样；
B、钻挖掘导向孔；
C、沿导向孔高速切削扩孔，所述的切削扩孔的方法是首先用切削半径较小的切削刀盘2进行切削扩孔，然后用切削半径逐渐增大的切削刀盘2依次切削扩孔；
如图1所示，切削刀体1具有四层切削刀盘2，且随着切削刀体1的给进，切削刀盘2的外径逐渐增大，逐次加工，从而实现切削扩孔的加工过程；
如图2所示，切削刀体1的切削刀盘2上分布有切削单元3，切削单元3的结构如图3 所示，每个切削单元3上设有三个切削刀具6，切削刀具6可在切削刀体1给进方向上作伸缩运动，切削单元3间设有换刀机械手5。当进行切削工作时，切削刀具6伸出，且由电机带动高速旋转，同时，切削单元3绕其轴心旋转，且切削刀盘2也绕其轴心旋转，从而切削刀具6可在圆周范围内切削，切削面积大，效果好，当切削刀具6达到使用寿命或需要更换不同材料的切削刀具6时，切削刀具6收回，同时换刀机械手5旋转至收回的切削刀具6处， 卸下该切削刀具6，换刀机械手5继续旋转，带有新切削刀具6的换刀机械手5将新切削刀具6安装此刀位上，安装完后换刀机械手5回复到初始位置，新切削刀具6伸出，继续切削工作，从而实现了在线换刀的工作。D、把从工作面上分离的切削物排出隧道；
如图2所示，切削刀体1的切削刀盘2上设有排渣孔4，排渣孔4 一直延伸至刀体的末端，切削物沿排渣孔4排出隧道。E、完成掘进段喷混凝土固定，并设置安防支架； F、重复步骤A E，分段完成整个隧道的掘进。
权利要求
1.硬岩隧道掘进方法，其特征在于它包括以下步骤A、钻探孔取样；B、钻挖掘导向孔；C、沿导向孔高速切削扩孔，所述的切削扩孔的方法是首先用切削半径较小的切削刀盘(2)进行切削扩孔，然后用切削半径逐渐增大的切削刀盘(2)依次切削扩孔；D、把从工作面上分离的切削物排出隧道；E、完成掘进段喷混凝土固定，并设置安防支架；F、重复步骤A E，分段完成整个隧道的掘进。
2.根据权利要求1所述的硬岩隧道掘进方法，其特征在于它还包括一个换刀的步骤。
3.根据权利要求1所述的硬岩隧道掘进方法，其特征在于在所述的切削扩孔步骤中， 根据每个切削段的取样结果采用不同材料的切削刀具(6)。
4.根据权利要求2或3所述的硬岩隧道掘进方法，其特征在于更换切削刀具(6)的操作为在线更换。
5.根据权利要求1所述的硬岩隧道掘进方法，其特征在于切削物沿切削刀体的排渣孔(4)排出隧道。
全文摘要
本发明公开了硬岩隧道掘进方法，它包括以下步骤A、钻探孔取样；B、钻挖掘导向孔；C、沿导向孔高速切削扩孔，首先用切削半径较小的切削刀盘(2)进行切削扩孔，然后用切削半径逐渐增大的切削刀盘(2)依次切削扩孔；D、把从工作面上分离的切削物排出隧道；E、完成掘进段喷混凝土固定，并设置安防支架；F、重复步骤A～E，分段完成整个隧道的掘进。本发明有益效果在于采用高速扩孔的方式进行掘进，理论上掘进速度相比现有技术至少提高了3倍以上；采用高速切削降低了切削的附加压力，从而降低对围岩的扰动力，有效的防止了岩爆和塌方的发生，系统适应围岩变形能力增强；实现了在线换刀，极大的减少了因换刀花费的时间。
文档编号E21D9/10GK102322272SQ20111025299
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者刘勇谋, 李志伟 申请人:刘勇谋, 李志伟