一种新型悬臂掘进机及隧洞开挖断面精准控制方法与流程

本发明涉及水利工程，具体提供了一种新型悬臂掘进机及隧洞开挖断面精准控制方法。

背景技术：

1、隧洞工程在水利工程、交通工程和现代城市地下工程建设中扮演着至关重要的角色。为了实现高效、安全的隧洞施工，悬臂掘进机成为了一种被广泛应用的机械化施工设备。悬臂掘进机能够实现截割、装载运输、自行走等功能，尤其在软岩隧洞的施工中得到了广泛使用。相比传统的钻爆法，悬臂掘进机具有震动小、可连续施工等优势；而与全断面掘进机相比，悬臂掘进机具备施工灵活、投资较小、适用于任何断面形状和支护类型等优势。所以近年来悬臂掘进机在煤矿、水利、公路等行业中得到了广泛应用。根据悬臂掘进机工作机构切割围岩的方式不同，可以分为纵轴式和横轴式两种类型。然而，在中小断面软岩隧洞施工的过程中，无论采用哪种类型的悬臂掘进机，都面临着一些挑战。首先悬臂掘进机的为了保障施工效率，掘头的相对于尺寸较大，而且掘头在掘进过程中会产生大量的粉尘，影响了掘进机操作人员的视线。因此，在精确控制开挖轮廓线的方面难以做到十分精准，在施工过程中很容易出现超挖和欠挖的情况，导致了不规则的断面形成。这对初期支护的受力、二次衬砌的施工以及工程投资都会产生不利的影响。为了解决这些挑战，需要对现有技术进行改进和创新，在中小断面软岩隧洞的施工中，需要寻找更加精确和稳定的方法来控制开挖断面尺寸。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种新型悬臂掘进机及隧洞开挖断面精准控制方法，旨在解决现有技术中对于中小断面隧洞悬臂掘进机开挖时易产生欠挖和超挖情况，断面形状不易精准控制，且增加后期二期混凝土衬砌浇筑难度，影响工程质量的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型悬臂掘进机，包括车身机构、铲斗机构和掘头机构，所述掘头机构包括掘头和控制臂，所述掘头的上部设置有与掘头共轴线且呈弧形的滑轨，所述滑轨上设有底部与其滑动配合的万向转接头，所述万向转接头的上端设有朝向掘头前方设置的多功能喷水装置，所述车身机构上还设有水箱，所述多功能喷水装置与水箱之间设有用于连通两者的输水管。

3、进一步，所述多功能喷水装置具备低压喷雾模式和高压喷水模式。

4、进一步，所述多功能喷水装置的高压喷水模式的高压水流劈裂力≥5mpa，且≤60mpa。

5、进一步，所述滑轨上还设有朝向掘头前方设置的激光发射器，所述激光发射器固定在滑轨的正前方。

6、进一步，所述输水管为给水用抗冲改性聚氯乙烯（pvc-m）材质。

7、本发明还提供了一种新型悬臂掘进机的隧洞开挖断面精准控制方法，包括以下步骤：

8、s100、根据开挖进尺确定悬臂掘进机的位置，将改进后的悬臂掘进机驾驶到预定位置；

9、s200、施工人员根据设计图纸，控制新型悬臂掘进机的多功能喷水装置在开挖断面上冲击形成预裂缝；

10、s300、使用新型悬臂掘进机的掘头将预裂缝范围内部的岩体挖除，在靠近预裂缝时，放慢开挖速度，保证开挖断面精准；

11、s400、一个循环内的断面开挖完成，利用铲斗将石渣运出，出渣完成后进入下一循环施工。

12、进一步，在s200中，所述中控平台首先控制激光发射器，将开挖轮廓线投影到开挖断面上，然后多功能喷水装置沿着激光投影出的开挖轮廓线进行预裂缝施工。

13、进一步，在s200中，在进行预裂缝施工时，所述多功能喷水装置选用高压喷水模式，高压喷水模式喷出的高压水流将开挖断面的岩壁进行劈裂。

14、进一步，在s300中，在将预裂缝范围内部的岩体挖除时，所述多功能喷水装置选用低压喷雾模式，低压喷雾模式喷出的水柱为雾状，在岩体挖除时进行降尘。

15、本发明的有益效果是：

16、1.提高开挖断面的精度和准确性：通过激光发射器和多功能喷水装置的配合使用，操作人员能够精确控制悬臂掘进机在开挖断面上，对开挖轮廓线的预裂缝的精准施工，由于实现精准的预裂缝施工，所以后续的岩体挖除施工时，避免过度挖掘或欠挖的情况发生，相比于传统的掘进机，这种新型悬臂掘进机能够更准确地控制开挖断面的形状，从而提高了工程施工的效率。

17、2.提高二次衬砌施工速度：传统的掘进机在遇到不规则的断面时，往往需要进行二次衬砌施工来修正形状。而这项发明首先通过对预裂缝的施工，保证开挖断面的精确开挖，在一定程度上消除了不规则断面导致的二次衬砌施工缓慢的问题，这样可以大大减少二次衬砌的时间，提高了施工速度。

18、3.提高施工安全性：新型悬臂掘进机的多功能喷水装置由中控平台进行控制，实现了断面自动化的挖掘，这样就避免了人员操作时可能产生的施工误差，从而提高了施工的安全性，施工人员不再需要在掘进机附近操作，降低了事故发生的风险。

技术特征：

1.一种新型悬臂掘进机，包括车身机构、铲斗机构和掘头机构，所述掘头机构包括掘头（1）和控制臂，其特征在于，所述掘头（1）的上部设置有与掘头（1）共轴线且呈弧形的滑轨（2），所述滑轨（2）上设有底部与其滑动配合的万向转接头（3），所述万向转接头（3）的上端设有朝向掘头（1）前方设置的多功能喷水装置（4），所述车身机构上还设有水箱（6），所述多功能喷水装置（4）与水箱（6）之间设有用于连通两者的输水管（5）。

2.根据权利要求1所述一种新型悬臂掘进机，其特征在于，所述多功能喷水装置（4）具备低压喷雾模式和高压喷水模式。

3.根据权利要求2所述一种新型悬臂掘进机，其特征在于，所述多功能喷水装置（4）的高压喷水模式的高压水流劈裂力≥5mpa，且≤60mpa。

4.根据权利要求1所述一种新型悬臂掘进机，其特征在于，所述滑轨（2）上还设有朝向掘头（1）前方设置的激光发射器（7），所述激光发射器（7）固定在滑轨（2）的正前方。

5.根据权利要求1所述一种新型悬臂掘进机，其特征在于，所述输水管（5）为给水用抗冲改性聚氯乙烯（pvc-m）材质。

6.一种如权利要求1-5中任意一条所述的使用该新型悬臂掘进机的隧洞开挖断面精准控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的使用该新型悬臂掘进机的隧洞开挖断面精准控制方法，其特征在于，在s200中，所述激光发射器（7）开挖轮廓线投影到开挖断面上，然后多功能喷水装置（4）沿着激光投影出的开挖轮廓线进行预裂缝施工。

8.根据权利要求7所述的使用该新型悬臂掘进机的隧洞开挖断面精准控制方法，其特征在于，在s200中，在进行预裂缝施工时，所述多功能喷水装置（4）选用高压喷水模式，高压喷水模式喷出的高压水流将开挖断面的岩壁进行劈裂。

9.根据权利要求6所述的使用该新型悬臂掘进机的隧洞开挖断面精准控制方法，其特征在于，在s300中，在将预裂缝范围内部的岩体挖除时，所述多功能喷水装置（4）选用低压喷雾模式，低压喷雾模式喷出的水柱为雾状，在岩体挖除时进行降尘。

技术总结
本发明涉及水利工程技术领域，具体提供了一种新型悬臂掘进机及隧洞开挖断面精准控制方法。包括车身机构、铲斗机构和掘头机构，掘头机构包括掘头和控制臂，掘头的上部设置有与掘头共轴线且呈弧形的滑轨，滑轨上设有底部与其滑动配合的万向转接头，万向转接头的上端设有朝向掘头前方设置的多功能喷水装置，车身机构上还设有水箱，多功能喷水装置与水箱之间设有用于连通两者的输水管。本发明通过增加多功能喷水装置进行预裂缝施工，确保开挖断面轮廓精准，避免超挖和欠挖，减少了不规则断面的产生，提高了工程施工效率和施工安全性。

技术研发人员：辛凤茂,田新星,王汉明,孙毅,杨凡,郝秀玲,寇立屹,任鑫龙,王嘉炜,乔永梅
受保护的技术使用者：中水北方勘测设计研究有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15