四環水衝隧道鑽的製作方法
2023-10-09 08:52:04
專利名稱：四環水衝隧道鑽的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種旋轉式水衝隧道鑽，特別是一種大直徑環形切割隧道鑽，適於大孔徑隧道的水平掘進。
目前公路、鐵路隧道施工中採用的鑽機均為實心鑽，當需鑽較大孔徑時，需經多次鑽、擴孔才能實現。實心鑽將孔徑範圍內的巖芯全部鑽成巖屑，然後用循環井液衝出。這類鑽具消耗能量大，鑽頭磨損嚴重，費工費時，且孔直性較差，容易造成報廢。本發明人曾在CN93208115中公開了一種環形鑽頭，該鑽頭為空心管狀，鑽頭前端園周上分布有多叉狀切刀。切刀後部設有可徑向穿入鑽頭中的等分式球面切刀，用以橫向切削。這種鑽機適合鑽出孔徑小於3米的豎井，其軸向推力由鑽頭本身自重產生。對於直徑較大的隧道孔，由於橫向球面切刀受力情況惡化，因而尺寸不宜做的過大，故無法將中φ3～8米直徑的芯巖一次切斷，因此這種鑽機不適於鑽孔徑較大的隧道。
本實用新型的目的是要避免上述困難，而提供一種能鑽隧道孔徑達3～8米的環形空心鑽頭，並能順利地將進入巖芯管內的巖石橫向切斷。
本實用新型的解決方案是將常規金剛石鑽頭裝設在兩個同軸的巖芯管端部形成內環鑽頭體和外環鑽頭體，在內、外環鑽頭體上分別設有球面滑道，兩滑道上各有可沿球面向鑽頭體中心合攏的橫向球面切刀，以將進入鑽頭體內、外環的芯巖分別橫向切斷，其運動由裝在方杆套上的牽引鋼絲繩及滑輪組實現；鑽頭體的旋轉由方杆軸驅動，方杆軸相對鑽頭體中心方孔滑動配合。
以上所說的雙層橫向球面切刀各由2～6塊組成。但最好是4塊。
本實用新型的原理是將較大孔徑的芯巖分兩層橫向切斷。
以下結合附圖詳細描述本實用新型的實施例。
圖1是四環水衝隧道鑽的工作原理圖。
圖2是四環鑽頭分別切消芯巖的橫向剖面圖。
圖3是
圖1的側視圖。
參見
圖1，四環水衝隧道鑽主要包括內環鑽頭體1、外環鑽頭體2及各自的橫向球面切刀14、15。內、外環鑽頭體由直徑3～8米的巖芯管及端部的鑽頭3組成，鑽頭採用常規鑲嵌金剛石鑽頭即可。內、外環鑽頭體由端板5固結為一體，整個鑽進取芯，同步同速。圖中內、外環鑽頭體1、2上均設有球面滑道12、13，球面滑道上裝有橫向球面切刀14、15。兩層球面切刀分別由鋼絲繩7、8牽引，同時沿球面滑道向鑽頭中心進給，實現橫向切削，如
圖1中虛線所示。當內、外環鑽頭體停止縱向進給時，球面滑道和橫向球面切刀仍隨鑽頭體在環形切槽中轉動，以實現橫向切割及取心目的。
參見圖2，內、外環球面切刀14、15均為四個，分別沿導向塊20、21伸縮滑動。鋼絲繩與橫向切刀的連接點分別為18、19。當內、外環切刀受到鋼絲繩牽引便沿球面滑道及導向塊同步向鑽頭體中心合攏，分別將內、外環芯巖16、17橫向切斷。以上所述外環鑽頭切削的園環槽為一環，內環鑽頭切削的園環槽為二環，外環上的橫向球面切刀切削形成的園弧槽為三環，內環上的橫向球面切刀切削形成的園弧槽為四環，故稱四環隧道鑽。一、二環環槽寬200～300mm，三、四環環槽寬30～50mm。
參見圖3，步移機架24相當於一個具有驅動力的軌道車，能夠勻速前進與後退，其動力由卷揚機25提供。為了保證鑽機能準確按設計方向鑽進同時利於機架移動，隧道口外設置有軌道26。機架上還裝有電機27、28、減速器29、配電櫃30及安全屋頂架31等。
圖1中四環隧道鑽的傳動部分包括主傳動輪22、方杆軸4、方杆套6、鑽頭體方孔32及牽引鋼絲繩7、8等。方杆軸的方杆部分與方杆套的內孔及鑽頭體中心方孔配合，並可沿方孔相對伸縮滑動。方杆套隨方杆軸轉動，亦隨步移機架移動。
工作時，整個鑽頭體的軸嚮往復運動由步移機架24拖動，內、外環鑽頭體由主傳動輪22、方杆軸4帶動旋轉，方杆套6亦同步旋轉，同時步移機架向前推進，雙層鑽頭3水平環狀切削隧道巖石，壓力水經方杆軸內腔及循環井液管分流至各切削部位，將巖屑衝出槽外。被內、外環鑽頭切削的芯巖逐漸進入鑽頭體中間，當深度達到設計要求後，停止水平推進，使步移機架後退，帶動方杆套向後移動，通過鋼絲繩7、8和滑輪9、10、11使裝在球面滑道12、13上的橫向球面切刀沿球面滑道向鑽頭體中心合攏，分別將進入內、外環鑽頭體中的芯巖16、17橫向切斷，並將其封在鑽頭體中。將鑽頭整體移出孔外，釋放牽引鋼絲繩，內、外環橫向切刀收回，即可卸掉鑽頭體中的芯巖。至此完成一個工作循環，反覆進行即可打成隧道。
四環隧道鑽對巖石可進行內、外環切削，並用各自的切刀分別將其橫向切斷，因而能鑽出直徑達3～8米的隧道孔，並可一次完成鑽孔。這一開創性發明大大提高了目前隧道掘進技術，廣泛適用於鐵路、公路穿山隧道、海底隧道、採煤巷道等。與現有同類技術相比，具有施工效率高，使用方便，省時省力，安全可靠的優點，實屬該領域一項開拓性發明。
權利要求1.四環水衝隧道鑽，包括金剛石鑽頭(3)，方杆軸(4)及循環井液管，其特徵在於所說的金剛石鑽頭(3)均勻裝設在兩個同軸的巖芯管端部形成內環鑽頭體(1)和外環鑽頭體(2)，在內、外環鑽頭體上分別設有球面滑道(12)、(13)，兩滑道上各有可沿球面向鑽頭體中心合攏的橫向球面切刀(14)、(15)，以將進入鑽頭體內、外環的芯巖(16)、(17)分別橫向切斷，其運動由裝在方杆套(6)上的牽引鋼絲繩(7)、(8)及滑輪(9)、(10)、(11)實現；整個鑽頭體的旋轉由方杆軸(4)驅動，方杆軸相對鑽頭中心方孔(32)滑動配合。
2.如權利要求1所述的隧道鑽，其特徵在於所說的橫向球面切刀(14)、(15)為2～6塊。
3.如權利要求2所述的隧道鑽，其特徵在於所說的球面切刀為4塊。
專利摘要四環水衝隧道鑽將金剛石鑽頭裝設在兩個同軸的巖芯管端部形成內環鑽頭體和外環鑽頭體，在內、外環鑽頭體上分別有球面滑道，兩滑道上各有可沿球面向鑽頭體中心合攏的橫向球面切刀，以將進入鑽頭體內的芯巖分別橫向切斷，其運動由裝在方杆套上的牽引鋼絲繩及滑輪組實現。該鑽機對芯巖進行內、外環切削，並可用各自的切刀分別將其橫向切斷，因而能鑽出直徑更大的隧道孔。
文檔編號E21B7/00GK2173859SQ9322438
公開日1994年8月10日 申請日期1993年9月11日 優先權日1993年9月11日
發明者聶敬太 申請人:聶敬太