一種用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置的製作方法

2023-05-14 19:49:14 1

本發明涉及隧道挖掘領域，特別涉及到一種用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置。

背景技術：

近些年來，隨著社會經濟快速發展以及經濟發展對基礎設施的要求越來越高，人們對基礎設施建設越來越重視，尤其是交通道路的建設，但涉及到道路建設就不得不考慮地形及地質構造，在多山地區為了節省車輛通行路程，降低軌道車輛爬高的坡度，人們不得不在山體上挖掘隧道。由於山體多為巖石構造，以至於隧道挖掘工程量較大，這就造成隧道的掘進長期以來以施工難度大，安全保障難，施工工藝複雜，工程進度慢成為難點。傳統的隧道掘進施工，多採用爆破法與盾構法。現有的盾構掘進機，僅適用於地質條件鬆散的卵石，泥石的隧道施工，對於巖石地質的隧道施工，盾構掘進機的施工進度慢，成本極其高昂，並且盾構機體積龐大，難於運輸，不適應複雜地勢。而現有的爆破法施工，由於使用炸藥爆破後除渣，爆破形成的隧道壁參差不齊，需要人工修復，且爆破不可避免的對山體、巖體結構造成破壞，導致山體的穩定性差，容易發生塌方等危及施工人員及設備安全，使得隧道施工中所投入的保證安全的人力等物質成本不斷升高。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種可以提高隧道挖掘施工安全性且結構簡單的用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，不僅造價低廉，而且可以加快巖石隧道的施工速度，同時對山體結構的影響較小。

為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下：一種用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，包括龍門架、升降部和掘進部；

所述龍門架包括頂部安裝架機構、底部安裝架機構、中部支撐機構、行走機構和導軌組，所述頂部安裝架機構包括第一頂部支撐構件、第二頂部支撐構件、第三頂部支撐構件和第四頂部支撐構件，所述第一頂部支撐構件、所述第二頂部支撐構件、所述第三頂部支撐構件和所述第四頂部支撐構件依次首尾連接；所述底部安裝架機構包括第一底部支撐構件、第二底部支撐構件、第三底部支撐構件和第四底部支撐構件，所述第一底部支撐構件、所述第二底部支撐構件、所述第三底部支撐構件和所述第四底部支撐構件依次首尾連接；所述中部支撐機構包括大於或等於四個豎向支撐構件，所述豎向支撐構件的上端與所述頂部安裝架機構連接，所述豎向支撐構件的下端與所述底部安裝架機構連接，所述底部安裝架機構設在所述行走機構的上方且與所述行走機構連接；所述導軌組包括橫嚮導軌和縱嚮導軌，所述橫嚮導軌的導向槽和所述縱嚮導軌的導向槽交叉且導通，所述橫嚮導軌和所述縱嚮導軌分別設置在所述底部安裝架機構上方且與所述底部安裝架機構可拆卸連接；

所述升降部包括移動式升降平臺；

所述掘進部包括掘進驅動機構、掘進安裝架機構和掘進機構，所述掘進機構包括金剛石串珠繩鋸、巖石切割用圓盤鋸、繩鋸安裝支架、繩鋸工字主動輪和大於或等於兩個繩鋸定位輪構件，所述繩鋸定位輪構件包括安裝軸、左支撐軸承、右支撐軸承、連接件、左半工字輪和右半工字輪，所述左半工字輪套在所述左支撐軸承外圈上且與所述左支撐軸承外圈固定連接，所述左支撐軸承內圈套在所述安裝軸的左端上且與所述安裝軸的左端固定連接，所述安裝軸的右端上套有所述右支撐軸承且所述安裝軸的右端與所述右支撐軸承內圈固定連接，所述右支撐軸承外圈上套有所述右半工字輪且所述右支撐軸承外圈與所述右半工字輪固定連接，所述連接件的第一端與位於所述左半工字輪和所述右半工字輪之間的所述安轉軸固定連接，所述連接件分別於所述左半工字輪和所述右半工字輪間隙裝配，所述左半工字輪和所述右半工字輪組合成外圈設有限位槽的繩鋸定位工字輪；所述掘進驅動機構和所述繩鋸安裝架分別安裝在所述掘進安裝架機構上；所述繩鋸定位工字輪通過所述連接件與所述繩鋸安裝支架固定連接，所述繩鋸工字主動輪安裝在所述繩鋸安裝支架上，所述繩鋸工字主動輪和所述繩鋸定位工字輪通過所述金剛石串珠繩鋸驅動連接，與所述繩鋸定位工字輪接觸的所述金剛石串珠繩鋸設置在所述繩鋸定位工字輪的限位槽內，與所述繩鋸主動工字輪接觸的所述金剛石串珠繩鋸設置在所述繩鋸主動工字輪的限位槽內；所述掘進驅動機構與所述繩鋸主動工字輪驅動連接；所述左半工字輪左側面上設有一個所述巖石切割用圓盤鋸且與所述巖石切割用圓盤鋸的右側面固定連接；所述右半工字輪右側面上設有一個所述巖石切割用圓盤鋸且與所述巖石切割用圓盤鋸的左側面固定連接；

所述掘進安裝架機構安裝在所述移動式升降平臺的載物臺上，所述移動式升降平臺的腳輪設在所述橫嚮導軌的導向槽或所述縱嚮導軌的導向槽內，且所述移動式升降平臺可以在安裝在所述龍門架上的升降部驅動機構的驅動下沿著所述橫嚮導軌的導向槽或所述縱嚮導軌的導向槽自由移動。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，所述掘進驅動機構為力矩電機。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，所述行走機構為帶有剎掣的重型腳輪。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，所述繩鋸安裝支架包括定位工字輪支撐杆和繩鋸安裝板；所述連接件的第二端與所述定位工字輪支撐杆的第一端固定連接，所述定位工字輪支撐杆的第二端與所述繩鋸安裝板鉸接且所述定位工字輪支撐杆可通過支撐杆定位銷與所述繩鋸安裝板固定連接。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，所述掘進機構還包括繩鋸鬆緊調整結構，所述繩鋸鬆緊調整結構包括鬆緊調整用工字輪和調整用工字輪支撐杆，所述鬆緊調整用工字輪設在所述繩鋸定位工字輪和所述繩鋸工字主動工字輪之間，所述鬆緊調整用工字輪與所述調整用工字輪支撐杆的一端通過調整用工字輪輪軸固定連接且所述鬆緊調整用工字輪能以所述調整用工字輪輪軸為軸自由轉動，所述調整用工字輪支撐杆的另一端與所述繩鋸安裝板鉸接且所述調整用工字輪支撐杆可通過定位銷釘與所述繩鋸安裝板固定連接。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，當所述繩鋸定位工字輪為兩個時，兩個所述繩鋸定位工字輪與所述繩鋸工字主動工字輪成等腰三角形結構裝配，所述等腰三角形的頂角所在的頂點位於所述繩鋸工字主動工字輪的轉軸上。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，所述鬆緊調整用工字輪與所述繩鋸定位工字輪和所述繩鋸工字主動工字輪分設在所述金剛石串珠繩鋸相對的兩側。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，所述鬆緊調整用工字輪中心軸與所述繩鋸定位工字輪中心軸之間的距離大於所述鬆緊調整用工字輪中心軸與所述繩鋸工字主動工字輪中心軸之間的距離。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，所述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置還包括冷卻機構，所述冷卻機構與所述掘進安裝架機構連接，所述冷卻機構的冷卻液流出端設在所述連接件的第一端上。

上述用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，所述巖石切割用圓盤鋸為有齒圓盤鋸，所述有齒圓盤鋸的兩個相鄰的鋸齒之間設有攜渣槽，所述攜渣槽包括半球形槽、第一喇叭狀槽和第二喇叭狀槽，所述第一喇叭狀槽的開口方向朝向所述有齒圓盤鋸的軸心，所述第二喇叭狀槽的開口方向遠離所述有齒圓盤鋸的軸心；所述半球形槽的開口端與所述第一喇叭狀槽的開口端導通連接，所述第一喇叭狀槽的縮口端與所述第二喇叭狀槽的縮口端導通連接。

本發明的有益效果如下：

1.採用本發明可以對隧道掘進方向上的巖石進行整體切塊，從而可以獲得成塊的石材並將石材用於雕刻等產品的加工，提高巖石的利用率，創造額外的經濟價值。

2.由於本發明巖石切割用圓盤鋸對巖石切出預孔，便於繩鋸定位工字輪帶著金剛石串珠繩鋸進入預孔內，從而使兩個繩鋸定位工字輪之間的金剛石串珠繩鋸能夠壓在巖石的表面並在掘進驅動機構驅動下對巖石進行切割，從而免去先打炮眼再爆破的麻煩，同時提高了施工安全。

3.本發明採用巖石整體切割便於後期對隧道內壁的修整，減少隧道後期施工的工作量，有利於加快隧道掘進施工的進度。

4.本發明採用巖石整體切割，減少了隧道掘進過程中碎石的產生量，也就減少了碎石的清理工作，有利於提高隧道掘進速度。

5.本發明採用龍門架作為掘進部的支撐架，不僅便於掘進部移動以及進退控制，而且便於施工人員依託於龍門架搭設隧道壁修整用的施工用手腳架或其他裝置，便於施工人員在隧道挖掘的過程中同時對隧道頂壁和側壁進行修整，加快隧道整體施工的速度。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1 為本發明用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置的結構示意圖；

圖2為本發明用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置的龍門架的結構示意圖；

圖3為本發明用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置的掘進部和升降部裝配結構示意圖；

圖4為本發明用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置的繩鋸定位輪構件的結構示意圖；

圖5為本發明用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置的巖石切割用圓盤鋸的結構示意圖。

圖中，100-龍門架，101-第一頂部支撐構件，102-第二頂部支撐構件，103-第三頂部支撐構件，104-第四頂部支撐構件，105-豎向支撐構件，106-第一底部支撐構件，107-第二底部支撐構件，108-第三底部支撐構件，109-第四底部支撐構件，110-橫嚮導軌，111-縱嚮導軌，112-帶有剎掣的重型腳輪；200-升降部，201-腳輪；300-掘進部，301-掘進安裝架機構，302-掘進驅動機構，303-繩鋸主動工字輪，304-繩鋸定位輪構件，305-金剛石串珠繩鋸；306-定位工字輪支撐杆，307-鬆緊調整用工字輪，308-繩鋸安裝板，309-支撐杆定位銷，310-調整用工字輪支撐杆，311-巖石切割用圓盤鋸，312-連接件，313-左半工字輪；314-右半工字輪，315-左支撐軸承，316-右支撐軸承，317-安裝軸，318-限位槽，319-鋸齒，320-半球形槽，321-第一喇叭狀槽，322-第二喇叭狀槽。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。

如圖1所示，本發明用於巖石隧道掘進的龍門隧道掘進裝置，包括龍門架100、升降部200和掘進部300。

其中，如圖2所示，所述龍門架100包括頂部安裝架機構、底部安裝架機構、中部支撐機構、行走機構和導軌組，所述頂部安裝架機構包括第一頂部支撐構件101、第二頂部支撐構件102、第三頂部支撐構件103和第四頂部支撐構件104，所述第一頂部支撐構件101、所述第二頂部支撐構件102、所述第三頂部支撐構件103和所述第四頂部支撐構件104依次首尾連接；所述底部安裝架機構包括第一底部支撐構件106、第二底部支撐構件107、第三底部支撐構件108和第四底部支撐構件109，所述第一底部支撐構件106、所述第二底部支撐構件107、所述第三底部支撐構件108和所述第四底部支撐構件109依次首尾連接；所述中部支撐機構包括大於或等於四個豎向支撐構件105，所述豎向支撐構件105的上端與所述頂部安裝架機構連接，所述豎向支撐構件105的下端與所述底部安裝架機構連接，所述底部安裝架機構設在所述行走機構的上方且與所述行走機構連接；所述導軌組包括橫嚮導軌110和縱嚮導軌111，所述橫嚮導軌110的導向槽和所述縱嚮導軌111的導向槽交叉且導通，所述橫嚮導軌110和所述縱嚮導軌111分別設置在所述底部安裝架機構上方且與所述底部安裝架機構可拆卸連接；所述升降部200包括移動式升降平臺； 如圖3和圖4所示，所述掘進部300包括掘進驅動機構302、掘進安裝架機構301和掘進機構，所述掘進機構包括金剛石串珠繩鋸305、巖石切割用圓盤鋸311、繩鋸安裝支架、繩鋸工字主動輪和大於或等於兩個繩鋸定位輪構件304，所述繩鋸定位輪構件304包括安裝軸317、左支撐軸承315、右支撐軸承316、連接件312、左半工字輪313和右半工字輪314，所述左半工字輪313套在所述左支撐軸承315外圈上且與所述左支撐軸承315外圈固定連接，所述左支撐軸承315內圈套在所述安裝軸317的左端上且與所述安裝軸317的左端固定連接，所述安裝軸317的右端上套有所述右支撐軸承316且所述安裝軸317的右端與所述右支撐軸承316內圈固定連接，所述右支撐軸承316外圈上套有所述右半工字輪314且所述右支撐軸承316外圈與所述右半工字輪314固定連接，所述連接件312的第一端與位於所述左半工字輪313和所述右半工字輪314之間的所述安轉軸固定連接，所述連接件312分別於所述左半工字輪313和所述右半工字輪314間隙裝配，所述左半工字輪313和所述右半工字輪314組合成外圈設有限位槽318的繩鋸定位工字輪；所述掘進驅動機構302和所述繩鋸安裝架分別安裝在所述掘進安裝架機構301上；所述繩鋸定位工字輪通過所述連接件312與所述繩鋸安裝支架固定連接，所述繩鋸工字主動輪安裝在所述繩鋸安裝支架上，所述繩鋸工字主動輪和所述繩鋸定位工字輪通過所述金剛石串珠繩鋸305驅動連接，與所述繩鋸定位工字輪接觸的所述金剛石串珠繩鋸305設置在所述繩鋸定位工字輪的限位槽318內，與所述繩鋸主動工字輪303接觸的所述金剛石串珠繩鋸305設置在所述繩鋸主動工字輪303的限位槽318內；所述掘進驅動機構302與所述繩鋸主動工字輪303驅動連接；所述左半工字輪313左側面上設有一個所述巖石切割用圓盤鋸311且與所述巖石切割用圓盤鋸311的右側面固定連接；所述右半工字輪314右側面上設有一個所述巖石切割用圓盤鋸311且與所述巖石切割用圓盤鋸311的左側面固定連接；所述掘進安裝架機構301安裝在所述移動式升降平臺的載物臺上，所述移動式升降平臺的腳輪201設在所述橫嚮導軌110的導向槽或所述縱嚮導軌111的導向槽內，且所述移動式升降平臺可以在安裝在所述龍門架100上的升降部200驅動機構的驅動下沿著所述橫嚮導軌110的導向槽或所述縱嚮導軌111的導向槽自由移動。其中，所述掘進驅動機構302為力矩電機，所述行走機構為帶有剎掣的重型腳輪112。

而為了降低本發明的裝置的製造成本，同時便於維修，本實施例中，如圖3所示，所述繩鋸安裝支架包括定位工字輪支撐杆306和繩鋸安裝板308；所述連接件312的第二端與所述定位工字輪支撐杆306的第一端固定連接，所述定位工字輪支撐杆306的第二端與所述繩鋸安裝板308鉸接且所述定位工字輪支撐杆306可通過支撐杆定位銷309與所述繩鋸安裝板308固定連接，這樣就可以根據要切割的巖石寬度或高度通過調整兩個所述定位工字輪支撐杆306之間張開角度α的大小來調整兩個所述繩鋸定位工字輪之間的距離，以便調整位於兩個所述繩鋸定位工字輪之間且遠離所述繩鋸主動工字輪303的所述金剛石串珠繩鋸305的長度。同時為了避免，在調整位於兩個所述繩鋸定位工字輪之間且遠離所述繩鋸主動工字輪303的所述金剛石串珠繩鋸305的長度之後，所述金剛石串珠繩鋸305的張緊力度不夠或過大導致所述金剛石串珠繩鋸305出現打滑，本實施例中，所述掘進機構還包括繩鋸鬆緊調整結構，所述繩鋸鬆緊調整結構包括鬆緊調整用工字輪307和調整用工字輪支撐杆310，所述鬆緊調整用工字輪307設在所述繩鋸定位工字輪和所述繩鋸工字主動工字輪之間，所述鬆緊調整用工字輪307與所述調整用工字輪支撐杆310的一端通過調整用工字輪輪軸固定連接且所述鬆緊調整用工字輪307能以所述調整用工字輪輪軸為軸自由轉動，所述調整用工字輪支撐杆310的另一端與所述繩鋸安裝板308鉸接且所述調整用工字輪支撐杆310可通過定位銷釘與所述繩鋸安裝板308固定連接。通過調整所述調整輪支撐杆與所述繩鋸定位工字輪軸心和所述繩鋸主動工字輪303軸心之間的連線的夾角β的大小，可以調整所述金剛石串珠繩鋸305的張緊力度，從而避免所述金剛石串珠繩鋸305張緊力度過大或過小導致所述金剛石串珠繩鋸305出現打滑。而且為了避免所述金剛石串珠繩鋸305單向受力，從而避免所述金剛石串珠繩鋸305遠離所述繩鋸定位工字輪一側的材料結構受到破壞，本實施例中，將所述鬆緊調整輪與所述繩鋸定位工字輪和所述繩鋸主動工字輪303分設在所述金剛石串珠繩鋸305相對的兩側。

而為了保持本發明在切割巖石過程中所述金剛石串珠繩鋸305的穩定性，避免所述金剛石串珠繩鋸305所受的張力忽大忽小導致所述金剛石串珠繩鋸305的使用壽命縮短，本實施例中，兩個所述繩鋸定位工字輪與所述繩鋸主動工字輪303成等腰三角形結構裝配，所述等腰三角形的頂角所在的頂點位於所述繩鋸主動工字輪303的轉軸上，其中，優選兩個所述繩鋸定位工字輪與所述繩鋸主動工字輪303成等邊三角形結構裝配。

而為了便於在開動本發明的過程中對所述鬆緊調整輪進行位置調整，避免切割巖石時產生的石屑濺到人身上造成人員受傷，本實施例中，所述鬆緊調整輪中心軸與所述繩鋸定位工字輪中心軸之間的距離大於所述鬆緊調整輪中心軸與所述繩鋸主動工字輪303中心軸之間的距離，這樣就可以增加人與巖石之間的距離，增加石屑飛行的距離，從而使石屑速度降低，減少了石屑給人帶來傷害的概率，提高施工的安全性。

為了保證隧道掘進施工的連續性，避免所述巖石切割用圓盤鋸311以及所述金剛石串珠繩鋸305因受熱發生結構性損壞或者發生磨損加速，本發明還包括冷卻機構，所述冷卻機構與所述掘進安裝架機構301連接，所述冷卻機構的冷卻液流出端設在所述連接件312的第一端上，冷卻液從所述冷卻機構的冷卻液流出端噴射到所述金剛石串珠繩鋸305上並由所述金剛石串珠繩鋸305攜帶至所述巖石切割用圓盤鋸311所掘出的凹槽內，從而對所述巖石切割用圓盤鋸311進行降溫。本實施例中，所述冷卻機構包括水泵、進水管和出水管，所述進水管的進水端與隧道施工供水管路的出水端流體導通連接，所述進水管的出水端與所述水泵的進水端流體導通連接，所述水泵的出水端與所述出水管的進水端流體導通連接，所述出水管的出水端設置在所述連接件312的第一端上。

為了便於所述巖石切割用圓盤鋸311能將所述巖石切割用圓盤鋸311切割巖石時產生的粉末和石屑攜帶出來，進而方便加快整個隧道掘進的進度，本實施例中，所述巖石切割用圓盤鋸311為有齒圓盤鋸，如圖5所示，所述有齒圓盤鋸的兩個相鄰的鋸齒319之間設有攜渣槽，所述攜渣槽包括半球形槽320、第一喇叭狀槽321和第二喇叭狀槽322，所述第一喇叭狀槽321的開口方向朝向所述有齒圓盤鋸的軸心，所述第二喇叭狀槽322的開口方向遠離所述有齒圓盤鋸的軸心；所述半球形槽320的開口端與所述第一喇叭狀槽321的開口端導通連接，所述第一喇叭狀槽321的縮口端與所述第二喇叭狀槽322的縮口端導通連接。

使用本發明進行隧道掘進時，在待進行隧道掘進的山體的巖石面上標識出施工位置和高度，然後確定單次切割石塊的高度或寬度，在待施工位置前的空地上搭建所述龍門架100，並將所述掘進部300和所述升降部200按照圖1安裝在所述龍門架100上，然後通過人工或其他驅動裝置（例如步進電機、絲槓與傳動機構構成的驅動裝置）驅使所述升降部200靠近帶切割巖石體，從而使所述掘進部300被移動至待切割巖石前面，根據單次切割石塊的高度或寬度調整兩個所述定位工字輪支撐杆306之間的夾角α的大小，以使位於兩個所述繩鋸定位工字輪之間且遠離所述繩鋸主動工字輪303的所述金剛石串珠繩鋸305的長度與單次切割石塊的高度或寬度相等，然後通過剎掣使得所述帶有剎掣的重型腳輪201處於鎖定狀態，從而使所述龍門架100不會輕易發生移動。然後啟動所述力矩電機，同時接通所述進水管與隧道掘進施工供水管路，開啟所述水泵，此時，所述繩鋸主動工字輪303在所述力矩電機的驅動下通過所述金剛石串珠繩鋸305驅動所述繩鋸定位工字輪轉動，而所述繩鋸定位工字輪則帶動所述巖石切割用圓盤鋸311對巖石進行切割，並切割出凹槽能夠使所述繩鋸定位工字輪進入巖石內，從而使位於兩個所述繩鋸定位工字輪之間且遠離所述繩鋸主動工字輪303的所述金剛石串珠繩鋸305與待切割巖石接觸，並且在所述力矩電機驅動下的所述繩鋸主動工字輪303的帶動下所述金剛石串珠繩鋸305上的金剛石串珠對巖石進行切割，並且然後通過人工或其他驅動裝置驅動（例如步進電機、絲槓與傳動機構構成的驅動裝置）所述升降部200靠近帶切割巖石體，進而使所述掘進部300的所述繩鋸主動工字輪303向巖石內部切割，同時使在所述力矩電機驅動下的所述繩鋸主動工字輪303的帶動下所述金剛石串珠繩鋸305上的金剛石串珠對巖石進行切割，從而實現了通過對巖石分割實現了隧道的掘進，避免了雷管爆破帶了的危險，同時消除了雷管爆破對山體結構的破壞。

本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。