《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》是中國鐵建重工集團有限公司於2012年3月15日申請的專利，該專利的申請號為2012100687255，公布號為CN102587928A，授權公布日為2012年7月18日，發明人是王守慧、鄭大橋、田澤宇、鄒海炎、牛志瑋、楊玉山。
《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》公開了一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備，包括機座，機座上設有主拱架、軌道行走驅動裝置和底部支撐，主拱架包括至少一個與隧道斷面輪廓相適應的帶若干徑向支撐的弧形拱架，刀鞘通過移動座與弧形拱架上的弧形軌道滑動配合，鏈刀組件通過鏈刀刀座與刀鞘上的縱向軌道配合，所述注漿系統設在鏈刀組件上，在注漿系統與鏈刀組件之間設有第二伸縮機構，所述混凝土噴射裝置設在主拱架的後面，所述渣土回收裝置設在機座的後面，所述支護拱通過第三伸縮機構設定在弧形拱架前面。
2018年12月20日，《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備
- 公告號：CN102587928A
- 授權日：2012年7月18日
- 申請號：2012100687255
- 申請日：2012年3月15日
- 申請人：中國鐵建重工集團有限公司
- 地址：湖南省長沙市經濟技術開發區東七路88號
- 發明人：王守慧、鄭大橋、田澤宇、鄒海炎、牛志瑋、楊玉山
- Int.Cl.：E21D9/08(2006.01)I; E21D11/10(2006.01)I
- 代理機構：長沙新裕智慧財產權代理有限公司
- 代理人：劉熙
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,操作說明,工作原理,榮譽表彰,
專利背景
截至2012年2月，中國國內的隧道施工項目越來越多，特別是捷運隧道的施工更是如雨後春筍般的在各大中城市中展開。在未固結地層和軟岩地層隧道施工中，傳統的礦山法一般使用管棚注漿的方法進行對隧道的加固，但由於管棚之間有一定的間距，且由於注漿壓力一般達不到設計標準，使得注漿效果大打折扣，這樣傳統的礦山法施工就很難保證隧道開挖時的安全性。而在對地表沉降要求很嚴格的城市地下工程施工中，大多採用盾構（TBM）法施工，但由於盾構法施工的成本大，需要的配套設施要求也很高，在中短隧道施工時，就不能顯示其經濟性；另外，在硬岩爆破施工中，如何降低因爆破引起的震動徑向傳播，也是一個亟待解決的問題。所以我們迫切需要一種新的施工設備和方法來彌補這方面的不足。
發明內容
專利目的
《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》的目的是提供一種自動化程度高，施工質量好，成本低的環形切削成拱預支護隧道施工成套設備。
技術方案
《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》提供的環形切削成拱預支護隧道施工成套設備包括：機座、主拱架、支護拱、鏈刀組件、注漿系統、刀鞘、混凝土噴射裝置、渣土回收裝置、軌道行走驅動裝置；所述主拱架和軌道行走驅動裝置設在所述機座上，機座上設有底部支撐，所述主拱架包括至少一個與隧道斷面輪廓相適應的弧形拱架，弧形拱架上設有若干徑向支撐，所述刀鞘通過鉸鏈和第一伸縮機構連線在移動座上，通過移動座與弧形拱架上的弧形軌道滑動配合，移動座上設有驅動移動座沿弧形拱架上的弧形軌道運動的刀鞘驅動裝置；所述鏈刀組件通過鏈刀刀座與刀鞘上的縱向軌道配合，鏈刀刀座上設有驅動鏈刀刀座沿刀鞘上的縱向軌道運動的鏈刀組件驅動裝置；所述注漿系統設在鏈刀組件上，在注漿系統與鏈刀組件之間設有第二伸縮機構，所述混凝土噴射裝置設在主拱架的後面，所述渣土回收裝置設在機座的後面，所述支護拱通過第三伸縮機構設定在弧形拱架前面。
所述主拱架包括前後兩個弧形拱架。
所述弧形拱架內設有固定梁，固定樑上設有由橫軌和縱軌以及定位驅動裝置構成的二維定位機構，所述混凝土噴射裝置設在該二維定位機構上。
所述刀鞘驅動裝置和鏈刀組件驅動裝置採用齒輪齒條機構。
改善效果
《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》由於採用混凝土漿液與開挖泥土的同步置換原理，清除開挖泥土後立刻用混凝土漿液填補，避免了對頂部岩層的受力破壞，能有效降低地表沉降，實現精確開挖，甚至零超挖，施工工藝簡單，施工過程安全可靠和廣泛的適用性。
附圖說明
圖1是《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》的結構示意圖。
圖2是《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》中主拱架的示意圖。
圖3是《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》中刀鞘與弧形拱架連線的示意圖。
圖4是《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》中鏈刀組件的示意圖。
圖5是鏈刀組件中鏈式切刀和鏈輪的示意圖。
圖6《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》中鏈刀組件與刀鞘連線的示意圖。
圖7是《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》中鏈刀刀座與刀鞘連線的示意圖。
技術領域
《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》屬於基坑施工機械裝置及施工方法，具體涉及一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備。
權利要求
1.一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備，其特徵是包括：機座、主拱架、支護拱、鏈刀組件、注漿系統、刀鞘、混凝土噴射裝置、渣土回收裝置、軌道行走驅動裝置；所述主拱架和軌道行走驅動裝置設在所述機座上，機座上設有底部支撐，所述主拱架包括至少一個與隧道斷面輪廓相適應的弧形拱架，弧形拱架上設有若干徑向支撐，所述刀鞘通過鉸鏈和第一伸縮機構連線在移動座上，通過移動座與弧形拱架上的弧形軌道滑動配合，移動座上設有驅動移動座沿弧形拱架上的弧形軌道運動的刀鞘驅動裝置；所述鏈刀組件通過鏈刀刀座與刀鞘上的縱向軌道配合，鏈刀刀座上設有驅動鏈刀刀座沿刀鞘上的縱向軌道運動的鏈刀組件驅動裝置；所述注漿系統設在鏈刀組件上，在注漿系統與鏈刀組件之間設有第二伸縮機構，所述混凝土噴射裝置設在主拱架的後面，所述渣土回收裝置設在機座的後面，所述支護拱通過第三伸縮機構設定在弧形拱架前面。
2.根據權利要求1所述的環形切削成拱預支護隧道施工成套設備，其特徵是所述主拱架包括前後兩個弧形拱架。
3.根據權利要求1或2所述的環形切削成拱預支護隧道施工成套設備，其特徵是所述弧形拱架內設有固定梁，固定樑上設有由橫軌和縱軌以及定位驅動裝置構成的二維定位機構，所述混凝土噴射裝置設在該二維定位機構上。
4.根據權利要求3所述的環形切削成拱預支護隧道施工成套設備，其特徵是所述刀鞘驅動裝置和鏈刀組件驅動裝置採用齒輪齒條機構。
實施方式
操作說明
參見圖1-圖7，環形切削成拱預支護隧道施工成套設備包括：機座25、主拱架、支護拱13、鏈刀組件1、注漿系統2、刀鞘4、混凝土噴射裝置8、渣土回收裝置9、軌道行走驅動裝置10；所述主拱架和軌道行走驅動裝置10設在所述機座26上，機座26上設有油缸底部支撐11，所述主拱架包括前後兩個與隧道斷面輪廓相適應的弧形拱架6a、6b，弧形拱架6a、6b上設有所若干徑向油缸支撐7，弧形拱架6a、6b內設有固定梁15；所述刀鞘4通過鉸鏈和第一伸縮機構油缸17連線在移動座5上，通過移動座5與弧形拱架6a上的弧形導軌30滑動配合，移動座5上設有與弧形拱架6a上的弧形軌道30滑動配合的刀鞘驅動裝置；刀鞘驅動裝置（參見圖3），包括設在移動座5上的馬達28及連線在馬達28上的小齒輪29，小齒輪29與設在弧形拱架6a上的弧形齒條31嚙合，移動座5通過卡槽32卡在弧形拱架6a的弧形導軌30上，移動座5上的馬達28通過驅動小齒輪29在弧形齒條31上行走帶動移動座5在弧形拱架6a上做弧形運動；所述鏈刀組件1（參見圖4、圖5），包括刀架26、設定在刀架26一端的馬達23，馬達23通過鏈輪21驅動設在刀架26上的鏈式切刀20；如圖6、圖7所示，鏈刀組件1通過鏈刀刀座3與刀鞘4上的縱向軌道36配合（參見圖6），鏈刀刀座3固定在鏈刀組件1的刀架26上，鏈刀刀座3通過卡板16卡在刀鞘4上的縱嚮導軌36上；與鏈刀組件1連線的鏈刀刀座3上設有與刀鞘4配合的鏈刀組件驅動裝置，鏈刀組件驅動裝置（參見圖7）包括設在刀座3上的馬達33及小齒輪34和設在刀鞘4上的齒條35，刀座3上的馬達33通過驅動小齒輪34在齒條35上行走帶動刀座3沿刀鞘4運動；所述注漿系統2（參見圖4、6）設在鏈刀組件1的一側，注漿系統2上設有卡套24、擋板27和注漿管19，通過卡套24與鏈刀組件1刀架26上的滑軌22配合，用擋板27封堵開挖的槽口，通過注漿管19與混凝土泵送系統連線，在注漿系統2與鏈刀組件1之間設有第二伸縮機構油缸18；所述混凝土噴射裝置8（參見圖2）通過二維定位機構設在弧形拱架6a、6b內的固定梁15上位於弧形拱架6b的後面，二維定位機構由橫軌14a和縱軌14b以及定位驅動裝置構成，其中橫軌14a設在固定梁15上，縱軌14b設在橫軌14a上，混凝土噴射裝置8設在縱軌14b上；定位驅動裝置包括驅動縱軌14b沿橫軌14a運動的馬達及傳動機構和驅動混凝土噴射裝置8沿縱軌14b運動的馬達及傳動機構，傳動機構採用齒輪齒條機構；所述渣土回收裝置9為常規裝置設在機座26的後面；所述支護拱13通過第三伸縮機構油缸12設定在弧形拱架6a前面。
工作原理
《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》設備的工作原理：整機沿隧道內的軌道行走，在隧道掌子面前就位，機座26上的油缸底部支撐11和弧形拱架6a徑向油缸支撐7伸出頂在掌子面和隧道壁上，對整機起穩定支持作用；第三伸縮機構油缸12將支護拱13推到掌子面上對掌子面起穩定支持作用，然後鏈刀組件1的馬達23啟動，帶動鏈輪21水平轉動，通過油缸17調整刀鞘4的上下位置，通過鏈刀組件驅動裝置驅動刀座3沿著刀鞘4上的縱嚮導軌36滑動，帶著鏈刀組件1緩慢向前伸出，並插入掌子面的土壤裡面對土壤進行切削，插入到預定的深度之後，通過刀鞘驅動裝置使與刀鞘4連線的移動座5沿著弧形拱架6a上的弧形軌道30運動，通過刀鞘4帶動鏈刀組件1進行環向切割，當切割到預定位置時，注漿系統2通過油缸18的推動進入到鏈刀組件1挖出來的槽內，注漿系統2上的擋板27將挖出的槽口封住，由注漿管19對挖出的槽進行注漿工作，所注的混凝土含有添加劑能在預定的時間內凝固成形，注漿後通過刀鞘4繼續沿著弧形拱架6a做環向運動使鏈刀組件1對土壤不斷切削，注漿系統2則不斷對切除的空間進行填充；直到工作預定的範圍，到達終點位置後，鏈刀刀座3沿著刀鞘4上的縱嚮導軌36往回移動，帶動鏈刀組件1從土壤中慢慢抽出；則此時在切割過的範圍已經形成了一個混凝土的拱殼，在一定的凝固時間後就可以起到一個支護作用，可以在拱殼之下對隧道進行了開挖，開挖過程中可將渣土等通過渣土回收裝置9輸送出去；挖完之後，底部油缸支撐11收起來，啟動支撐行走驅動裝置10使得整機在軌道上移動到預定位置，然後繼續之前的動作進行下一環的工作，在此工作期間啟動混凝土噴射裝置8通過二維定位機構可做前後左右運動，對前面的拱開始混凝土噴射進行隧道的二次襯砌。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種環形切削成拱預支護隧道施工成套設備》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
