CN119900572A - 一种多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其包括护盾及至少一对撑紧装置，每对撑紧装置均以护盾中心点对称布置。撑紧装置包括撑紧臂、旋转驱动机构及伸缩机构，撑紧臂转动设置于护盾的端面上，旋转驱动机构与撑紧臂连接以驱动撑紧臂在护盾的端面所在的平面旋转。伸缩机构能够在撑紧臂的轴向伸缩，以使伸缩机构的顶端抵接在隧道的洞壁上。处于收缩状态的伸缩机构伸出，顶端抵接在隧道的洞壁上，补偿护盾与Y形隧道的交叉处的洞壁之间的间隙。通过增加伸缩机构的伸出长度能有效匹配Y形隧道交叉处不断变大的撑紧距离，避免撑紧系统无法撑到的地方而需要人工浇筑支撑点或者设置其他辅助工装的施工方式，提高了施工效率，降低了施工成本。

Description

一种多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾

技术领域

本发明涉及全断面岩石隧道掘进机护盾技术领域，尤其涉及一种多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾。

背景技术

近年来，随着地下空间建设及地下资源开采的加快和设计技术的发展，地下隧道变的越来越复杂，地下工程开挖洞室多样性与日俱增，全断面岩石隧道掘进机设备将面临不同地质、不同直径、不同类型的隧道。

同时，现在的地下空间建设及地下资源开采往往也不是单一的隧道，而是多通道的复杂隧道。在矿山领域多级Y形隧道是最常见的一种多通道隧道类型，采用全断面岩石隧道掘进机工法对Y形隧道进行施工时，在开挖完第一条隧道之后，需要把全断面岩石隧道掘进机设备回退至Y形隧道的交叉处，然后再进行二次始发，开挖Y形另外一侧的隧道。由于在交叉处，已经开挖完一条隧道，在开外另外一侧隧道始发的时候必定导致全断面岩石隧道掘进机撑紧系统无法撑到洞壁，并且这个撑紧的距离是不断变大的。以上难题是制约全断面岩石隧道掘进机工法在多级Y形隧道发展的关键。

面对这一难题，目前多采用填补的方法进行解决，即在撑紧系统无法撑到的地方进行人工浇筑或者采用其他辅助工装，使撑紧系统撑在浇筑物或者辅助工装上。然而该方法耗时又耗力，且花费大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾包括护盾以及至少一对撑紧装置，每对所述撑紧装置均以所述护盾的中心点对称布置；

所述撑紧装置包括撑紧臂、旋转驱动机构以及伸缩机构，所述撑紧臂转动设置于所述护盾的端面上，所述旋转驱动机构与所述撑紧臂连接以驱动所述撑紧臂在所述护盾的端面所在的平面旋转；

所述伸缩机构能够在所述撑紧臂的轴向伸缩，以使所述伸缩机构的顶端抵接在隧道的洞壁上。

可选地，所述伸缩机构包括至少两级伸缩臂。

可选地，所述伸缩机构还包括所述伸缩驱动组件，所述伸缩驱动组件设置于所述撑紧臂上，所述伸缩驱动组件与所述伸缩臂连接以驱动所述伸缩臂沿所述撑紧臂的轴向伸缩。

可选地，所述伸缩驱动组件为伸缩油缸，所述伸缩油缸的缸体设置于所述撑紧臂上，所述伸缩油缸的活塞杆与所述伸缩臂的顶端连接。

可选地，所述多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾包括一对所述撑紧装置；

一对所述撑紧装置的撑紧臂与所述护盾的转动连接点的连线正交所述护盾的轴线，且连线水平。

可选地，所述旋转驱动机构驱动一对所述撑紧装置在第一状态和第二状态之间切换；

第一状态，所述撑紧臂竖直设置，所述撑紧装置收缩于所述护盾内部；

第二状态，所述撑紧臂水平设置，所述撑紧臂的顶端朝向隧道的洞壁。

可选地，所述护盾包括沿周向依次设置的顶护盾、左搭接护盾、左侧护盾、底护盾、右侧护盾以及右搭接护盾。

可选地，所述顶护盾位于所述护盾的顶部，通过第一导向套筒和第一油缸连接所述护盾的主驱动装备；

左侧护盾和右侧护盾分别位于所述护盾的左右两侧，均通过第二导向套筒和第二油缸连接所述护盾的主驱动装备；

左搭接护盾位于所述顶护盾和所述左护盾之间，所述左搭接护盾的第一端与所述顶护盾铰接，第二端搭接于所述左侧护盾上；右搭接护盾位于所述顶护盾和所述右护盾之间，所述右搭接护盾的第一端与所述顶护盾铰接，第二端搭接于所述右侧护盾上；在所述顶护盾、所述左侧护盾和所述右侧护盾进行一次扩径时，所述左搭接护盾和所述右搭接护盾随所述顶护盾进行扩径，所述左搭接护盾的第二端始终搭接于所述左侧护盾上，所述右搭接护盾的第二端始终搭接于所述右侧护盾上；

所述底护盾位于所述护盾的底部，通过第三导向套筒和第三油缸连接所述护盾的主驱动装备，所述左侧护盾和所述右侧护盾均与所述底护盾可拆卸连接。

可选地，所述顶护盾、所述左侧护盾以及所述右侧护盾上均设置有能够沿所述护盾的径向伸缩的护盾撑靴。

可选地，所述第一导向套筒和所述第二导向套筒内均设置有顶升油缸，所述顶升油缸的活塞杆与所述护盾撑靴连接以驱动所述护盾撑靴沿所述护盾的径向伸出至所述护盾外。

(三)有益效果

撑紧装置集成在护盾上，当全断面岩石隧道掘进机遇到Y形隧道的交叉处支撑距离不够时，旋转驱动机构驱动撑紧臂旋转打开，无需临时安装，运行效率高。伸缩机构能够在撑紧臂的轴向伸缩，处于收缩状态的伸缩机构伸出，使伸缩机构的顶端抵接在隧道的洞壁上，补偿护盾与Y形隧道的交叉处的洞壁之间的间隙。通过增加伸缩机构的伸出长度能有效匹配Y形隧道交叉处不断变大的撑紧距离，避免撑紧系统无法撑到的地方而需要人工浇筑支撑点或者设置其他辅助工装的施工方式，提高了施工效率，降低了施工成本。

附图说明

图1为Y形隧道的交叉处的施工示意图；

图2为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的结构示意图；

图3为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的撑紧装置旋转后的结构示意图；

图4为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的撑紧装置在第一状态的结构示意图；

图5为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的撑紧装置在第二状态的结构示意图；

图6为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的三级伸缩的结构示意图；

图7为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的四级伸缩的结构示意图；

图8为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的护盾撑靴的结构示意图；

图9为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的一级扩径的结构示意图；

图10为本发明的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的二级伸缩的结构示意图。

【附图标记说明】

100：全断面岩石隧道掘进机；

1：顶护盾；2：左搭接护盾；3：右搭接护盾；4：左侧护盾；5：右侧护盾；6：底护盾；7：撑紧装置；71：伸缩臂；8：护盾撑靴。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。

虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如图1至图4所示，本发明提供了一种多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其包括护盾以及至少一对撑紧装置7，每对撑紧装置7均以护盾的中心点对称布置。其中，撑紧装置7包括撑紧臂、旋转驱动机构以及伸缩机构，撑紧臂转动设置于护盾的端面上，旋转驱动机构与撑紧臂连接以驱动撑紧臂在护盾的端面所在的平面旋转。参见图1和图3，撑紧装置7集成在护盾上，当全断面岩石隧道掘进机100遇到Y形隧道的交叉处支撑距离不够时，旋转驱动机构驱动撑紧臂旋转打开，无需临时安装，运行效率高。参见图4，支撑结束后，撑紧臂旋转收回，避免撑紧臂接触隧道的洞壁。伸缩机构能够在撑紧臂的轴向伸缩，处于收缩状态的伸缩机构伸出，使伸缩机构的顶端抵接在隧道的洞壁上，补偿护盾与Y形隧道的交叉处的洞壁之间的间隙。通过增加伸缩机构的伸出长度能有效匹配Y形隧道交叉处不断变大的撑紧距离，避免撑紧系统无法撑到的地方而需要人工浇筑支撑点或者设置其他辅助工装的施工方式，提高了施工效率，降低了施工成本。

如图5和图6所示，伸缩机构包括至少两级伸缩臂71，伸缩臂71的级数和每一级的长度共同决定了支撑的距离，通过设置多级伸缩臂71可以有效提高支撑的距离。多级伸缩臂71采用液压驱动进行伸缩变换，可以将多级伸缩臂71直接作为多级液压缸，简化设备结构。根据不同的支撑距离伸出不同的长度，使伸缩臂71的顶端有效的抵接在隧道的洞壁上。另外，伸缩机构还可以包括伸缩驱动组件，伸缩驱动组件设置于撑紧臂上，伸缩驱动组件与伸缩臂71连接以驱动伸缩臂71沿撑紧臂的轴向伸缩。其中，伸缩驱动组件为伸缩油缸，伸缩油缸安装在撑紧臂的内部。伸缩油缸的缸体连接撑紧臂，伸缩油缸的活塞杆与伸缩臂71的最后一级臂的顶端连接。

Y形隧道的交叉处在纵向的距离保持不变，仅横向距离不断增加，因此，一种优选的实施方式中，参见图7，多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾包括一对横向设置的撑紧装置7。这一对撑紧装置7的撑紧臂与护盾的转动连接点的连线正交护盾的轴线，且连线水平，保证撑紧臂上的伸缩臂71水平伸出。

参见图4和图5，旋转驱动机构驱动撑紧装置7在第一状态和第二状态之间切换。第一状态时，撑紧臂竖直设置，撑紧装置7收缩于护盾内部，避免撑紧臂接触洞壁，阻碍全断面岩石隧道掘进机100的前进。第二状态时，撑紧臂在旋转驱动机构的作用下旋转90°，撑紧臂水平设置，撑紧臂的顶端朝向隧道的洞壁，从而使伸缩机构的伸出方向朝向隧道洞壁。

参见图1，护盾包括沿周向依次设置的顶护盾1、左搭接护盾2、左侧护盾4、底护盾6、右侧护盾5以及右搭接护盾3。

参见图1和图9，顶护盾1位于护盾的顶部，通过第一导向套筒和第一油缸连接护盾的主驱动装备，第一导向套筒沿护盾的径向布置，扩径时通过第一油缸驱动顶护盾1沿第一导向套筒运动。左侧护盾4和右侧护盾5分别位于护盾的左右两侧，均通过第二导向套筒和第二油缸连接护盾的主驱动装备，第二导向套筒沿护盾的径向布置，扩径时通过第二油缸驱动左侧护盾4和右侧护盾5沿第二导向套筒运动。左搭接护盾2位于顶护盾1和左护盾之间，左搭接护盾2的第一端与顶护盾1铰接，第二端搭接于左侧护盾4上；右搭接护盾3位于顶护盾1和右护盾之间，右搭接护盾3的第一端与顶护盾1铰接，第二端搭接于右侧护盾5上。在顶护盾1、左侧护盾4和右侧护盾5进行一次扩径时，左搭接护盾2和右搭接护盾3随顶护盾1进行扩径，左搭接护盾2的第二端始终搭接于左侧护盾4上，右搭接护盾3的第二端始终搭接于右侧护盾5上，防止渣土进入护盾内部。底护盾6位于护盾的底部，通过第三导向套筒和第三油缸连接护盾的主驱动装备，用于支撑主驱动装备及整个护盾。第三导向套筒沿护盾的径向布置，扩径时通过第三油缸驱动底护盾6沿第三导向套筒运动。左侧护盾4和右侧护盾5均与底护盾6可拆卸连接，优选地，左侧护盾4和右侧护盾5均与底护盾6通过螺栓连接，当护盾需要扩径时，松开底护盾6与两个侧护盾之间的螺栓即可。

参见图1和图8所示，顶护盾1、左侧护盾4以及右侧护盾5上均设置有能够沿护盾的径向伸缩的护盾撑靴8。具体地，第一导向套筒和第二导向套筒内均设置有顶升油缸，顶升油缸的活塞杆与护盾撑靴8连接，通过顶升油缸驱动护盾撑靴8沿护盾的径向伸出至护盾外，完成二级伸缩。

多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾的工作步骤及工作原理：

正常工况下，护盾上的油缸均处于完全缩回状态，撑紧臂上的伸缩机构处于缩回状态，同时撑紧臂竖直设置朝向隧道底部；

遇到需要护盾撑紧的距离不断变大时：

一级扩径：参见图9，解除底护盾6与左侧护盾4及右侧护盾5之间的连接，底护盾6、左侧护盾4及右侧护盾5连接主驱动装备的护盾油缸伸出，底护盾6、左侧护盾4及右侧护盾5沿着各自的导向套筒向外完成扩径，扩径至设定大小后再把底护盾6与左侧护盾4及右侧护盾5之间的再次连接上；优选为螺栓连接，且底护盾6、左侧护盾4及右侧护盾5上均预留了变径后的螺栓接口；

二级伸缩：参见图10，护盾撑靴8在顶升油缸的作用下从护盾的套筒内伸出；

三级伸缩：参见图5，护盾撑靴8缩回，撑紧臂在旋转驱动机构的作用下旋转90°，使撑紧臂水平朝向隧道的洞壁。参见图6，伸缩臂71的第一级臂伸出；

四级伸缩：参见图7，伸缩臂71的第二级臂伸出。当然，本申请还可以通过将伸缩臂71设置多级臂来实现多级伸缩。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾包括护盾以及至少一对撑紧装置(7)，每对所述撑紧装置(7)均以所述护盾的中心点对称布置；

所述撑紧装置(7)包括撑紧臂、旋转驱动机构以及伸缩机构，所述撑紧臂转动设置于所述护盾的端面上，所述旋转驱动机构与所述撑紧臂连接以驱动所述撑紧臂在所述护盾的端面所在的平面旋转；

所述伸缩机构能够在所述撑紧臂的轴向伸缩，以使所述伸缩机构的顶端抵接在隧道的洞壁上。

2.如权利要求1所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述伸缩机构包括至少两级伸缩臂(71)。

3.如权利要求2所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述伸缩机构还包括所述伸缩驱动组件，所述伸缩驱动组件设置于所述撑紧臂上，所述伸缩驱动组件与所述伸缩臂(71)连接以驱动所述伸缩臂(71)沿所述撑紧臂的轴向伸缩。

4.如权利要求3所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述伸缩驱动组件为伸缩油缸，所述伸缩油缸的缸体设置于所述撑紧臂上，所述伸缩油缸的活塞杆与所述伸缩臂(71)的顶端连接。

5.如权利要求1所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾包括一对所述撑紧装置(7)；

一对所述撑紧装置(7)的撑紧臂与所述护盾的转动连接点的连线正交所述护盾的轴线，且连线水平。

6.如权利要求5所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述旋转驱动机构驱动所述撑紧装置(7)在第一状态和第二状态之间切换；

第一状态，所述撑紧臂竖直设置，所述撑紧装置(7)收缩于所述护盾内部；

第二状态，所述撑紧臂水平设置，所述撑紧臂的顶端朝向隧道的洞壁。

7.如权利要求1所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述护盾包括沿周向依次设置的顶护盾(1)、左搭接护盾(2)、左侧护盾(4)、底护盾(6)、右侧护盾(5)以及右搭接护盾(3)。

8.如权利要求7所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述顶护盾(1)位于所述护盾的顶部，通过第一导向套筒和第一油缸连接所述护盾的主驱动装备；

左侧护盾(4)和右侧护盾(5)分别位于所述护盾的左右两侧，均通过第二导向套筒和第二油缸连接所述护盾的主驱动装备；

左搭接护盾(2)位于所述顶护盾(1)和所述左护盾之间，所述左搭接护盾(2)的第一端与所述顶护盾(1)铰接，第二端搭接于所述左侧护盾(4)上；右搭接护盾(3)位于所述顶护盾(1)和所述右护盾之间，所述右搭接护盾(3)的第一端与所述顶护盾(1)铰接，第二端搭接于所述右侧护盾(5)上；在所述顶护盾(1)、所述左侧护盾(4)和所述右侧护盾(5)进行一次扩径时，所述左搭接护盾(2)和所述右搭接护盾(3)随所述顶护盾(1)进行扩径，所述左搭接护盾(2)的第二端始终搭接于所述左侧护盾(4)上，所述右搭接护盾(3)的第二端始终搭接于所述右侧护盾(5)上；

所述底护盾(6)位于所述护盾的底部，通过第三导向套筒和第三油缸连接所述护盾的主驱动装备，所述左侧护盾(4)和所述右侧护盾(5)均与所述底护盾(6)可拆卸连接。

9.如权利要求8所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述顶护盾(1)、所述左侧护盾(4)以及所述右侧护盾(5)上均设置有能够沿所述护盾的径向伸缩的护盾撑靴(8)。

10.如权利要求9所述的多级伸缩的全断面岩石隧道掘进机护盾，其特征在于，所述第一导向套筒和所述第二导向套筒内均设置有顶升油缸，所述顶升油缸的活塞杆与所述护盾撑靴(8)连接以驱动所述护盾撑靴(8)沿所述护盾的径向伸出至所述护盾外。