本實用新型涉及懸臂掘進(jìn)機銑挖技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種隧道與地下工程全斷面懸臂掘進(jìn)機弧形銑挖裝置。

背景技術(shù)：

目前，針對隧道掌子面穩(wěn)定的問題，主要采用以地下工程圍巖一支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題為認(rèn)識和處理對象的典型類比分析方法。但是對隧道掌子面開挖前及開挖后支護(hù)初期，在復(fù)雜多變的地質(zhì)、工程結(jié)構(gòu)和施工條件下，如何有效及時的防止掌子面失穩(wěn)還缺乏清晰的認(rèn)識和明確的施工方法。在隧道開挖前，通過對掌子面前方的地質(zhì)層進(jìn)行探測，從而引導(dǎo)施工，以及通過對掌子面前方進(jìn)行鉆心獲取巖樣，分析掌子面前方地質(zhì)情況，得到有關(guān)巖體的力學(xué)參數(shù)，從而采取較為合適的方法進(jìn)行施工。對于大斷面隧道可以采用臺階法，預(yù)留核心土法，側(cè)壁導(dǎo)坑法等方法去解決掌子面的穩(wěn)定性問題。但是對于小斷面隧道，由于施工空間的限制，一般采用全斷面方法進(jìn)行施工，在施工過程中再對掌子面進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果采取相應(yīng)的解決方案。盡管先前研究己經(jīng)積累了一些成果，但掌子面穩(wěn)定預(yù)測始終是其研究領(lǐng)域中最薄弱的環(huán)節(jié)，并且運用到設(shè)計與施工中都有很大局限性。所以對于小斷面隧道全斷面施工急需一種新的施工工法，以解決掌子面穩(wěn)定問題，隨著人們對隧道掌子面失穩(wěn)現(xiàn)象認(rèn)識的不斷深化，提出了各式各樣的支護(hù)和措施，例如:支持圍巖的(超前注漿、短管棚等)；改良圍巖的(注漿等)發(fā)揮錨桿作用的(斜錨桿、正面錨桿等)；噴混凝土加強等。從采取的監(jiān)測角度上看，主要進(jìn)行洞身收斂變形、圍巖壓力、鋼支撐應(yīng)力等量測。但是對于懸臂掘進(jìn)機全斷面施工，由于施工空間的限制以及其他因素的限制，以上的各種措施得不到很好的應(yīng)用。且以上的掌子面失穩(wěn)防治措施的應(yīng)用超前于理論研究，許多加固技術(shù)存在機理不清、設(shè)計缺乏理論依據(jù)等缺點。這往往導(dǎo)致兩種結(jié)果：要么措施過強，造成浪費；要么掌子面失穩(wěn)得不到有效控制，造成人員傷亡和設(shè)備損失。以上的技術(shù)都是以周邊允許收斂量或允許速率等形式給出，這些都是在隧道開挖形成洞室后，通過監(jiān)控量測等方法并通過回歸分析得到的，它只能粗略的反映隧道開挖后洞室的穩(wěn)定與否。這些都是一種被動的掌子面失穩(wěn)防治技術(shù)，而不是從根本上解決掌子面失穩(wěn)問題。眾所周知，掌子面的失穩(wěn)是由于掌子面前方未開挖巖體的擠壓和掌子面的收斂共同作用的結(jié)果。本實用新型的目的就是從根本上限制掌子面前方未開挖巖體的擠壓變形和掌子面的收斂變形，以解決掌子面的失穩(wěn)問題，從而實現(xiàn)隧道的安全施工。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種隧道與地下工程全斷面懸臂掘進(jìn)機弧形銑挖裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：一種隧道與地下工程全斷面懸臂掘進(jìn)機弧形銑挖裝置,包括機身，所述機身底部設(shè)有行走部，所述機身與行走部之間通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)連接，所述機身前端下部通過第一氣缸連接鏟板，所述機身前端上端通過第二氣缸連接切割部，所述切割部前端設(shè)有銑挖頭，所述銑挖頭為半球形結(jié)構(gòu)，所述切割部兩側(cè)分別設(shè)有紅外線測距儀，所述機身上還設(shè)有電氣控制系統(tǒng)；所述電氣控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有控制模塊、紅外信號放大傳輸模塊，所述紅外線測距儀通過紅外信號放大傳輸模塊連接控制模塊，所述控制模塊分別連接第一氣缸、第二氣缸。

優(yōu)選的，所述第一氣缸和第二氣缸結(jié)構(gòu)完全一致，包括缸筒，所述缸筒內(nèi)設(shè)有內(nèi)缸，所述內(nèi)缸內(nèi)設(shè)有柱塞桿，所述缸筒和內(nèi)缸側(cè)壁均設(shè)有進(jìn)油孔，所述缸筒和內(nèi)缸的側(cè)壁及底部均設(shè)有油槽，所述柱塞桿與內(nèi)缸之間及缸筒與內(nèi)缸之間均設(shè)有密封圈。

優(yōu)選的，所述紅外信號放大傳輸模塊包括運算放大器、兩級場效應(yīng)寬帶放大器以及扼流線圈，所述運算放大器的一個輸入端分別連接電阻B一端和電容B一端，電容B另一端接地，電阻B另一端分別連接電阻A一端和電容A一端，電容A另一端連接運算放大器的輸出端，運算放大器的另一輸入端分別連接電阻C一端和電阻D一端，電阻C另一端接地，電阻D另一端連接運算放大器的輸出端；所述兩級場效應(yīng)寬帶放大器的第一端連接電容E一端，電容E另一端連接電阻F一端，電阻F另一端連接運算放大器的輸出端，兩級場效應(yīng)寬帶放大器的第二端通過扼流線圈分別連接電容F一端、電容G一端、電容H一端，且電容F另一端、電容G另一端、電容H另一端均接地，兩級場效應(yīng)寬帶放大器的第三端通過電容D、電阻E連接運算放大器的輸出端，兩級場效應(yīng)寬帶放大器第四端接地。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型結(jié)構(gòu)原理簡單，能夠有效的限制掌子面前方未開挖巖體對掌子面的擠壓變形和掌子面的收斂變形，在圍巖級別不是很差的情況不用進(jìn)行超前支護(hù)，節(jié)約隧道開挖成本，以及提高懸臂掘進(jìn)機的掘進(jìn)效率。

(2)本實用新型采用的紅外信號放大傳輸模塊抗干擾能力強，信號傳輸速率快，信號傳輸穩(wěn)定，能夠提高測距信號傳輸效率，進(jìn)一步提高了懸臂掘進(jìn)機的掘進(jìn)效率。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型控制原理框圖；

圖3為本實用新型的紅外信號放大傳輸模塊原理圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-3，本實用新型提供一種技術(shù)方案：一種隧道與地下工程全斷面懸臂掘進(jìn)機弧形銑挖裝置,包括機身1，所述機身1底部設(shè)有行走部2，所述機身1與行走部2之間通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3連接，所述機身1前端下部通過第一氣缸4連接鏟板5，所述機身1前端上端通過第二氣缸6連接切割部7，所述切割部7前端設(shè)有銑挖頭8，所述銑挖頭8為半球形結(jié)構(gòu)，所述切割部7兩側(cè)分別設(shè)有紅外線測距儀9，所述機身1上還設(shè)有電氣控制系統(tǒng)10；所述電氣控制系統(tǒng)10內(nèi)設(shè)有控制模塊11、紅外信號放大傳輸模塊12，所述紅外線測距儀9通過紅外信號放大傳輸模塊12連接控制模塊11，所述控制模塊11分別連接第一氣缸4、第二氣缸6。

本實施例中，第一氣缸4和第二氣缸6結(jié)構(gòu)完全一致，包括缸筒13，所述缸筒13內(nèi)設(shè)有內(nèi)缸14，所述內(nèi)缸14內(nèi)設(shè)有柱塞桿15，所述缸筒13和內(nèi)缸14側(cè)壁均設(shè)有進(jìn)油孔16，所述缸筒13和內(nèi)缸14的側(cè)壁及底部均設(shè)有油槽17，所述柱塞桿15與內(nèi)缸14之間及缸筒與13內(nèi)缸14之間均設(shè)有密封圈18，本實用新型采用的氣缸伸縮距離長，伸縮速度快，自動化程度高。

另外，本實施例中，紅外信號放大傳輸模塊12包括運算放大器19、兩級場效應(yīng)寬帶放大器20以及扼流線圈21，所述運算放大器19的一個輸入端分別連接電阻B 2a一端和電容B 2b一端，電容B 2b另一端接地，電阻B 2a另一端分別連接電阻A 1a一端和電容A 1b一端，電容A 1b另一端連接運算放大器19的輸出端，運算放大器19的另一輸入端分別連接電阻C 3a一端和電阻D 4a一端，電阻C 3a另一端接地，電阻D 4a另一端連接運算放大器19的輸出端；所述兩級場效應(yīng)寬帶放大器20的第一端201連接電容E 5b一端，電容E 5b另一端連接電阻F 6a一端，電阻F 6a另一端連接運算放大器19的輸出端，兩級場效應(yīng)寬帶放大器20的第二端202通過扼流線圈21分別連接電容F 6b一端、電容G 7b一端、電容H 8b一端，且電容F 6b另一端、電容G 7b另一端、電容H 8b另一端均接地，兩級場效應(yīng)寬帶放大器20的第三端203通過電容D 4b、電阻E 5a連接運算放大器19的輸出端，兩級場效應(yīng)寬帶放大器20第四端204接地。運算放大器19對信號進(jìn)行處理，保證傳輸信號的質(zhì)量，并通過反饋原理將信號信息放大2倍，然后再傳遞給后面的兩級場效應(yīng)寬帶放大器20再次對信號進(jìn)行二次放大，最后再將信號輸出，本實用新型采用的紅外信號放大傳輸模塊抗干擾能力強，信號傳輸速率快，信號傳輸穩(wěn)定，能夠提高測距信號傳輸效率，進(jìn)一步提高了懸臂掘進(jìn)機的掘進(jìn)效率。

本實用新型是采用懸臂掘進(jìn)機全斷面施工時，根據(jù)開挖隧道的斷面尺寸和開挖進(jìn)尺，將掌子面開挖成帶弧形的曲面，挖掉拱以內(nèi)的不穩(wěn)定巖土，使弧形的掌子面在前方的側(cè)向壓力作用下只承受壓力作用，從而限制掌子面的變形，提高掌子面的穩(wěn)定性。全斷面開挖隧道，掌子面通常都是平面，掌子面與隧道輪廓直角連接，這會在直角連接處存在應(yīng)力集中，在此位置常會產(chǎn)生掉塊的現(xiàn)象。掌子面是平面的時候，掌子面在前方挖巖體的擠壓和掌子面的收斂共同作用下產(chǎn)生臨空面凸起的現(xiàn)象，這會使掌子面承受這較大的彎矩和剪力，這是影響掌子面穩(wěn)定的直接因素；眾所周知，隧道開挖面的空間幾何效應(yīng)在縱斷面表現(xiàn)為“半圓彎”約束，在橫斷面上則表現(xiàn)為“環(huán)形”約束，這兩種約束方式的聯(lián)合作用使得開挖面附近一定范圍內(nèi)的圍巖體在無支護(hù)情形下得以穩(wěn)定。隧道開挖施工是個復(fù)雜的四維時空問題，時間和空間對圍巖的變形發(fā)展和穩(wěn)定性的影響又至關(guān)重要。本實用新型將掌子面開挖成曲面，可以大大的增強圍巖的空間效應(yīng)，限制掌子面的變形本實用新型結(jié)構(gòu)原理簡單，能夠有效的限制掌子面前方未開挖巖體對掌子面的擠壓變形和掌子面的收斂變形，在圍巖級別不是很差的情況不用進(jìn)行超前支護(hù)，節(jié)約隧道開挖成本，以及提高懸臂掘進(jìn)機的掘進(jìn)效率。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。