本發(fā)明涉及隧道掘進(jìn)設(shè)備，特別涉及一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備及掘進(jìn)方法。

背景技術(shù)：

1、面對(duì)艱險(xiǎn)復(fù)雜山區(qū)深埋長(zhǎng)大軟巖隧道工程，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)軟巖地層夾雜有硬巖地層以及軟硬巖層等復(fù)合巖層。傳統(tǒng)銑挖鉆頭、銑挖機(jī)只能用于當(dāng)軟巖隧道或土質(zhì)隧道，適應(yīng)性不強(qiáng)。因此，當(dāng)傳統(tǒng)銑挖鉆頭、銑挖機(jī)遇到硬巖不僅很難掘進(jìn)入巖，而且易導(dǎo)致銑挖鉆頭損壞，嚴(yán)重影響施工工期和工程造價(jià)。

2、綜上，如何解決傳統(tǒng)銑挖鉆頭、銑挖機(jī)掘進(jìn)速度慢以及無法適用于軟硬巖層和硬質(zhì)巖層等問題，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的重大問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，以有效提高硬巖隧道工程區(qū)的掘進(jìn)效率，同時(shí)有效減少銑挖鉆頭的磨損、縮短施工周期和節(jié)約成本，既能適用于軟質(zhì)巖層開挖，又能適用于軟硬巖層或硬質(zhì)巖層開挖。

2、本發(fā)明的一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，包括固定安裝在履帶式汽車的底座上的銑挖機(jī)，其特征是：還包括向掘進(jìn)隧道掌子面發(fā)射電磁炮彈的電磁發(fā)射裝置，以及向掘進(jìn)隧道掌子面注水的高壓注水裝置，所述電磁發(fā)射裝置、高壓注水裝置分別與銑挖機(jī)操作控制設(shè)備電連接。

3、所述電磁發(fā)射裝置包括電磁炮管、電磁感應(yīng)線圈、發(fā)射單元操作平臺(tái)、電源儲(chǔ)存設(shè)備和電磁炮彈存儲(chǔ)倉(cāng)；所述電磁炮管的內(nèi)壁上設(shè)置電磁感應(yīng)線圈，外壁上設(shè)置冷卻系統(tǒng)，電磁炮管的前端口處設(shè)置第一控制開關(guān)門；所述電磁炮彈存儲(chǔ)倉(cāng)設(shè)置在電磁炮管的后部，與電磁發(fā)射裝置內(nèi)腔之間設(shè)置有第二控制開關(guān)門；所述電磁感應(yīng)線圈通過信號(hào)傳輸控制導(dǎo)線與電磁控制設(shè)備、發(fā)射單元操作平臺(tái)、電源儲(chǔ)存設(shè)備電連接，所述第一控制開關(guān)門、第二控制開關(guān)門分別與電磁控制設(shè)備電連接。

4、所述銑挖機(jī)包括銑挖鉆頭、銑挖柱、液壓泵、銑挖機(jī)控制設(shè)備和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；所述銑挖柱橫向間隔設(shè)置兩個(gè)，銑挖鉆頭安裝在各銑挖柱的前端部上，銑挖柱的后端與底座形成鉸接，鉸接點(diǎn)之前設(shè)置電動(dòng)液壓千斤頂，電動(dòng)液壓千斤頂?shù)目v向兩端分別與銑挖柱、底座鉸接；所述銑挖鉆頭、電動(dòng)液壓千斤頂、液壓泵和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)分別與銑挖機(jī)控制設(shè)備電連接。

5、所述電磁發(fā)射裝置在兩個(gè)銑挖柱內(nèi)各設(shè)置一套，用于向掘進(jìn)隧道掌子面掘進(jìn)鉆孔內(nèi)出現(xiàn)的硬巖發(fā)射電磁炮彈，且在銑挖柱前端口處設(shè)置控制開關(guān)門，該控制開關(guān)門與電磁控制設(shè)備電連接。

6、所述底座上設(shè)置一套電磁發(fā)射裝置，用于向掘進(jìn)隧道掌子面上出現(xiàn)的硬巖發(fā)射電磁炮彈，電磁發(fā)射裝置通過縱向間隔設(shè)置的電動(dòng)液壓千斤頂與底座形成鉸接。

7、本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供采用上述一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備的掘進(jìn)方法，該方法包括以下步驟：

8、s1：將一種深埋長(zhǎng)大軟硬巖層隧道掘進(jìn)設(shè)備運(yùn)行至掘進(jìn)隧道掌子面前方，檢查該隧道掘進(jìn)設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

9、s2：?jiǎn)?dòng)挖機(jī)，通過銑挖鉆頭開始掘進(jìn)土質(zhì)地層或軟巖地層，直至遇到硬巖，停止銑挖鉆頭鉆進(jìn)；

10、s3：?jiǎn)?dòng)電磁發(fā)射裝置，通過第二控制開關(guān)門打開電磁炮彈存儲(chǔ)倉(cāng)釋放電磁炮彈進(jìn)入到電磁炮管中，電磁控制設(shè)備將把電磁能量轉(zhuǎn)換成炮彈動(dòng)能，使電磁炮彈達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)沿著炮管導(dǎo)軌射出撞擊前方掘進(jìn)隧道掌子面的硬巖；

11、s4：?jiǎn)?dòng)高壓注水裝置，高壓抽水泵工作通過高壓注水管向掘進(jìn)隧道掌子面進(jìn)行高壓注水，通過冷熱循環(huán)交替進(jìn)一步破碎巖體，同時(shí)向冷卻系統(tǒng)注入液態(tài)氮?dú)饣蛞簯B(tài)二氧化碳對(duì)電磁炮管進(jìn)行冷卻；

12、s5：一次電磁炮彈沖擊和高壓注水硬巖巖體結(jié)束后，啟動(dòng)銑挖機(jī)，銑挖鉆頭開始沿著掘進(jìn)隧道掌子面向前開挖破裂后的巖體；

13、s6:重復(fù)步驟s2至步驟s5，直至硬巖隧道工程區(qū)結(jié)束或者人為終止。

14、本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在如下方面：

15、一、利用電磁發(fā)射裝置向掘進(jìn)隧道掌子面上、掘進(jìn)鉆孔內(nèi)出現(xiàn)的硬巖發(fā)射電磁炮彈，沖擊并破壞硬巖巖體，高壓注水裝置通過高壓注水管高壓向掘進(jìn)隧道掌子面注水，冷熱循環(huán)進(jìn)一步加速巖石破裂，能夠有效提高硬巖隧道工程區(qū)的掘進(jìn)效率；

16、二、電磁炮彈的發(fā)射能量根據(jù)前方掘進(jìn)隧道掌子面地質(zhì)條件，可通過電磁控制設(shè)備、電源儲(chǔ)存設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，適應(yīng)范圍廣

17、三、能夠有效減少銑挖鉆頭的磨損、縮短施工周期和節(jié)約成本；

18、四、適用范圍廣，既能適用于軟質(zhì)巖層開挖，又能適用于軟硬巖層或硬質(zhì)巖層開挖。

技術(shù)特征：

1.一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，包括固定安裝在履帶式汽車(21)的底座(25)上的銑挖機(jī)(20)，其特征是：還包括向掘進(jìn)隧道掌子面發(fā)射電磁炮彈(31)的電磁發(fā)射裝置(30)，以及向掘進(jìn)隧道掌子面注水的高壓注水裝置(40)，所述電磁發(fā)射裝置(30)、高壓注水裝置(40)分別與銑挖機(jī)操作控制設(shè)備(50)電連接。

2.如權(quán)利要求1所述的一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，其特征是：所述電磁發(fā)射裝置(30)包括電磁炮管(32)、電磁感應(yīng)線圈(322)、發(fā)射單元操作平臺(tái)(34)、電源儲(chǔ)存設(shè)備(35)和電磁炮彈存儲(chǔ)倉(cāng)(36)；所述電磁炮管(32)的內(nèi)壁上設(shè)置電磁感應(yīng)線圈(322)，外壁上設(shè)置冷卻系統(tǒng)(321)，電磁炮管(32)的前端口處設(shè)置第一控制開關(guān)門(323)；所述電磁炮彈存儲(chǔ)倉(cāng)(36)設(shè)置在電磁炮管(32)的后部，與電磁發(fā)射裝置(30)內(nèi)腔之間設(shè)置有第二控制開關(guān)門(361)；所述電磁感應(yīng)線圈(322)通過信號(hào)傳輸控制導(dǎo)線(331)與電磁控制設(shè)備(33)、發(fā)射單元操作平臺(tái)(34)、電源儲(chǔ)存設(shè)備(35)電連接，所述第一控制開關(guān)門(323)、第二控制開關(guān)門(361)分別與電磁控制設(shè)備(33)電連接。

3.如權(quán)利要求2所述的一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，其特征是：所述銑挖機(jī)(20)包括銑挖鉆頭(22)、銑挖柱(23)、液壓泵(26)、銑挖機(jī)控制設(shè)備(27)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(28)；所述銑挖柱(23)橫向間隔設(shè)置兩個(gè)，銑挖鉆頭(22)安裝在各銑挖柱(23)的前端部上，銑挖柱(23)的后端與底座(25)形成鉸接，鉸接點(diǎn)之前設(shè)置電動(dòng)液壓千斤頂(24)，電動(dòng)液壓千斤頂(24)的縱向兩端分別與銑挖柱(23)、底座(25)鉸接；所述銑挖鉆頭(22)、電動(dòng)液壓千斤頂(24)、液壓泵(26)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(28)分別與銑挖機(jī)控制設(shè)備(27)電連接。

4.如權(quán)利要求3所述的一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，其特征是：所述電磁發(fā)射裝置(30)在兩個(gè)銑挖柱(23)內(nèi)各設(shè)置一套，用于向掘進(jìn)隧道掌子面掘進(jìn)鉆孔內(nèi)出現(xiàn)的硬巖(12)發(fā)射電磁炮彈(31)，且在銑挖柱(23)前端口處設(shè)置控制開關(guān)門(221)，該控制開關(guān)門(221)與電磁控制設(shè)備(33)電連接。

5.如權(quán)利要求4所述的一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，其特征是：所述底座(25)上設(shè)置一套電磁發(fā)射裝置(30)，用于向掘進(jìn)隧道掌子面上出現(xiàn)的硬巖(12)發(fā)射電磁炮彈(31)，電磁發(fā)射裝置(30)通過縱向間隔設(shè)置的電動(dòng)液壓千斤頂(24)與底座(25)形成鉸接。

6.如權(quán)利要求1所述的一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，其特征是：所述高壓注水裝置(40)包括高壓注水管(41)和高壓抽水泵(42)，高壓抽水泵(42)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(28)、銑挖機(jī)控制設(shè)備(27)電連接。

7.如權(quán)利要求1所述的一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備，其特征是：所述底座(25)具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)角度范圍為0-90°。

8.采用如權(quán)利要求1－7任意一項(xiàng)一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備的掘進(jìn)方法，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
一種深埋長(zhǎng)大隧道掘進(jìn)設(shè)備及掘進(jìn)方法，以有效提高硬巖隧道工程區(qū)的掘進(jìn)效率，同時(shí)有效減少銑挖鉆頭的磨損、縮短施工周期和節(jié)約成本，既能適用于軟質(zhì)巖層開挖，又能適用于軟硬巖層或硬質(zhì)巖層開挖。掘進(jìn)設(shè)備包括固定安裝在履帶式汽車的底座上的銑挖機(jī)，還包括向掘進(jìn)隧道掌子面發(fā)射電磁炮彈的電磁發(fā)射裝置，以及向掘進(jìn)隧道掌子面注水的高壓注水裝置，所述電磁發(fā)射裝置、高壓注水裝置分別與銑挖機(jī)操作控制設(shè)備電連接。

技術(shù)研發(fā)人員：周航,陳興海,馮濤,張廣澤,張營(yíng)旭,任金龍,謝榮強(qiáng),沈維,任云,王良贊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9