一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构及其施工方法与流程

本发明涉及地下工程，特别涉及一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构及其施工方法。

背景技术：

1、隧道爆破开挖施工中，由于后方洞室施作的初期支护距离前方掌子面较近，钻凿周边眼时，传统凿岩设备的推进梁难以放置在初期支护和掌子面之间，使钻杆无法在设计开挖轮廓线上以设计的外插角钻凿周边眼，导致周边眼成孔后的孔底偏离隧道设计轮廓线较远，造成周边眼的外插角过大，在装药爆破后会导致隧道产生超挖，目前常用的人工钻孔工艺无法有效解决这一问题。

2、隧道超挖不仅会直接导致初期喷射混凝土超耗，使工程建设成本急剧上升，也会导致围岩稳定性变差，致使施工风险增加，而隧道机械化施工中，由于三臂凿岩台车所携带钻机的钻杆直径更大，钻杆长度更长，相应问题更加严峻，因此，亟需解决隧道机械化施工中掌子面钻孔周边眼时，钻孔外插角过大引起的超挖问题，以降低工程建设成本，保证施工安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对背景技术中的后方洞室施作的初期支护距离前方掌子面较近，导致周边眼成孔后的孔底偏离隧道设计轮廓线较远，造成周边眼的外插角过大，在装药爆破后会导致隧道产生超挖的问题，提供一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构及其施工方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构，包括推进梁、滑动台座、传动杆和第一钻杆；

4、所述滑动台座设置在所述推进梁上，且所述滑动台座能够相对所述推进梁长度方向移动；

5、所述滑动台座上间隔设置有凿岩钻机和传动箱，所述凿岩钻机和所述传动杆位于所述推进梁下方，所述第一钻杆位于所述推进梁上方，所述传动箱分别与所述传动杆和所述第一钻杆相连接，所述凿岩钻机能够驱动所述传动杆回转，所述传动杆能够通过所述传动箱驱动所述第一钻杆回转。

6、本技术所述的一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构，包括推进梁、滑动台座、传动杆和第一钻杆，滑动台座设置在推进梁上，滑动台座上间隔设置有凿岩钻机和传动箱，传动箱分别与传动杆和第一钻杆相连接，凿岩钻机能够驱动传动杆回转，传动杆能够通过传动箱驱动第一钻杆回转，从而使凿岩钻机能够驱动第一钻杆回转，进而通过第一钻杆进行隧道掌子面周边眼钻孔，同时，由于滑动台座能够相对推进梁长度方向移动，在进行钻孔作业时，滑动台座沿推进梁长度方向向掌子面靠近，从而使凿岩钻机、传动箱、传动杆均向掌子面靠近，进而推动第一钻杆在掌子面上向土体内持续钻入，进一步地，凿岩钻机和传动杆位于推进梁下方，第一钻杆位于推进梁上方，在进行周边眼的钻孔施工，将推进梁紧靠洞室的初期支护，并将传动箱置于初期支护前方且紧靠洞室开挖后的壁面，与传统的钻凿设备相比，本技术将凿岩钻机设置在推进梁下方，有效减小施工时初期支护对推进梁上凿岩钻机的影响，同时也使推进梁能够更加靠近初期支护，以减小钻孔时的外插角，并且，位于推进梁下方的传动杆通过传动箱来驱动位于推进梁上方的第一钻杆，使第一钻杆能够更加靠近洞室开挖后的壁面，进一步减少钻孔时的外插角，本技术所述的一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构，能够实现在初期支护影响条件下周边眼的小角度钻凿施工，从而有效解决隧道机械化爆破施工中周边眼外插角过大导致的超挖问题，达到降低混凝土超耗，节约项目建设成本，降低爆破对围岩稳定性的影响，提升施工安全的目的。

7、优选地，所述传动箱包括箱体，所述箱体上部延伸至所述推进梁上方，所述第一钻杆连接在所述箱体上部；

8、所述箱体下部延伸至所述推进梁下方，所述传动杆连接在所述箱体下部。

9、传动箱的箱体上部位于推进梁上方，从而便于与第一钻杆相连接，传动箱的箱体下部位于推进梁下方，从而便于与传动杆相连接。

10、优选地，所述箱体内设置有下传动齿轮、上传动齿轮和驱动带；

11、所述下传动齿轮设置在所述箱体下部且位于所述推进梁下方，所述传动杆能够驱动所述下传动齿轮转动；

12、所述上传动齿轮设置在所述箱体上部且位于所述推进梁上方，所述上传动齿轮能够驱动所述第一钻杆回转；

13、所述下传动齿轮能够通过所述驱动带驱动所述上传动齿轮转动。

14、通过下传动齿轮、上传动齿轮和驱动带的配合，使位于推进梁下方的传动杆能够驱动位于推进梁上方的第一钻杆回转，从而进行掌子面周边眼的钻孔作业。

15、优选地，所述滑动台座上还设置有传动台座，所述传动台座位于所述推进梁上方，且所述传动台座设置在所述传动箱和所述第一钻杆之间，所述第一钻杆远离所述传动台座的一端设置有第一固定卡座，所述上传动齿轮通过所述传动台座驱动所述第一钻杆回转。

16、通过传动台座和第一固定卡座来支撑第一钻杆，使第一钻杆进行钻孔时保持平稳作业，同时，传动箱的上传动齿轮能够通过传动台座来驱动第一钻杆回转，简化了传动路径，降低了设备制造难度。

17、优选地，所述传动台座包括转动轴和套筒，所述套筒通过支架与所述滑动台座相连接，所述转动轴转动设置在所述套筒上，且所述转动轴两端延伸至所述套筒外侧，所述上传动齿轮通过连接杆与所述转动轴相连接，所述转动轴远离所述传动箱的一端用于连接所述第一钻杆。

18、优选地，所述转动轴包括光轴和连接在光轴两侧的台阶部，所述光轴位于所述套筒内部，所述台阶部位于所述套筒外侧，且所述台阶部与所述套筒相抵接，所述台阶部远离所述套筒的一侧设置有连接部，所述连接部能够连接所述第一钻杆或所述连接杆。

19、优选地，所述连接部上设置有卡槽，所述卡槽用于固定所述连接杆或所述第一钻杆。

20、优选地，所述推进梁包括梁体和第一侧面导轨，所述第一侧面导轨设置在所述梁体底部两侧，且所述第一侧面导轨沿所述梁体长度方向布设；

21、所述滑动台座包括台座本体和侧面滑动槽，所述侧面滑动槽设置在所述台座本体顶部两侧，且所述侧面滑动槽沿所述台座本体长度方向布设；

22、所述滑动台座滑动连接在所述推进梁底部，所述第一侧面导轨与所述侧面滑动槽滑动配合。

23、通过在推进梁的梁体底部两侧设置第一侧面导轨，第一侧面导轨沿梁体长度方向布设，并在滑动台座的台座本体顶部两侧设置侧面滑动槽，侧面滑动槽沿台座本体长度方向布设，然后将滑动台座滑动连接在推进梁底部，并使第一侧面导轨与侧面滑动槽滑动配合，从而使滑动台座通过第一侧面导轨与侧面滑动槽的滑动配合在推进梁上实现移动，并且，由于第一侧面导轨沿梁体长度方向布设，侧面滑动槽沿台座本体长度方向布设，从而使滑动台座能够沿推进梁长度方向滑动。

24、优选地，所述梁体上还设置有条形槽，所述条形槽沿所述梁体长度方向布设；

25、所述台座本体上设置有开槽区，所述开槽区位于所述台座本体靠近所述第一钻杆的一端；

26、所述开槽区与所述条形槽相对应，所述传动箱上部穿过所述条形槽和所述开槽区并延伸至所述推进梁上方，所述传动箱下部穿过所述条形槽和所述开槽区并延伸至所述推进梁和所述滑动台座下方。

27、通过设置开槽区与条形槽，从而便于安装传动箱，传动箱中间部分位于开槽区和条形槽内，传动箱的上部穿过条形槽和开槽区并延伸至推进梁上方，从而便于传动箱与传动台座转动连接，然后在通过传动台座与第一钻杆转动连接，传动箱下部穿过条形槽和开槽区并延伸至推进梁和滑动台座下方，从而便于传动箱与传动杆转动连接。

28、优选地，所述传动箱上设置有连接螺栓，所述连接螺栓用于连接所述滑动台座；

29、所述传动箱上还设置有滑轮，所述条形槽的长边上设置有顶面导轨，所述滑轮与所述顶面导轨滑动配合。

30、通过在传动箱设置连接螺栓，通过连接螺栓来将传动箱连接在滑动台座上，并在传动箱上还设置有滑轮，条形槽的长边上设置有顶面导轨，在传动箱跟随滑动台座沿推进梁长度方向移动时，传动箱通过滑轮与条形槽上的顶面导轨滑动配合，使传动箱能够在条形槽内移动。

31、优选地，还包括第二钻杆，所述第二钻杆位于所述推进梁下方，所述传动杆能够通过所述传动箱驱动所述第二钻杆回转。在钻凿隧道掌子面的辅助眼和掏槽眼时，采用第二钻杆进行作业，从而便于进行辅助眼和掏槽眼施工，避免再次去调整第一钻杆，并且，第二钻杆位于推进梁下方，与安装在推进梁上方的第一钻杆相比，第二钻杆安装更加方便、快捷。

32、本技术还公开了一种凿岩机构的施工方法，使用本技术所述的一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构，还包括如下步骤:

33、步骤一：将所述推进梁紧靠洞室的初期支护，并将所述传动箱置于初期支护前方且紧靠洞室开挖后的壁面；

34、步骤二：启动所述凿岩钻机，通过所述滑动台座来推动所述第一钻杆在掌子面上进行周边眼钻孔作业；

35、步骤三:根据周边眼孔深要求加长所述第一钻杆，完成周边眼施工；

36、步骤四:完成周边眼钻凿施工后，降下所述推进梁，然后在所述推进梁下方安装第二钻杆，进行辅助眼和掏槽眼施工；

37、本技术所述的一种凿岩机构的施工方法，使用本技术所述的一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构，能够实现在初期支护影响条件下周边眼的小角度钻凿施工，有效解决隧道机械化爆破施工中周边眼外插角过大导致的超挖问题，达到降低混凝土超耗，节约项目建设成本，同时还能进行辅助眼和掏槽眼施工，有效加快了隧道施工进度。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果：

39、1.本技术所述的一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构，包括推进梁、滑动台座、传动杆和第一钻杆，滑动台座设置在推进梁上，滑动台座上间隔设置有凿岩钻机和传动箱，传动箱分别与传动杆和第一钻杆相连接，凿岩钻机能够驱动传动杆回转，传动杆能够通过传动箱驱动第一钻杆回转，从而使凿岩钻机能够驱动第一钻杆回转，进而通过第一钻杆进行隧道掌子面周边眼钻孔，同时，由于滑动台座能够相对推进梁长度方向移动，在进行钻孔作业时，滑动台座沿推进梁长度方向朝掌子面靠近，从而使凿岩钻机、传动箱、传动杆均向掌子面靠近，进而推动第一钻杆向掌子面后方土体内持续钻入，进一步地，凿岩钻机和传动杆位于推进梁下方，第一钻杆位于推进梁上方，在进行周边眼的钻孔施工，将推进梁紧靠洞室的初期支护，并将传动箱置于初期支护前方且紧靠洞室开挖后的壁面，与传统的钻凿设备相比，本技术将凿岩钻机设置在推进梁下方，有效减小施工时初期支护对推进梁上凿岩钻机的影响，同时也使推进梁能够更加靠近初期支护，以减小钻孔时的外插角，并且，位于推进梁下方的传动杆通过传动箱来驱动位于推进梁上方的第一钻杆，使第一钻杆能够更加靠近洞室开挖后的壁面，进一步减少钻孔时的外插角，本技术所述的一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构，能够有效实现初期支护影响条件下周边眼的小角度钻凿施工，从而有效解决隧道机械化爆破施工中周边眼外插角过大导致的超挖问题，达到降低混凝土超耗，节约项目建设成本；降低爆破对围岩稳定性的影响，提升施工安全的目的。

40、2.本技术所述的一种凿岩机构的施工方法，使用本技术所述的一种钻机下置式的隧道掌子面钻凿机构，能够实现在初期支护影响条件下周边眼的小角度钻凿施工，有效解决隧道机械化爆破施工中周边眼外插角过大导致的超挖问题，达到降低混凝土超耗，节约项目建设成本，同时还能进行辅助眼和掏槽眼施工，有效加快了隧道施工进度。