一种深埋长大隧道掘进设备及掘进方法与流程

本发明涉及隧道掘进设备，特别涉及一种深埋长大隧道掘进设备及掘进方法。

背景技术：

1、面对艰险复杂山区深埋长大软岩隧道工程，经常会出现软岩地层夹杂有硬岩地层以及软硬岩层等复合岩层。传统铣挖钻头、铣挖机只能用于当软岩隧道或土质隧道，适应性不强。因此，当传统铣挖钻头、铣挖机遇到硬岩不仅很难掘进入岩，而且易导致铣挖钻头损坏，严重影响施工工期和工程造价。

2、综上，如何解决传统铣挖钻头、铣挖机掘进速度慢以及无法适用于软硬岩层和硬质岩层等问题，成为本领域技术人员急需解决的重大问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供了一种深埋长大隧道掘进设备，以有效提高硬岩隧道工程区的掘进效率，同时有效减少铣挖钻头的磨损、缩短施工周期和节约成本，既能适用于软质岩层开挖，又能适用于软硬岩层或硬质岩层开挖。

2、本发明的一种深埋长大隧道掘进设备，包括固定安装在履带式汽车的底座上的铣挖机，其特征是：还包括向掘进隧道掌子面发射电磁炮弹的电磁发射装置，以及向掘进隧道掌子面注水的高压注水装置，所述电磁发射装置、高压注水装置分别与铣挖机操作控制设备电连接。

3、所述电磁发射装置包括电磁炮管、电磁感应线圈、发射单元操作平台、电源储存设备和电磁炮弹存储仓；所述电磁炮管的内壁上设置电磁感应线圈，外壁上设置冷却系统，电磁炮管的前端口处设置第一控制开关门；所述电磁炮弹存储仓设置在电磁炮管的后部，与电磁发射装置内腔之间设置有第二控制开关门；所述电磁感应线圈通过信号传输控制导线与电磁控制设备、发射单元操作平台、电源储存设备电连接，所述第一控制开关门、第二控制开关门分别与电磁控制设备电连接。

4、所述铣挖机包括铣挖钻头、铣挖柱、液压泵、铣挖机控制设备和柴油发动机；所述铣挖柱横向间隔设置两个，铣挖钻头安装在各铣挖柱的前端部上，铣挖柱的后端与底座形成铰接，铰接点之前设置电动液压千斤顶，电动液压千斤顶的纵向两端分别与铣挖柱、底座铰接；所述铣挖钻头、电动液压千斤顶、液压泵和柴油发动机分别与铣挖机控制设备电连接。

5、所述电磁发射装置在两个铣挖柱内各设置一套，用于向掘进隧道掌子面掘进钻孔内出现的硬岩发射电磁炮弹，且在铣挖柱前端口处设置控制开关门，该控制开关门与电磁控制设备电连接。

6、所述底座上设置一套电磁发射装置，用于向掘进隧道掌子面上出现的硬岩发射电磁炮弹，电磁发射装置通过纵向间隔设置的电动液压千斤顶与底座形成铰接。

7、本发明所要解决的另一技术问题是提供采用上述一种深埋长大隧道掘进设备的掘进方法，该方法包括以下步骤：

8、s1：将一种深埋长大软硬岩层隧道掘进设备运行至掘进隧道掌子面前方，检查该隧道掘进设备是否正常运转；

9、s2：启动挖机，通过铣挖钻头开始掘进土质地层或软岩地层，直至遇到硬岩，停止铣挖钻头钻进；

10、s3：启动电磁发射装置，通过第二控制开关门打开电磁炮弹存储仓释放电磁炮弹进入到电磁炮管中，电磁控制设备将把电磁能量转换成炮弹动能，使电磁炮弹达到高速运转沿着炮管导轨射出撞击前方掘进隧道掌子面的硬岩；

11、s4：启动高压注水装置，高压抽水泵工作通过高压注水管向掘进隧道掌子面进行高压注水，通过冷热循环交替进一步破碎岩体，同时向冷却系统注入液态氮气或液态二氧化碳对电磁炮管进行冷却；

12、s5：一次电磁炮弹冲击和高压注水硬岩岩体结束后，启动铣挖机，铣挖钻头开始沿着掘进隧道掌子面向前开挖破裂后的岩体；

13、s6:重复步骤s2至步骤s5，直至硬岩隧道工程区结束或者人为终止。

14、本发明的有益效果主要体现在如下方面：

15、一、利用电磁发射装置向掘进隧道掌子面上、掘进钻孔内出现的硬岩发射电磁炮弹，冲击并破坏硬岩岩体，高压注水装置通过高压注水管高压向掘进隧道掌子面注水，冷热循环进一步加速岩石破裂，能够有效提高硬岩隧道工程区的掘进效率；

16、二、电磁炮弹的发射能量根据前方掘进隧道掌子面地质条件，可通过电磁控制设备、电源储存设备进行调节控制，适应范围广

17、三、能够有效减少铣挖钻头的磨损、缩短施工周期和节约成本；

18、四、适用范围广，既能适用于软质岩层开挖，又能适用于软硬岩层或硬质岩层开挖。

技术特征：

1.一种深埋长大隧道掘进设备，包括固定安装在履带式汽车(21)的底座(25)上的铣挖机(20)，其特征是：还包括向掘进隧道掌子面发射电磁炮弹(31)的电磁发射装置(30)，以及向掘进隧道掌子面注水的高压注水装置(40)，所述电磁发射装置(30)、高压注水装置(40)分别与铣挖机操作控制设备(50)电连接。

2.如权利要求1所述的一种深埋长大隧道掘进设备，其特征是：所述电磁发射装置(30)包括电磁炮管(32)、电磁感应线圈(322)、发射单元操作平台(34)、电源储存设备(35)和电磁炮弹存储仓(36)；所述电磁炮管(32)的内壁上设置电磁感应线圈(322)，外壁上设置冷却系统(321)，电磁炮管(32)的前端口处设置第一控制开关门(323)；所述电磁炮弹存储仓(36)设置在电磁炮管(32)的后部，与电磁发射装置(30)内腔之间设置有第二控制开关门(361)；所述电磁感应线圈(322)通过信号传输控制导线(331)与电磁控制设备(33)、发射单元操作平台(34)、电源储存设备(35)电连接，所述第一控制开关门(323)、第二控制开关门(361)分别与电磁控制设备(33)电连接。

3.如权利要求2所述的一种深埋长大隧道掘进设备，其特征是：所述铣挖机(20)包括铣挖钻头(22)、铣挖柱(23)、液压泵(26)、铣挖机控制设备(27)和柴油发动机(28)；所述铣挖柱(23)横向间隔设置两个，铣挖钻头(22)安装在各铣挖柱(23)的前端部上，铣挖柱(23)的后端与底座(25)形成铰接，铰接点之前设置电动液压千斤顶(24)，电动液压千斤顶(24)的纵向两端分别与铣挖柱(23)、底座(25)铰接；所述铣挖钻头(22)、电动液压千斤顶(24)、液压泵(26)和柴油发动机(28)分别与铣挖机控制设备(27)电连接。

4.如权利要求3所述的一种深埋长大隧道掘进设备，其特征是：所述电磁发射装置(30)在两个铣挖柱(23)内各设置一套，用于向掘进隧道掌子面掘进钻孔内出现的硬岩(12)发射电磁炮弹(31)，且在铣挖柱(23)前端口处设置控制开关门(221)，该控制开关门(221)与电磁控制设备(33)电连接。

5.如权利要求4所述的一种深埋长大隧道掘进设备，其特征是：所述底座(25)上设置一套电磁发射装置(30)，用于向掘进隧道掌子面上出现的硬岩(12)发射电磁炮弹(31)，电磁发射装置(30)通过纵向间隔设置的电动液压千斤顶(24)与底座(25)形成铰接。

6.如权利要求1所述的一种深埋长大隧道掘进设备，其特征是：所述高压注水装置(40)包括高压注水管(41)和高压抽水泵(42)，高压抽水泵(42)与柴油发动机(28)、铣挖机控制设备(27)电连接。

7.如权利要求1所述的一种深埋长大隧道掘进设备，其特征是：所述底座(25)具有旋转机构，旋转角度范围为0-90°。

8.采用如权利要求1－7任意一项一种深埋长大隧道掘进设备的掘进方法，包括以下步骤：

技术总结一种深埋长大隧道掘进设备及掘进方法，以有效提高硬岩隧道工程区的掘进效率，同时有效减少铣挖钻头的磨损、缩短施工周期和节约成本，既能适用于软质岩层开挖，又能适用于软硬岩层或硬质岩层开挖。掘进设备包括固定安装在履带式汽车的底座上的铣挖机，还包括向掘进隧道掌子面发射电磁炮弹的电磁发射装置，以及向掘进隧道掌子面注水的高压注水装置，所述电磁发射装置、高压注水装置分别与铣挖机操作控制设备电连接。技术研发人员：周航,陈兴海,冯涛,张广泽,张营旭,任金龙,谢荣强,沈维,任云,王良赞受保护的技术使用者：中铁二院工程集团有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9