微波破岩辅助装置及复合式悬臂掘进机的制作方法

本发明涉及一种掘进机械，尤其涉及一种微波破岩辅助装置及复合式悬臂掘进机。

背景技术：

隧道建设中，为了减少隧道开挖产生的振动和噪音环境的影响，以及为了避免由于爆破带来的一系列安全问题，并考虑到施工成本，近年来对由爆破转变为悬臂掘进机的机械开挖施工技术的需求在不断增加。但是用悬臂掘进机开挖100mpa以上硬岩时存在技术难题，一般情况下，在全风化的各种岩石、强风化的较硬岩和弱风化的较软岩中，岩石强度在60mpa以内，悬臂式掘进机掘进容易，机具损耗也较小，适合施工。但是岩石强度超过60mpa时，常规的截割方法已经不适用，通常采用冲击和振动截割的破岩方法，但是这些方法对悬臂掘进机截割头上的截齿磨损巨大，导致机械利用率低，也会要求更高的机器功率。特别是用悬臂掘进机开挖100mpa以上的硬岩时，由于巨大的截齿磨损，导致悬臂掘进机的掘进性能降低和施工不连续。虽然近几年来tbm(tunnelboringmachine)掘进机在硬质岩隧道中得到了一定的应用，但是其在隧道中不灵活，开挖成型的断面只能是圆形，不能用于任何形状断面的隧道，而且一次投入成本高，不经济。与tbm相比悬臂掘进机小巧，在隧道中具有较大的灵活性，能够成型任何形状的断面，且一次投入成本低。

传统的悬臂掘进机施工方法已经不在适用于100mpa以上的硬岩隧道，因此寻求一种新的悬臂掘进机施工方法实现100mpa以上的硬岩隧道连续施工一直是机械方法施工硬质岩隧道的目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可有效解决基于100mpa以上硬岩隧道掘进机施工困难问题的微波破岩辅助装置，及将微波技术与悬臂掘进机掘进技术结合的复合式悬臂掘进机。

本发明提供一种微波破岩辅助装置，用于硬质岩隧道，包括安装架，所述安装架具有两个位于同一侧且上、下间隔设置的孔，与上位置孔铰接有伸缩油缸，与下位置孔铰接有摆动油缸，所述摆动油缸的另一侧与所述伸缩油缸的缸部铰接，所述伸缩油缸的活塞杆上设有一铰接耳，在所述铰接耳远离缸部的位置处设有一微波组件。

优选的，所述微波组件包括具有收容空间的盒体和盖设于盒体远离铰接耳一侧的盖子，在所述收容空间内依次设置的微波发生模块、波导结构、波导和微波天线。

优选的，还包括设于所述安装架下方可带动安装架及伸缩油缸、摆动油缸水平旋转的旋转油缸和设置于所述旋转油缸下方的底座。

本发明天还提供一种复合式悬臂掘进机，包括掘进机本体、设于所述掘进机本体上方且向外延伸的截割臂及设于所述截割臂末端的截割头，所述截割臂上方设有微波破岩辅助装置。

优选的，所述微波破岩辅助装置的底座与所述截割臂连接，所述微波破岩辅助装置的延伸方向与截割臂的延伸方向相同。

优选的，所述微波破岩辅助装置固定在截割臂远离截割头设置，所述微波组件临近所述截割头设置。

与相关技术相比，本发明提供的微波破岩辅助装置通过微波快速加热岩石，显著降低其点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度等力学特性。本发明还提供一种复合式悬臂掘进机，将微波技术与悬臂掘进机掘进技术结合，通过微波技术解决悬臂掘进机截割头上截齿易磨损的问题，充分发挥悬臂掘进机破岩的优势，从而提高岩石截割的效率和降低岩石截割的成本。将微波破岩辅助装置合理的设置在悬臂掘进机的截割头上方，使截割头在截割岩石时能够发出微波能，提高截割头的性能和工作效率。

附图说明

图1为本发明提供的微波破岩辅助装置的结构示意图；

图2为图1中的微波组件的结构示意图；

图3为本发明提供的复合式悬臂掘进机的结构示意图；

图4为本发明提供的复合式悬臂掘进机全断面施工工艺图；

图5为本发明提供的复合式悬臂掘进机台阶法施工工艺图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，所述微波破岩辅助装置包括底座7、安装架6、旋转油缸5、摆动油缸4、伸缩油缸3、铰接耳2和微波组件1。

所述安装架6具有两个位于同一侧且上、下间隔设置的孔，与上位置孔铰接所述伸缩油缸3，与下位置孔铰接所述摆动油缸4。所述摆动油缸4的另一侧与所述伸缩油缸3的缸部铰接，所述摆动油缸4沿铰接孔带动所述伸缩油缸3上、下摆动旋转。

所述旋转油缸5的底部固定在底座7上，上部动力输出轴与安装架6连接。所述安装架6在动力输出轴的带动下左右摆动，带动伸缩油缸3、摆动油缸4一同水平旋转。

所述伸缩油缸3的活塞杆上设有所述铰接耳2，在所述铰接耳2远离缸部的位置处设有所述微波组件1。所述微波组件1在活塞杆的带动下伸长或回缩。

如图2所示，所述微波组件1包括具有收容空间的盒体和盖设于盒体远离铰接耳一侧的盖子105，在所述收容空间内依次设置的微波发生模块101、波导结构102、波导103和微波天线104。

如图3所示，本发明还提供一种复合式悬臂掘进机，包括掘进机本体8、设于所述掘进机本体8上方且向外延伸的截割臂及设于所述截割臂末端的截割头，所述截割臂上方设有所述的微波破岩辅助装置。

所述微波破岩辅助装置1的底座7与所述截割臂连接，且位于截割臂上远离截割头设置，所述微波组件1临近所述截割头设置。所述微波破岩辅助装置的延伸方向与截割臂的延伸方向相同。

在使用复合式悬臂掘进机时，先停止截割头的运动，启动伸缩油缸3将微波组件1送到掌子面前方一定距离，打开盖合105，然后启动微波组件1并用微波照射掌子面，控制截割臂和摆动油缸4可使微波组件发出的微波上、下运动照射掌子面，控制旋转油缸5可使微波组件1发出的微波左右运动照射掌子面，然后关闭微波组件1，伸缩油缸的活塞杆收回至初始位置，启动截割头即可。

请参阅图4为本发明提供的复合式悬臂掘进机全断面施工工艺图，先开挖第1部分，开挖前先打开微波发生模块101，照射岩体待岩体出现裂缝后，启动复合式悬臂掘进机从右下角往上匀速截割岩体。1部分开挖完成以后，为了防止微波照射岩体时对开挖轮廓线以外的岩体造成较大的扰动，关闭微波发生模块101，只有截割头截割第2部分，成型端面。如此循环以上步骤。

请参与图5为本发明提供的复合式悬臂掘进机台阶法施工工艺图，先打开微波发生模块101，由下往上开挖第1部分。关闭微波发生模块101，开挖第2部分。再打开微波发生模块101，由下往上开挖第3部分。再关闭微波发生模块101开挖第4部分，如此循环以上步骤。

与相关技术相比，本发明提供的微波破岩辅助装置通过微波快速加热岩石，显著降低其点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度等力学特性。本发明还提供一种复合式悬臂掘进机，将微波技术与悬臂掘进机掘进技术结合，通过微波技术解决悬臂掘进机截割头上截齿易磨损的问题，充分发挥悬臂掘进机破岩的优势，从而提高岩石截割的效率和降低岩石截割的成本。将微波破岩辅助装置合理的设置在悬臂掘进机的截割头上方，使截割头在截割岩石时能够发出微波能，提高截割头的性能和工作效率。不仅可应用在软弱围岩的隧道中，还能在100mpa以上硬质岩隧道施工中，显著提高了悬臂掘进机截齿的使用寿命，充分发挥悬臂掘进机破岩的优势，从而实现提高悬臂掘进机的利用率和降低岩石破碎的成本。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。