掘进机隧道施工方法与流程

本发明涉及掘进方法技术领域，特别涉及一种掘进机隧道施工方法。

背景技术：

现有隧道施工，主要是有3种开挖方法：钻爆法开挖、悬臂掘进开挖及盾构法开挖，三种施工方法，各有优劣势，相互补充形成了涵盖目前隧道施工的所有工况范围。

对于悬臂掘进开挖，通过安装有截割头的悬臂，采用机械推进的方法开挖隧道，并将开挖的泥土、石碴等传送出机外，目前，掘进机的悬臂与回转支承平台铰接，悬臂通过悬臂油缸在上、下方向作业及通过回转油缸带动回转支承平台实现回转作业。

现有的悬臂掘进开挖方式采用s型和z型的截割路线逐级对工作面进行截割。然而，这种掘进方法容易造成超挖、欠挖等现象，为进一步的施工造成困难。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种掘进机隧道施工方法以解决现有的掘进方法容易造成超挖、欠挖等现象。

为达到上述目的，本发明提供一种掘进机隧道施工方法，所述掘进机隧道施工方法，包括：

确定掌子面，并沿围绕所述掌子面的中心的圆周钻取多个第一孔；

以所述掌子面的中心为圆心钻取第二孔，并使得多个所述第一孔的外周内切于所述第二孔的外周；

以所述掌子面的中心为圆心，对所述第二孔扩孔获得第三孔；

对所述第三孔扩孔，使所述第三孔形成与所述掌子面的形状相同的第四孔。

优选地，所述掘进机隧道施工方法采用截割头钻孔和扩孔。

优选地，在对所述第二孔扩孔获得所述第三孔的过程中，使所述截割头沿所述第二孔的周向运动一定弧度后，沿所述第二孔的径向运动，再重复上述步骤。

优选地，在对所述第二孔扩孔获得所述第三孔的过程中，使所述截割头沿所述第三孔的半径运动后，沿所述第二孔的周向运动，再重复上述步骤。

优选地，使用沿同一圆周设置的多个所述截割头，每个所述截割头的运动轨迹形成扇形。

优选地，在对所述第三孔扩孔时，所述截割头沿与所述掌子面的轮廓为轨迹运动且不断向所述掌子面的中心收缩，直至去除所述第三孔与所述第四孔之间的余料。

优选地，在对所述第三孔扩孔时，所述截割头沿与所述掌子面的轮廓相似的、以所述第三孔的外周为外切圆的形状为轨迹运动，并不断向所述掌子面的轮廓扩张，直至去除所述第三孔与所述第四孔之间的余料。

优选地，所述第三孔的外周内切于所述掌子面的轮廓。

优选地，所述掘进机隧道施工方法采用掘进机进行挖掘，所述掘进机包括：悬臂组件、进给组件和转动组件，所述悬臂组件包括中心轴和多个悬臂，所述悬臂的一端可旋转地连接有截割头，另一端与所述中心轴可摆动地接，多个所述悬臂间隔在所述中心轴的一端，所述进给组件用于带动所述中心轴轴向移动，所述转动组件用于带动所述中心轴转动。

由于掌子面的轮廓由多个弧线连接形成，相对于现有技术中按照s型和z型的截割路线逐级对工作面进行截割，本发明的掘进机隧道施工方法通过在掌子面的中心钻取第一孔，连通多个第一空形成第二孔，并对第二孔进行不断的扩张获得第三孔，再次对第三孔进行扩张，直至第三孔形成形状、大小与掌子面的轮廓相同的第四孔，使得第四孔与掌子面的轮廓高度契合，从而避免超挖、欠挖等现象，同时提高了隧道施工的效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明的方法的一种实施方式的截割头的运动轨迹示意图；

图2为图1中截割头的部分运动轨迹示意图；

图3为本发明的方法的一种实施方式的截割头的运动轨迹示意图；

图4为本发明的方法的一种实施方式的截割头的运动轨迹示意图；

图5为本发明的方法的一种实施方式的截割头的运动轨迹示意图；

图6为本发明的方法的一种实施方式使用的掘进机的结构示意图；

图7为图6的掘进机的悬臂组件的结构示意图。

附图标记说明

1悬臂组件2进给组件

3转动组件11悬臂

12中心轴111截割头

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下。下面将参考附图1至图7并结合实施方式来详细说明本发明。

本发明提供一种掘进机隧道施工方法，包括：

确定掌子面，并沿围绕所述掌子面的中心的圆周钻取多个第一孔；

以所述掌子面的中心为圆心钻取第二孔，并使得多个所述第一孔的外周内切于所述第二孔的外周；

以所述掌子面的中心为圆心，对所述第二孔扩孔获得第三孔；

对所述第三孔扩孔，使所述第三孔形成与所述掌子面的形状相同的第四孔。

由于掌子面的轮廓由多个弧线连接形成，相对于现有技术中按照s型和z型的截割路线逐级对工作面进行截割容易在掌子面的轮廓处形成锯齿，从而造成超挖、欠挖，本发明的掘进机隧道施工方法通过在掌子面的中心钻取第一孔，连通多个第一空形成第二孔，并对第二孔进行不断的扩张获得第三孔，并使得第三孔内切与掌子面的轮廓，使得在对第二孔进行不断的扩张获得第三孔的过程中提高对掌子面进行挖掘面积，再次对第三孔进行扩张，直至第三孔形成形状、大小与掌子面的轮廓相同的第四孔，使得第四孔与掌子面的轮廓高度契合，从而避免超挖、欠挖等现象，同时提高了隧道施工的效率。

上述中，所述掌子面的中心为掌子面的轮廓的内切圆的圆心或所述掌子面的几何中心。通过以掌子面的中心或所述掌子面的几何中心为圆心钻取第二孔和第三孔，使得当截割工具以掌子面的中心为圆心转动时，能够去除掌子面上的大部分的岩石，避免截割工具不规则运动，从而有利于提高隧道掘进速度。

如图3和图4所示，以所述掌子面的中心为圆心，对所述第二孔扩孔获得第三孔，所述第三孔的外周内切于所述掌子面的轮廓，优选地，所述第三孔的外周为所述掌子面的内切圆，这样的设置使得当掌子面的形状为非圆形时，在对第二孔进行不断的扩张获得第三孔的过程中最大程度的对掌子面进行挖掘，从而提高挖掘效率。如图1所示，当掌子面的形状为圆形时，对所述第二孔扩孔获得第三孔，所述第三孔的外周内切于所述掌子面的轮廓，所述第三孔的形状大小与掌子面的形状大小相同，无需对第三孔再次扩孔。

为了便于隧道的挖掘，所述掘进机隧道施工方法采用截割头13钻孔和扩孔。所述截割头13可旋转地安装在悬臂11上，所述悬臂11上设有驱动装置，所述驱动装置与所述截割头13连接以驱动所述截割头13转动。截割头13上设有截齿，在截割头13转动时，截齿对岩层进行铣削，从而在岩层上钻孔或扩孔。

在对所述第二孔扩孔获得所述第三孔的过程中，根据本发明的一种实施方式，如图1所示，使所述截割头13沿所述第二孔的周向运动一定弧度后，沿所述第二孔的径向运动，再重复上述步骤，所述截割头13的运动轨迹形成扇环且所述扇环的环宽随着截割头13沿所述第二孔的径向运动而增加。即，所述截割头13沿所述第二孔的周向运动一定弧度(第一弧度)后，沿所述第二孔的径向向远离所述第二孔的方向运动一定距离，所述截割头13沿所述第二孔的周向反向运动一定弧度(第二弧度，该第二弧度与第一弧度相同)后，所述截割头13沿所述第二孔的径向向远离所述第二孔的方向运动一定距离。

上述中，所述截割头13每次沿所述第二孔的周向运动与上一次运动相比，方向相反、弧度相同，但每次运动的弧长不断增加，所述截割头13每次沿所述第二孔的径向运动的距离相同。

上述中，所述截割头13沿所述第二孔的周向运动的弧长大于所述截割头13沿所述第二孔的径向运动的距离。

根据本发明的另一种实施方式，如图5所示，使所述截割头13沿所述第三孔的半径运动后，沿所述第二孔的周向运动一定弧度，再重复上述步骤，所述截割头13的运动轨迹形成扇环且所述扇环的角度随着截割头13沿所述第二孔的周向运动而增加。即，所述截割头13沿所述第二孔的半径运动一定距离后，所述截割头13沿所述第二孔的周向运动一定弧度，所述截割头13沿所述第二孔的半径反向运动一定距离后，所述截割头13沿所述第二孔的周向运动一定弧度。

上述中，所述截割头13每次沿所述第三孔的半径运动与上一次运动相比，方向相反、距离相同，所述截割头13每次沿所述第二孔的周向运动的弧度相同。

上述中，所述截割头13沿所述第二孔的周向运动的弧长小于所述截割头13沿所述第二孔的半径运动的距离。

在上述两种对所述第二孔扩孔获得所述第三孔的方式中，根据岩层的硬度选取不同的扩孔方式，当岩层的硬度较低时，如岩层为不坚固岩石或中等坚固岩石，可以选择第一种方式，当岩层的硬度较高时，如岩层为坚硬岩石或极坚固岩石，可以选择第二种方式。

如图2所示，使用沿同一圆周设置的多个所述截割头13，每个所述截割头13的运动轨迹形成扇形，多个所述截割头13的运动轨迹形成圆环。这样的设置使得当多个所述截割头13沿掌子面的中心转动时，多个截割头13同时对岩层进行铣削，且多个截割头13的运动轨迹为弧形，便于扩孔。

为了实现隧道的掘进，需要去除掌子面轮廓与第三孔之间的余料，在对所述第三孔扩孔时，根据本发明的一种实施方式，所述截割头13沿与所述掌子面的轮廓为轨迹运动后，不断向所述掌子面的中心收缩，直至去除所述第三孔与所述第四孔之间的余料。通过这种方法先通过截割头13沿掌子面的轮廓运动，将掌子面的轮廓处的岩层去除，再去除其余余料，从而避免截割头13超挖、欠挖。

根据本发明的另一种实施方式，如图3和图4所示，所述截割头13沿与所述掌子面的轮廓相似的、以所述第三孔的外周为外切圆的形状为轨迹运动，并不断向所述掌子面的轮廓扩张，直至去除所述第三孔与所述第四孔之间的余料。通过这种方法先获得与掌子面轮廓相切的第三孔，在对第三孔进行扩孔且截齿的运动轨迹与所述掌子面的轮廓相似，从而避免截割头13超挖、欠挖。

所述掘进机隧道施工方法采用掘进机进行挖掘，如图6和图7所示，所述掘进机包括：悬臂组件1、进给组件2和转动组件3，所述悬臂组件1包括中心轴12和多个悬臂11，所述悬臂11的一端可旋转地连接有截割头13，另一端与所述中心轴12可摆动地接，具体地，所述悬臂11的一端与所述中心轴12铰接，所述悬臂组件1还包括伸缩件，所述伸缩件的一端与所述中心轴12铰接，另一端与所述悬臂11铰接，所述伸缩件通过伸缩带动所述悬臂11摆动，所述伸缩件包括液压缸、气压缸或电动推杆，多个所述悬臂11间隔在所述中心轴12的一端，所述进给组件2用于带动所述中心轴12轴向移动，所述转动组件3用于带动所述中心轴12转动。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。