地下回廊施工掘进装置的制作方法

1.本实用新型涉及地下空间施工技术领域，特别涉及一种地下回廊施工掘进装置。


背景技术：

2.在地下空间回廊式施工技术领域中，回廊式地下空间需要高昂的施工成本，而且施工机械装置的要求很高，且回廊式施工极易造成土壤坍塌，传统机械和方法很难对施工环境进行可靠的支撑，效率低下且很难一步完成，现有技术 (cn201910500495.7)公布了一种隧道或地下空间回廊式施工方法，以隧道或者地下空间轮廓线内缘为基准线打设钢管；将钢管内的土体掏出；在钢管内安装临时支护设施；纵向分段切除钢管相邻边的钢板，每次切除全断面或者断面的一部分，切除长度为1-20m，形成中空廊道；在钢管内安装永久性支撑设施，拆除临时支护设施，在廊道内绑扎钢筋，浇筑混凝土形成隧道或者地下空间的主体结构；最后将隧道或者地下空间轮廓线内的土体清除，形成结构稳固的隧道或者地下空间，该现有技术实现了廊道的加固，但是施工过程繁琐，需要耗费大量的人力物力。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本实用新型提供了一种地下空间回廊式施工装置及使用该装置进行施工的方法，该装置能够实现回廊的自动机械化成型和加固，其操作方便，可以提高施工效率，降低施工成本。
4.为了达到上述技术目的，本实用新型提供的技术方案为一种地下回廊施工掘进装置，其特征在于：所述掘进装置包括掘进机构，所述掘进机构包括圆筒状圆筒状壳体、掘进电机、同轴安装在圆筒状壳体内的转筒、安装在圆筒状壳体前端的外切割盘、安装在转筒前端的内切割盘和泥土收集装置；所述外切割盘与圆筒状壳体之间设有轴承，所述内切割盘转动安装在外切割盘的内圈，所述掘进电机位于圆筒状壳体与转筒之间，掘进电机通过传动机构与内切割盘、外切割盘连接，在内切割盘中部设有与转筒连通的泥土输送孔；所述泥土收集装置包括输送电机、转动安装在转筒内的螺旋传动杆和收集桶，所述转筒的后端与收集桶连通，所述输送电机与螺旋传动杆连接，并在输送电机的作用下螺旋传动杆转动将泥土输送到收集桶内；所述传动机构包括设置在转筒外壁的第一齿圈、与第一齿圈相互啮合的驱动齿轮、设置在内切割盘外圈的第二齿圈、设置在外切割盘内圈的第三齿圈和分散设置在第二齿圈和第三齿圈之间的多个中间齿轮，所述掘进电机的输出轴与驱动齿轮连接，所述多个中间齿轮分别与第二齿圈和第三齿圈相互啮合，并在掘进电机的驱动下同时带动内切割盘和外切割盘同时反向转动切削泥土。
5.本实用新型较优的技术方案：所述掘进装置还包括回转机构、灌浆机构和推进机构，所述的回转机构的第一端与掘进机构同轴安装，第二端与灌浆机构的第一端同轴固定安装；所述灌浆机构的第二端与推进机构同轴固定安装；所述回转机构包括转向电机和至少两个铰链连接的活动节，临近掘进机构的第一节活动节与掘进机构铰链连接，临近灌浆机构的最末端活动节与灌浆机构铰链连接，由转向电机控制至少两个活动节铰链部位进行
转向；在每个活动节的圆周上安装有多个切槽齿，至少两个活动节上的切槽齿分布在相同的位置，并在地下空间回廊式施工装置掘进过程中，切槽齿沿着掘进通道内壁切削多条灌浆槽；所述灌浆机构包括灌浆外壳、置于灌浆外壳内部的泥浆储存桶和沿着灌浆外壳圆周方向分布的多个灌浆组件，且多个灌浆组件分布的位置与每个活动节圆周方向的切槽齿位置对应，并在地下空间回廊式施工装置掘进过程中，通过灌浆组件在对应的灌浆槽内灌浆加固；所述推进机构固定安装在灌浆外壳的尾端。
6.本实用新型较优的技术方案：所转筒的两端分别设有支架，所述螺旋传动杆的两端分别与支架转动连接，转筒前端的支架位于内切割盘中心位置，其支架镂空部位形成泥土收集孔，转筒后端的支架位于与收集桶连接位置，且所述输送电机位于收集桶内，并与螺旋传动杆尾端连接；所述收集桶通过固定柱固定安装在圆筒状壳体内部，收集桶上固定安装有连接柱，所述连接柱为中空结构，收集桶通过连接柱与回转机构连接。
7.本实用新型较优的技术方案：所述外切割盘的切削齿呈环形等距分散在内切割盘的外侧，在内切割盘的中心位置开设有泥土收集孔，内切割盘的切削齿沿着泥土收集孔外缘呈环形等距分布，且内切割盘的切削齿与外切割盘的切削齿朝向相对的方向倾斜。
8.本实用新型较优的技术方案：所述多个中间齿轮转动安装在固定环上，固定环同轴固定安装在圆筒状壳体内。
9.本实用新型较优的技术方案：所述的推进机构包括与灌浆外壳连接的推进外壳和分布在推进外壳外端的多个固定爪，每个固定爪部分伸入推进外壳内，其中部转动安装在推进外壳上，固定爪位于推进外壳内部的一端通过弹簧与推进外壳内壁连接。
10.本实用新型较优的技术方案：每个活动节包括两个直径相等的安装环和同轴套接在两个安装环之间的活动外壳，每个安装环中间设有长度相等的连接杆，两个安装环通过连接杆铰链连接；第一节活动节与掘进机构、相邻两个活动节及最末端活动节与灌浆机构之间均通过连接杆铰链连接，所述转向电机的输出轴与第一节活动节的连接杆与掘进机构的铰接转轴连接；在每个活动节的活动外壳圆周上均匀安装有多个切槽齿。
11.本实用新型较优的技术方案：所述灌浆组件的个数与每个活动节上的切槽齿数量相等，灌浆组件包括出料管、活动板和液压油缸，在灌浆外壳对应安装灌浆组件的位置设有凹槽，所述活动板通过转轴安装在凹槽内，所述出料管一端与泥浆储存桶内部连通，另一端固定安装在活动板上，其出料口朝向切槽齿切出的灌浆槽；所述液压油缸固定安装在灌浆外壳上，其活塞端通过铰链座与活动板连接，并通过液压油缸控制活动板沿着转轴转动改变出料管的角度。
12.本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
13.(1)本实用新型设置的掘进机构在同一个电机的驱动下，实现内切割盘和外切割盘的反向转动，增大了掘进效率；
14.(2)本实用新型设置的回转机构能够实现任意弯度回廊的加工，无需人工操作，自动化程度高，降低了地下回廊施工难度，提高施工效率；
15.(3)本实用新型设置的灌浆机构与回转机构配合，对加工出的廊道进行灌浆加固，防止塌方事故的产生；
16.(4)本实用新型设置的推进机构具有自动防止该地下空间回廊式施工装置后退的功能，使加工过程更加稳定高效。
附图说明
17.图1为本实用新型整体结构示意图一；
18.图2为本实用新型整体结构示意图二；
19.图3为本实用新型中掘进机构的结构示意图；
20.图4为本实用新型掘进机构去掉安装外壳后的结构示意图；
21.图5为图4的剖切示意图；
22.图6和图7为掘进机构的传动机构结构示意图；
23.图8和图9为本实用新型去掉掘进机构的不同方向结构示意图；
24.图10为本实用新型中转向机构的结构示意图；
25.图11为本实用新型中灌浆机构和推进机构结构示意图；
26.图12为本实用新型推进机构的内部结构示意图；
27.图13为本实用新型灌浆机构的拆分状态示意图。
28.附图标号：101-掘进机构；102-回转机构；103-灌浆机构；104-推进机构；105-切削齿；106-内切割盘；107-外切割盘；108-圆筒状壳体；109-收集桶；110
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连接柱；111-固定柱；112-转筒；113-固定环；114-第一齿圈；115-掘进电机； 116-驱动齿轮；117-轴承；118-支架；119-螺旋传动杆；120-第二齿圈；121-中间齿轮；122-第三齿圈；123-活动节；124-活动外壳；125-切槽齿；126-转向电机；127-连接杆；128-安装环；129-灌浆外壳；130-推进外壳；131-固定爪；132
‑ꢀ
弹簧；133-泥浆储存桶；134-灌浆组件；135-出料管；136-活动板；137-转轴； 138-铰接座；139-安装座；140-液压油缸；141-输送电机。
具体实施方式
29.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.实施例1提供的一种地下空间回廊式施工装置，如图1和图2所示，包括掘进机构101、回转机构102、灌浆机构103和推进机构104，所述掘进机构101 为整个装置的动力头，用于切削泥土并进行掘进；所述的回转机构102的第一端与掘进机构101同轴安装，第二端
与灌浆机构103的第一端同轴固定安装，回转机构102用于控制该地下空间回廊式施工装置的转向，实现弯曲回廊通道的加工；所述灌浆机构103的第二端与推进机构104同轴固定安装，灌浆机构 103用于对用于对切削出的廊道进行注浆加固，推进机构104用于防止该地下空间回廊式施工装置后退，持续提供切削的推力。
33.如图3-图6所示，实施例1中所述的掘进机构101包括圆筒状壳体108、安装在圆筒状壳体108前端的切割刀盘、同轴安装圆筒状壳体108内的转筒112 和安装在圆筒状壳体108内的掘进电机115、泥土收集装置；所述切割刀盘包括内切割盘106、外切割盘107和分布在内外切割盘上的切削齿105，掘进机构101 中的圆筒状壳体108同轴固定安装在回转机构102上，外切割盘107转动安装在圆筒状壳体108内圈，外切割盘107与圆筒状壳体108之间设有轴承117，内切割盘106转动安装在外切割盘107内圈，并与转筒112固定连接，所述内切割盘106与外切割盘107通过传动机构与掘进电机115连接，并在切割刀盘上设有通向泥土收集装置的泥土收集孔；所述泥土收集装置包括泥土传送机构和收集桶109，所述泥土传送机构包括输送电机141和同轴转动安装在转筒112内的螺旋传动杆119，所转筒112的两端分别设有支架118，所述螺旋传动杆119 的两端分别与支架118转动连接，转筒112前端的支架118位于内切割盘106 中心位置，其支架镂空部位形成泥土收集孔，转筒112后端的支架118位于与收集桶109连接位置，且所述输送电机141位于收集桶109内，并与螺旋传动杆119尾端连接，螺旋传动杆119在输送电机141的驱动下转动，实现泥土的传送；所述收集桶109通过固定柱111固定安装在圆筒状壳体108内部，收集桶109上固定安装有连接柱110，所述连接柱110为中空结构，收集桶109通过连接柱110与回转机构102连接，收集桶109用于储存切削产生的泥土，转筒 112与收集桶109内部连通，连接柱110用于将收集桶109内部的泥土排出掘进机构101。在掘进电机115的作用下内切割盘106和外切割盘107同时方向转动，进而实现廊道加工，同时螺旋传动杆119在电机的作用下，切削齿105切削产生的泥土进入到转筒112中，转筒112中的螺旋传动杆119在输送电机141的作用下转动，将泥土输送到收集桶109内部，进而将泥土通过连接柱110排出掘进机构101。
34.实施例1提供的一种地下空间回廊式施工装置，如图5和图6所示，所述传动机构包括同轴安装在转筒112外壁的第一齿圈114、与第一齿圈114相互啮合的驱动齿轮116、设置在内切割盘106外圈的第二齿圈120、设置在外切割盘 107内圈的第三齿圈122和分散设置在第二齿圈和第三齿圈之间的多个中间齿轮 121，中间齿轮121转动安装在固定环113上，固定环113固定同轴固定安装在圆筒状壳体108内，所述掘进电机115固定安装在转筒112与圆筒状壳体108 之间，其输出轴与驱动齿轮116连接，所述多个中间齿轮121分别与第二齿圈 120和第三齿圈122相互啮合，并在掘进电机115的驱动下同时带动内切割盘 106和外切割盘107同时反向转动。使用时启动掘进电机115，掘进电机115驱动驱动齿轮116转动，驱动齿轮116通过第一齿圈114驱动转筒112转动，转筒112带动内切割盘106转动，内切割盘106通过第二齿圈120驱动中间齿轮 121转动，中间齿轮121转动的同时驱动第三齿圈122转动，第三齿圈122带动外切割盘107在圆筒状壳体108内转动，此时内切割盘106与外切割盘107的转向相反，内切割盘106和外切割盘107通过切削齿105进行泥土切削。所述外切割盘107的切削齿105呈环形等距分散在内切割盘106的外侧，在内切割盘106的中心位置开设有泥土收集孔，内切割盘106的切削齿沿着泥土收集孔外缘呈环形等距分布，且内切割盘106的切削齿与外切割盘107的切削齿朝向相对的方向倾斜。
35.实施例1中的回转机构102如图8至图10所示，包括转向电机126和至少两个铰链连接的活动节123，活动节123的数量可以根据需要设置，其长度以能够实现正常转弯为准，实施例如图中的活动节有六节。每个活动节123包括两个直径相等的安装环128和同轴套接在两个安装环128之间的活动外壳124，每个安装环128中间设有长度相等的连接杆127，两个安装环128通过连接杆127 铰链连接；第一节活动节与掘进机构101、相邻两个活动节123及最末端活动节与灌浆机构103之间均通过连接杆127铰链连接，所述转向电机126的输出轴与第一节活动节的连接杆与掘进机构的铰接转轴连接，转向电机126用于驱动该地下空间回廊式施工装置转向，使用时启动转向电机126，改变连接杆127与圆筒状壳体108之间的角度，随着掘进机构101的前进，即改变了廊道的弯度；在每个活动节123的活动外壳124圆周上均匀安装有多个切槽齿，实施例附图中的每个活动外壳124上设有4个切槽齿125，六个活动节上的4个切槽齿125 分布在相同的位置，并在地下空间回廊式施工装置掘进过程中，切槽齿125沿着掘进通道内壁切削四条灌浆槽。
36.实施例1中的灌浆机构103，如图11所示，包括灌浆外壳129、置于灌浆外壳129内部的泥浆储存桶133和沿着灌浆外壳129圆周方向分布的四个灌浆组件134，灌浆组件134与泥浆储存桶133连通，且多个灌浆组件134分布的位置与每个活动节123圆周方向的切槽齿125位置对应，并在地下空间回廊式施工装置掘进过程中，通过灌浆组件134在对应的灌浆槽内灌浆加固。如图13所示，所述灌浆组件134包括出料管135、活动板136和液压油缸140，在灌浆外壳129对应安装灌浆组件134的位置设有凹槽，所述活动板136通过转轴137 安装在凹槽内，所述出料管135一端与泥浆储存桶133内部连通，另一端固定安装在活动板136上，其出料口朝向切槽齿125切出的灌浆槽；所述液压油缸 140固定安装在灌浆外壳129上，其活塞端通过铰链座138与活动板136连接，并通过液压油缸140控制活动板136沿着转轴137转动改变出料管135的角度。出料管135用于将泥浆储存桶133内的泥浆灌注到灌浆槽中，实现廊道的加固，使用过程中，通过调整液压油缸140活动端的收缩实现出料管135角度的调整，进而实现灌浆角度的调整。
37.实施例1中的推进机构104如图11所示，包括与灌浆外壳129连接的推进外壳130和分布在推进外壳130外端的多个固定爪131，每个固定爪131部分伸入推进外壳130内，其中部转动安装在推进外壳130上，固定爪131位于推进外壳130内部的一端通过弹簧132与推进外壳内壁连接。使用过程中，在外力的作用下推动推进机构104，固定爪131的末端在廊道内壁滑动，当掘进机构 101遇到硬物时，该地下空间回廊式施工装置会产生向后运动的趋势，此时固定爪131的末端会卡在廊道内壁，此时弹簧132处于被拉伸的状态，以此来防止该地下空间回廊式施工装置后退，推进机构104为该地下空间回廊式施工装置提供前进的推力。
38.本实用新型实施例1中的地下空间回廊式施工装置，如图1和图2所示，所述掘进机构的圆筒状壳体108、灌浆外壳129、推进外壳130和活动节的活动外壳124直径相匹配。本实用新型中的地下空间回廊式施工装置的工作原理如下：在使用时，首先将该地下空间回廊式施工装置安装在外部动力源上，外部动力源推动该地下空间回廊式施工装置前进，同时启动掘进电机115，掘进电机 115通过驱动齿轮116驱动内切割盘106转动，内切割盘106通过中间齿轮121 驱动外切割盘107与内切割盘106反向转动，内切割盘106和外切割盘107通过切削齿105进行对泥土进行切削钻进，切削产生的泥土进入到转筒112中，在螺旋传动杆119的转动作用下将泥土排出掘进机构101，当需要转弯时，启动转向电机126，改变掘进机
构101与回转机构102之间的角度，进而改变掘进的路线，实现弯曲廊道的加工，在前进过程中，活动外壳124上的切槽齿125会对廊道滑出灌浆槽，灌浆机构103中的活动板136会根据使用需求调整出料管 135出浆角度，对灌浆槽进行灌浆，实现廊道的加固，前进过程中固定爪131的末端在廊道内壁上滑动，当遭遇硬物，该地下空间回廊式施工装置产生后退运动趋势时，固定爪131末端插入廊道，在弹簧132的作用下形成自锁，为该地下空间回廊式施工装置提供前进推力。
39.实施例2提供的是一种利用实施例1中所述的地下空间回廊式施工装置进行地下空间回廊施工的方法，包括以下步骤：
40.步骤一：将该地下空间回廊式施工装置安装在外部动力源上，启动掘进电机115，掘进电机115通过驱动齿轮116驱动转筒112转动，转筒112带动内切割盘106转动，内切割盘106通过第二齿圈120、中间齿轮121和第三齿圈122 驱动外切割盘107转动，此时内切割盘106和外切割盘107的转动方向相反，通过内切割盘106和外切割盘107上设置的切削齿105实现对土壤的切削；
41.步骤二：在对弯曲的廊道进行加工时，此时外部动力源对推进机构104持续提供前进动力，启动转向电机126，改变掘进机构101与回转机构102之间的角度，实现转弯；
42.步骤三：在该地下空间回廊式施工装置对廊道进行施工时，回转机构102 上的切槽齿125会对廊道内壁切削出灌浆槽，灌浆机构103中的出料管135与灌浆槽的位置相对应，在液压油缸140的作用下调整出料管135的角度，通过出料管135将泥浆储存桶133中的泥浆灌注到灌浆槽中，实现廊道的加固；
43.步骤四：推进机构104设置在该地下空间回廊式施工装置运行方向的后方，在装置向前运行时，弹簧132被压缩，固定爪131在廊道内滑动，当施工过程遭遇硬物时，固定爪131卡在廊道内部，此时弹簧132被拉伸，固定爪131用于抵抗该地下空间回廊式施工装置向后运动的趋势，持续提供向前的推力，实现高效施工。
44.以上所述，只是本实用新型的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。