一种盲区处理装置及掘进机的制作方法

1.本实用新型涉及掘进机领域，特别涉及一种盲区处理装置及掘进机。


背景技术：

2.圆形断面隧道一般是采用具有圆形刀盘的掘进机即可开挖整个断面，刀盘绕中心轴旋转开挖扫过的面积即是圆形隧道横截面，而针对矩形断面、马蹄形断面或者其他异形断面(非圆形断面)隧道，常常采用具有多个圆形刀盘的掘进机开挖隧道断面。由于多刀盘开挖扫过的面积往往不能覆盖整个隧道断面，多刀盘开挖无法覆盖的区域便是刀盘开挖盲区，开挖盲区对于掘进机的推进速度影响较大，进而造成掘进机的开挖效率低的问题。
3.为了提高开挖效率，授权公告号为cn208441833u的中国实用新型专利公开了一种用于隧道掘进机开挖盲区的可伸缩高压喷水装置，包括与盾体隔板连接的筋板，筋板与注水管附属组合件连接，注水管附属组合件一端穿过盾体隔板、另一端与密封组合件连接，喷管组合件依次穿过密封组合件和注水管附属组合件，喷管组合件前端在盾体隔板前方、后端与油缸连接，油缸后端与后座板连接，后座板与注水管附属组合件通过拉杆连接，油缸中部设有支撑板，拉杆穿过支撑板、并与支撑板连接。高压喷水装置能够破坏切削盲区形成的大土块和搅拌盲区形成的固结土拱，从而改善开挖盲区和搅拌盲区渣土的流动性，提高渣土的排出效率。
4.申请公布号为cn107091099a的中国发明专利公开了一种用于非圆断面隧道掘进施工的射流辅助盾构机，在前盾端面上设有射流组件，射流组件与刀盘错开布置，使得射流组件可用于切割刀盘无法切削区域的断面土层，从而实现非圆断面隧道掘进中土体的有效开挖；采用射流组件可有效切割和冲刷岩土，实现对所有粘附、板结软土的有效清除，其盾构机掘进安全性高，且在不改变结构尺寸的情况下，通过调整射流组件的压力、流量、角度、转速等参数可解决不同硬度、成分、粘度土体的破碎剥离，其可适用于各类断面形状土体的切割与破碎，通用性强，避免了采用机械清根装置通用性差，结构复杂的问题；同时，采用射流组件推进功耗低，且简化了盾构机结构。
5.上述两种方案是采用高压喷水方式对刀盘和土仓的承压隔板上的板结土体进行冲洗，破坏盲区区域进入土仓内的大块土体，对掌子面浅层围岩具有一定的冲切作用。该类方法主要处理土仓内土块，对掘进前方岩土体的作用几近于无，对深层岩土体强度无削弱，同时，层层冲洗剥离工效很低，不适于大方量岩土体处理工作。
6.申请公布号为cn111720136a的中国发明专利公开了一种矩形顶管机开挖盲区的处理方法，在矩形顶管机施工前，先根据矩形顶管机的刀盘布局图预先确定待开挖面上开挖盲区的位置，并在开挖盲区进行钻孔，可以有效预防、破碎开挖盲区的土体，为矩形顶管机后续施工打好基础。通过预先钻孔破坏开挖盲区上的土体，可以提高土体的流动性，钻孔作业结束后，再进行矩形顶管机的施工，此时，矩形顶管机只需对开挖盲区的土体进行轻微扰动即可使其脱落，避免了开挖盲区的土体对矩形顶管机的施工造成干扰，减小矩形顶管机的掘进阻力，有效降低了刀盘的负担，让矩形顶管机施工更加顺利。此外，预先破坏开挖
盲区上的土体，还可以防止矩形顶管机的机头姿态发生偏移，使得矩形顶管机施工后的掘进轨迹更加精确。水平钻机可在始发和/或接收硐室的开挖盲区进行钻孔，不具备条件时，利用矩形顶管机回退功能，在掘进前端硐室内进行超前钻孔。
7.申请公布号为cn112647955a的中国发明专利公开了一种开挖盲区预处理方法及隧道掘进施工方法，在开挖盲区内的基岩或桩基贯穿整个隧道掘进机的掘进路径时，贯穿整个隧道掘进机的掘进路径是指间断或连续分布在整个掘进路径上，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩或桩基所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到顶管机打通整个隧道掘进机的掘进路径；取出顶管机主机，将顶管机打出的孔洞的前端以及顶管机的靠近前端的管节进行封堵，以形成封闭空间，然后向该封闭空间中注入回填介质，并在回填介质的反推作用下将各管节从孔洞中顶出，随之完成孔洞回填。在进行打压回填的过程中同步实现各管节的回退取出，不仅能够保证回填时能够填实，而且各管节的取出更加方便。
8.上述两种方案是采用在掘进机掘进前对盲区的岩土体进行预处理的方法，需要先在盲区的岩土体上钻出许多钻孔，以降低盲区岩土体的强度，然后再使用顶管机或者掘进机进行掘进，盲区的岩土体在顶管机或者掘进机的扰动下脱落。这两种方案能够削弱深层岩土强度，一定程度上能够提高开挖效率，但是均需要掘进前在盲区的岩土体上钻出许多钻孔，钻孔数量较多，预处理周期长，开挖效率仍然较低。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于提供一种盲区处理装置，用以解决掘进机在开挖非圆形断面隧道时盲区岩土体不易处理导致开挖效率较低的问题。本实用新型还提供了包括上述盲区处理装置的掘进机。
10.本实用新型的盲区处理装置的技术方案是：
11.盲区处理装置包括前后延伸的钻杆和驱动钻杆旋转的钻杆驱动装置，钻杆前端具有钻头，钻杆上设置有喷射孔和与喷射孔连通的前后延伸的供流通道，喷射孔用于向钻孔的孔壁喷射流体破裂孔壁；盲区处理装置还包括供压装置、钻杆移动座和移动座驱动机构，供压装置用于向供流通道提供流体以使喷射孔喷射流体，钻杆移动座用于前后活动配置在掘进机内，钻杆和钻杆驱动装置设置在钻杆移动座上，移动座驱动机构用于驱动钻杆移动座前后移动，以带动钻杆前后移动。
12.有益效果：本实用新型的盲区处理装置的钻杆与钻头在盲区的岩土体上钻孔时，通过钻杆上的喷射孔向孔壁喷射流体破裂孔壁，在钻头与流体的双重作用下，能够实现对盲区岩土体的大范围的破裂，然后掘进机刀盘挤压切削非盲区内的岩土体，同时对盲区内已损伤破裂的岩土体进行轻微扰动，便可使盲区的岩土体脱落。使用本实用新型的盲区处理装置时不需要在盲区的岩土体上钻出大量的钻孔，并且在钻头与流体的双重作用下，能够实现对盲区岩土体的大范围的破裂，提高了对盲区岩土体的处理效率，进而提升了掘进机在开挖非圆形断面隧道时的开挖效率。
13.进一步地，盲区处理装置还包括导轨，钻杆移动座前后导向移动配置在导轨上。
14.有益效果：采用导轨与钻杆移动座的配合实现钻杆移动座的前后移动，结构简单，装配方便。
15.进一步地，盲区处理装置还包括铰接座，铰接座用于铰接在土仓的承压隔板上，铰接座固定连接有导轨，钻杆移动座导向装配在导轨上，导轨上连接有导轨驱动机构，导轨驱动机构驱动导轨摆动。
16.有益效果：采用这种结构设置使得导轨能够摆动，进而使得钻杆能够摆动，通过调节钻杆摆动的角度使得钻杆可以向多个方向钻孔，能够提升盲区处理装置对盲区的处理效率。
17.进一步地，所述导轨驱动机构为驱动缸。
18.有益效果：驱动缸的结构简单，便于安装。
19.进一步地，钻头上设置有与供流通道连通的喷射清洗孔。
20.有益效果：喷射清洗孔能够向钻孔的孔壁喷射流体破裂孔壁，进一步提升盲区处理装置的对盲区的处理效率。此外，喷射清洗孔喷射的流体也能够起到清洗钻头的作用，以避免钻头上沾满泥土进而影响钻孔效率。
21.本实用新型的掘进机的技术方案是：
22.掘进机包括刀盘和处于刀盘后侧的土仓，土仓后侧具有承压隔板，掘进机还包括盲区处理装置，盲区处理装置包括前后延伸的钻杆和驱动钻杆旋转的钻杆驱动装置，钻杆前端具有钻头，钻杆上设置有喷射孔和与喷射孔连通的前后延伸的供流通道，喷射孔用于向钻孔的孔壁喷射流体破裂孔壁；盲区处理装置还包括供压装置、钻杆移动座和移动座驱动机构，供压装置用于向供流通道提供流体以使喷射孔喷射流体，钻杆移动座用于前后活动配置在掘进机内，钻杆和钻杆驱动装置设置在钻杆移动座上，移动座驱动机构用于驱动钻杆移动座前后移动，以带动钻杆前后移动。
23.有益效果：本实用新型掘进机的盲区处理装置的钻杆与钻头在盲区的岩土体上钻孔时，通过钻杆上的喷射孔向孔壁喷射流体破裂孔壁，在钻头与流体的双重作用下，能够实现对盲区岩土体的大范围的破裂，然后掘进机刀盘挤压切削非盲区内的岩土体，同时对盲区内已损伤破裂的岩土体进行轻微扰动，便可使盲区的岩土体脱落。使用盲区处理装置时不需要在盲区的岩土体上钻出大量的钻孔，并且在钻头与流体的双重作用下，能够实现对盲区岩土体的大范围的破裂，提高了对盲区岩土体的处理效率，进而提升了掘进机在开挖非圆形断面隧道时的开挖效率。
24.进一步地，盲区处理装置还包括导轨，钻杆移动座前后导向移动配置在导轨上。
25.有益效果：采用导轨与钻杆移动座的配合实现钻杆移动座的前后移动，结构简单，装配方便。
26.进一步地，盲区处理装置还包括铰接座，铰接座用于铰接在土仓的承压隔板上，铰接座固定连接有导轨，钻杆移动座导向装配在导轨上，导轨上连接有导轨驱动机构，导轨驱动机构驱动导轨摆动。
27.有益效果：采用这种结构设置使得导轨能够摆动，进而使得钻杆能够摆动，通过调节钻杆摆动的角度使得钻杆可以向多个方向钻孔，能够提升盲区处理装置对盲区的处理效率。
28.进一步地，所述导轨驱动机构为驱动缸。
29.有益效果：驱动缸的结构简单，便于安装。
30.进一步地，钻头上设置有与供流通道连通的喷射清洗孔。
31.有益效果：喷射清洗孔能够向钻孔的孔壁喷射流体破裂孔壁，进一步提升盲区处理装置的对盲区的处理效率。此外，喷射清洗孔喷射的流体也能够起到清洗钻头的作用，以避免钻头上沾满泥土进而影响钻孔效率。
附图说明
32.图1是本实用新型的掘进机实施例1中的掘进机安装完毕后的正面布置图；
33.图2是本实用新型的掘进机实施例1中的掘进机安装完毕后的侧面剖视图；
34.图3是本实用新型的掘进机实施例1中的掘进机正常钻进时的侧面剖视图；
35.图4是本实用新型的掘进机实施例1中的钻杆向前钻进一进尺距离时掘进机的侧面剖视图；
36.图5是本实用新型的掘进机实施例1中的高压水喷射破裂岩土体时掘进机的侧面剖视图；
37.图6是本实用新型的掘进机实施例1中钻杆钻进一进尺后缩回时的掘进机的侧面剖视图；
38.图7是本实用新型的掘进机实施例1中钻杆与钻头的局部放大图；
39.图8是本实用新型的掘进机实施例1中使用加长型钻杆时掘进机的侧面剖视图；
40.图9是本实用新型的掘进机实施例2中的掘进机侧面剖视图；
41.图10是本实用新型的掘进机实施例5中的盲区处理装置的布置图。
42.附图标记说明：1、刀盘；101、前置刀盘；102、后置刀盘；2、主驱动装置；3、土仓；4、承压隔板；5、盲区处理装置；6、钻杆；7、钻杆驱动装置；8、钻头；9、钻杆移动座；10、导轨；11、岩土体；12、喷射孔；13、供压装置；14、高压水管；15、供压装置移动座；16、喷射清洗孔；17、铰接座；18、驱动缸。
具体实施方式
43.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
44.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
45.需要说明的是，本实用新型的具体实施方式中，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，
可能出现的语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
46.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语如“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，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，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
48.以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
49.本实用新型中所提供的掘进机的实施例1：
50.如图1至图7所示，掘进机包括机架和设置在机架上的刀盘1和驱动刀盘1进行切削运动的主驱动装置2，在刀盘1的后侧设置有土仓3和承压隔板4。在掘进机对非圆形断面(例如矩形、马蹄形或其他异形断面)隧道进行开挖时，掘进机还包括盲区处理装置5，盲区处理装置5用于处理刀盘1的开挖盲区。
51.在本实施例中，掘进机的刀盘1设置有八个且为分层设置，其中四个在前的刀盘1为前置刀盘101，四个在后的刀盘1为后置刀盘102。
52.需要说明的是，盲区处理装置5的数量和位置需要根据刀盘1的布置方案决定。在本实施例中，盲区处理装置5共设置有十二个，其中五个布置在刀盘1的上部，两个布置在刀盘1的中部，五个布置在刀盘1的下部。
53.盲区处理装置5包括前后延伸的钻杆6、钻杆驱动装置7，钻杆6穿过承压隔板4，钻杆6的前端具有钻头8，钻杆6旋转装配在钻杆驱动装置7上，钻杆驱动装置7用于驱动钻杆6和钻头8旋转，旋转的钻头8能够在盲区的岩土体11钻出钻孔。在本实施例中，钻杆驱动装置7为驱动钻杆6旋转的电机。
54.盲区处理装置5还包括钻杆移动座9、固定在机架上的导轨10和驱动钻杆移动座9前后移动的移动座驱动机构(图中未显示)。具体地，钻杆驱动装置7设置在钻杆移动座9上，钻杆移动座9前后移动配置在导轨10上，在移动座驱动机构的驱动下钻杆移动座9在导轨10上前后移动，进而带动钻杆6和钻头8前后移动，并且钻杆6和钻头8在钻杆驱动装置7的驱动下能够旋转，旋转的钻头8能够在盲区的岩土体11上钻出一定深度的钻孔。在本实施例中，移动座驱动机构为与钻杆移动9相连的气缸，气缸的活塞杆伸缩时能够带动钻杆移动座9沿导轨10前后移动，进而带动钻杆6前后移动。在其他实施例中，移动座驱动机构也可以为液压油缸或者丝杠螺母机构。
55.更为具体地，钻杆6前端设有喷射孔12，喷射孔12环绕钻杆6设有多个，并且钻杆6具有与喷射孔12连通前后延伸的供流通道，喷射孔12用于向钻孔的孔壁喷射流体破裂孔壁，在本实施例中，喷射孔12为沿钻杆6径向喷射流体的喷射孔12，使喷射出的流体径向切削钻孔孔壁，加深盲区岩土体11的损伤破裂范围。在旋转的钻头8与喷射孔12喷射的流体共同耦合作用下，实现对盲区的岩土体11大范围的破裂，进而提升了盲区处理装置5对盲区的
岩土体11的的处理效率。
56.盲区处理装置5还包括供压装置13和与供压装置13连通的高压水管14，供压装置13用于向供流通道提供流体以使喷射孔12喷射流体。具体地，供压装置13的前端与钻杆6的后端相连，并且供压装置13与钻杆6的供流通道连通，也不会限制钻杆6旋转的自由度，供压装置13的后端设有阀门，阀门与高压水管14相连，流体经过高压水管14、供压装置13、供流通道并最终从喷射孔12中喷射而出。特别地，供压装置13具有密封保压功能。供压装置13包括高压水泵，高压水泵向钻杆6的供流通道提供高压水，高压水泵与钻杆6通过旋转连接器连接，不影响钻杆6旋转的自由度。
57.在本实施例中，流体为高压水，在其他实施例中，流体可以为压缩气体、化学浆液等纯流体介质，还可以是为增强破岩效果添加有二氧化硅或石榴石等颗粒材质的流体介质。
58.在供压装置13底部设置有供压装置移动座15，供压装置移动座15前后移动配置在导轨10上，钻杆6前后移动时能够带动供压装置13同步前后移动。在其他实施例中，钻杆驱动装置和供压装置也可以共用同一个移动座。
59.为了进一步提升盲区处理装置5的对于盲区的岩土体11的处理效率，钻头8上设有多个喷射清洗孔16，喷射清洗孔16与供流通道相连，喷射清洗孔16能够向钻孔的孔壁喷射高压水破裂孔壁。喷射清洗孔16喷射的高压水也能够起到清洗钻头8的作用，以避免钻头8上沾满泥土进而影响钻孔效率。此外，高压水也能够对钻头8进行降温，避免钻头8过热损坏。
60.需要说明的是，盲区处理装置5可以根据不同的地层条件调节流体压力和流体的类型。盲区处理装置5也可以采用如图8所示的加长型钻杆，使用此种类型的钻杆6能够进一步提升盲区处理装置5对盲区的岩土体11处理效率。
61.本实用新型的掘进机的设计安装方式是：先根据掘进机刀盘1的布置方案，确定待开挖盲区的大小、数量及位置，在掘进机的承压隔板4相应位置上预留盲区处理装置5的安装孔，再将各盲区处理装置5分别安装承压隔板4相应的位置，接通相应的管线，在掘进机工作前进行调试。
62.掘进机工作时步骤如下：
63.1)开启盲区处理装置5，钻杆驱动装置7和钻杆移动座9带动钻杆6旋进，在钻头8切削挤压以及高压水冲切共同耦合作用下，钻孔前端的岩土体11损伤、破裂、脱落。钻杆6需向前运动至预定位置，预定位置即钻杆6需要向前运动一进尺的距离(一进尺的长度通常大于单环管片的环宽)。
64.2)加大水压，钻杆6旋转并周期性的进行前进和后退，钻杆6每次前进时都需运动至预定位置处，通过钻杆6前端设置的多个喷射孔12和喷射清洗孔16，对钻孔的孔壁径向喷射高压水，实现对盲区内的岩土体11大范围损伤破裂。
65.3)掘进机向前推进一环管片距离，掘进机的刀盘1挤压切削非盲区内的岩土体11，同时对盲区内已损伤破裂的岩土体11进行轻微扰动，使其脱落。
66.步骤六：重复1)至3)，直至盲区内岩土体11处理完毕。
67.需要说明的是，钻杆6可在安装管片过程中开展钻进和旋喷切削作业，也可以在掘进机推进过程中同步或先行回缩，不影响掘进施工速度，对盲区岩土体11处理效率高。
68.本实用新型的掘进机的实施例2，与实施例1不同的是，如图9所示，盲区处理装置5还包括铰接座17，铰接座17铰接在承压隔板4上，铰接座17能够在承压隔板4上转动，铰接座17上设有钻杆穿孔，钻杆穿孔供钻杆6穿过。导轨10的前端与铰接座17固定连接，导轨10的后端连接有导轨驱动机构，导轨驱动机构驱动导轨10摆动。在本实施例中，导轨驱动机构为驱动缸18，具体为驱动油缸，驱动缸18的活塞杆与导轨10的后端铰接，驱动缸18的缸体与机架铰接，驱动缸18的活塞杆伸缩时，能够带动带导轨10摆动，进而带动钻杆6摆动。钻杆6能够摆动的设置，使得能够调整钻杆6的角度，可以在盲区的岩土体11上钻出多个钻孔，进而可以增大盲区处理装置5的处理效率，增加了盲区处理装置5的灵活性。在其他实施例中，驱动油缸可以替换为驱动气缸、螺母丝杆机构、直线电机等。
69.本实用新型的掘进机的实施例3，与实施例1不同的是，钻杆移动座和供压装置移动座的底部设置有滚轮，钻杆移动座和供压装置移动座通过滚轮实现前后移动。
70.本实用新型的掘进机的实施例4，与实施例1不同的是，钻头上不设置喷射清洗孔，盲区处理装置仅通过钻杆上的喷射孔向钻孔的孔壁喷射流体破裂孔壁。
71.本实用新型的掘进机的实施例5，与实施例1不同的是，盲区处理装置5的布置方式采用如图10所示，在承压隔板4上对应于各盲区处均设置有三个盲区处理装置5，以进一步提高掘进机开挖时的开挖效率。或者在其他实施例中，在承压隔板上对应于各盲区处均可以设置有两个、四个五个或者更多的盲区处理装置。
72.本实用新型的盲区处理装置的具体实施例，盲区处理装置的结构与上文掘进机的任一实施例中的盲区处理装置的结构相同，此处不再赘述。
73.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。