多功能隧道掘进机介绍

多功能隧道掘进机介绍

吕相能

徐州徐工基础工程机械有限公司  江苏省徐州市

摘要：隧道掘进机越来越广泛用于隧道掘进，如何快速高效完成巷道施工建设，是发展的趋势。传统的隧道掘进机，只能解决隧道施工中的掘进流程，影响施工进度。

关键词：隧道；悬臂式；掘进机；多功能；

一、研发多功能隧道掘进机的必要性

目前，国家大力发展铁路、公路、地铁修建，快速高效完成巷道施工建设，是发展的趋势。隧道施工工序复杂，大体流程有入场、掘进、出渣、立拱架、喷浆、锚杆、支护等。隧道施工主要有爆破法、盾构法、掘进法。爆破法危险性高、环境破坏严重、炸药管控严格；盾构法工序复杂、购机成本高、断面适应性差；掘进法即用隧道掘进机施工。隧道掘进机是集切割、装运、行走、除尘、卷缆为一体的掘进设备，通过切割机构的上、下、左、右摆动破岩，可实现不同形状的隧道断面成型。掘进法安全环保、掘进高效、断面成型好、围岩扰动小、有效控制超欠挖、转运方便、需求人员少。目前隧道施工以爆破法为主，但使用掘进法施工越来越多，将逐渐取代爆破法。传统的隧道掘进机，只能解决隧道施工中的掘进流程，严重影响工期进度。依据隧道施工的流程，在传统掘进机上增加各种功能，降低人员劳动强度，提升施工效率，是目前亟待解决的问题。

二、悬臂是隧道掘进机多功能探究

依据隧道施工工序，再结合掘进机的特点，考虑在传统掘进机上增加超前探孔功能、超前支护功能、挂网片功能、立拱架功能，打锚杆功能。通过将这些功能集成到掘进机上，使隧道掘进机能参与更多施工流程，掘进完后不再退车，避免错车，减少施工设备，同时，减少人工和降低劳动强度，提升隧道施工效率。

三、多功能隧道掘进机总体结构

如下图所示：在传统掘进机上增加锚钻机构（含站立平台）、拱架起吊机构、滑移机构、拱架夹持机构。锚钻机构布置在掘进机两侧，用于超前探孔、超前支护、打锚杆及巷道支护；拱架起吊机构布置在掘进机后方，用于吊起掘进机后方的拱架，转运给拱架夹持机构；滑移机构布置在掘进机上方，用于实现拱架夹持机构的前后移动；拱架夹持机构布置在滑移机构上，用于夹持拱架并将拱架移动到合适位置。

四、多功能隧道掘进机部件介绍

多功能隧道掘进机主要由切割机构、铲板总成、第一运输机、本体总成、行走机构、后支承、液压系统、电气系统、锚钻机构、拱架起吊机构、滑移机构、拱架夹持机构等部件组成。这里主要介绍锚钻机构、拱架起吊机构、滑移机构、拱架夹持机构。

4.1 锚钻机构

锚钻机构主要由底座、滑座、减速机、钻臂、操纵台、站立平台、油缸、锚杆钻机等组成。底座连接在本体侧面、行走机构上方。通过滑座，锚钻机构可整体从后滑到前方；通过钻臂和油缸使锚杆钻机到达合适的位置。通过液压马达驱动钻机旋转实现钻孔。锚杆钻机可实现多角度调节，从而达到全巷道断面锚杆施工。当锚杆钻机水平向前时，可实现超前探孔施工，提前探测瓦斯、水体、断层等情况。当锚杆钻机斜向上时，可实现超前支护（超前小导管）施工。锚钻机构上有站立平台，人员站在上面，托住网片，升起钻臂，即可实现支护网片安装。

4.2 拱架起吊机构

拱架起吊机构主要由连接座、回转油缸、升降油缸、滑轮、钢丝绳、吊臂、挂钩等组成。连接座安装在掘进机后支承上。回转油缸及升降油缸可将吊臂摆动到合适位置。挂钩用于钩住拱架。滑轮和钢丝绳可将拱架提升。

4.3滑移机构

滑移机构主要由滑座、齿条、减速机、连接座等组成。连接座安装在本体上方，滑座与拱架夹持机构连接。减速机带动滑座沿齿条前后移动，实现拱架夹持机构前后移动。

4.4拱架夹持机构

拱架夹持机构由三个机械手臂组成，机械手臂由夹持器、油缸、伸缩臂、固定臂等组成。中间机械手用于夹持顶部拱架，侧面两个机械手用于夹持侧面拱架。机械手可以伸缩、夹持器可旋转。三个机械手，通过伸缩及旋转，将三匹拱架拼成一个拱型，然后再通过锚钻机构打锚杆固定。

五、多功能隧道掘进机施工流程

采用多功能隧道掘进机施工，基本施工流程为：超前探测（如有需要）—开挖—出渣—立拱架—打锁脚锚杆—挂网片——打永固锚杆—喷浆—超前小导管（如有需要）。下面依次对各施工流程做简单说明。

（1）超前钻探：锚杆钻机朝前，顶在掌子面上，进行钻孔作业，取出岩芯用于分析。（2）开挖：利用掘进机切割头的旋转和推进实现岩石破碎。上、下、左、右摆动切割机构，实现圆形、拱型等不同形状的断面切割。（3）出渣：切割下来的岩石等物料落在铲板上，通过铲板上的星轮铲到运输槽里面，再通过第一运输机的刮板链将物料运输掘进机后方，落在运渣车上，通过运渣车运走。（4）立拱架：立拱架分为三步，即吊拱架，夹持拱架，移动拱架。先用拱架起吊机构把掘进机后方的拱架吊起并转到夹持机构周围。用中间夹持器夹顶部拱架，侧面夹持器夹侧面的拱架，然后通过滑移机构移动到掘进机前方。旋转及伸缩夹持器，调整三匹拱架的位置，使他们对齐后拼成一个完整的拱型架。

（5）打锁脚锚杆：操作锚杆钻机，在侧面拱架侧边打锚杆，将侧面锚杆固定住。（6）挂网片：站在锚钻机构的站立平台上，将网片托住，然后使钻臂升起到合适位置后将网片挂到拱架上。（7）打系统锚杆：调整钻机角度及位置，按照预定的位置打锚杆，实现拱架永久紧固。（8）超前小导管：调整钻机角度，使钻机朝上，然后沿预定位置打入多根锚杆，实现巷道超前支护。

结语

多功能隧道掘进机，将传统掘进机单一的掘进功能增加了打锚杆、支护、钻探、挂网、立拱架等功能，能实现隧道施工的多个流程，不仅降低了人员的劳动强度，减少了施工设备，提升了人员的安全性，还提升了隧道施工的效率，值得大力推广。

参考文献

[1]张忠海.悬臂式隧道硬岩掘进机截割机构设计理论及试验研究[D].中国矿业大学,2022.
[2]曹强,朱彦秋,王鹏鹏,杨振波.悬臂式隧道掘进机五位一体定位智能掘进技术[J].工程机械,2022,53(03):1-4.