模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置，装置包括操作平台、多功能旋转掘进系统、精准动力推进系统、信息采集及处理系统、数显控制箱和浆液泵送装置等，多功能旋转掘进系统内包含多个独立的操作通道，可实现对隧道施工过程的多功能模拟，包括钻孔、注浆、实时监测下的分部开挖，精准动力推进系统在数显控制箱的操作下，可通过液压监测和预设推进距离来实现对多功能旋转掘进系统的精细化控制。本实用新型专利技术能较好的模拟隧道分部开挖步骤，从钻孔、注浆、到不同的分部开挖工法、支护、以及试验的后续数据处理分析，操作试验方法易行、可靠性高，自动化、智能化程度高。

【技术实现步骤摘要】
模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置
本技术涉及隧道工程地质灾害模型试验技术，具体涉及一种模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置及方法。
技术介绍
随着交通建设的蓬勃发展，我国已成为世界上隧道修建规模与难度最大的国家，其中有大量地质条件极其复杂的隧道工程正在建设或已被提上日程。大量的软岩隧道、黄土隧道及其他围岩质量较差的隧道需要进行分部开挖。在相似理论的指导下，模型试验能较好的还原实际的工程情况，因此，对于在建隧道进行模型试验来研究技术难题变得越来越有意义。目前，对于隧道模型试验的开挖主要以人工手动开挖和使用普通掘进机械装置进行全断面开挖，无法还原实际隧道施工过程中的施工方法。因此，亟需研发一个能最大程度模拟实际隧道分部开挖的多功能智能掘进装置。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种结构简单、自动化程度高、操作方便的模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置。技术方案：为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置，包括操作平台、浆液泵送系统、多功能旋转掘进系统、精准动力推进系统和信息采集及处理系统；其中：所述操作平台包括操作平台板，操作平台板的一侧设有用于组成浆液泵送系统的浆液池和泵送装置，泵送装置上方设有用以向浆液池内注浆的导浆喷头；所述多功能旋转掘进系统包括多功能旋转掘进桶、支撑轴和可升降装置，多功能旋转掘进桶安装于操作平台板上，操作平台板的底部安装用于调节位置的可升降装置，多功能旋转掘进桶内部设置一组相互独立的用于实施钻孔、注浆或开挖工作的操作通道，支撑轴安装在多功能旋转掘进桶内且支撑轴与各个操作通道之间的位置可调；所述的精准动力推进系统包括螺旋推进杆、传动轴、设置于操作平台板上的半圆形凹槽轨道、发动机和变速箱，发动机和变速箱滑动安装于半圆形凹槽轨道内，传动轴的一端连接螺旋推进杆、另一端连接变速箱，变速箱表面设置有一组与传动轴尺寸吻合的圆孔，圆孔排列成预设形状用以匹配多功能旋转掘进桶内的不同掘进通道、实现对隧道进行不同工法的精准分部开挖或全断面开挖，螺旋推进杆的一端连接传动轴、另一端连接独立的操作通道；所述信息采集及处理系统包括用以对整个装置进行智能控制的数显控制箱、用于采集钻孔、注浆或开挖工作过程中的参数信息的检测装置、用于数据处理、分析和显示的电脑，数显控制箱和电脑之间通信连接。作为优选，所述操作通道包括用于对隧道进行不同工法的精准分部开挖或全断面开挖的交叉中隔壁法掘进通道、中隔壁法与三台阶法结合掘进通道、三台阶七步法掘进通道、双侧壁导坑法掘进通道和用于钻孔和注浆的钻孔与注浆通道；所述检测装置包括设置于操作平台板上的数字照相装置、微型摄像头、液压传感器，数字照相装置用于采集隧道开挖断面的图像数据；所述交叉中隔壁法掘进通道、中隔壁法与三台阶法结合掘进通道、三台阶七步法掘进通道和双侧壁导坑法掘进通道内均设有隔壁支护板和由隔壁支护板隔开的独立掘进单元，钻孔与注浆通道内包含一个交叉中隔壁支护板和四个独立的钻孔与注浆推进单元，各个独立掘进单元和各个钻孔与注浆推进单元的的后端均设有预留圆孔，螺旋推进杆的另一端通过预留圆孔连接相应的独立掘进单元或钻孔与注浆推进单元；所述独立掘进单元的前端设置掘进刀具，掘进刀具上设有微型摄像头，用以在掘进过程中实时监测；所述掘进刀具沿竖直方向布置若干可旋转式的圆柱形钢轴，圆柱形钢轴前后设有薄钢板所制成的刀片，掘进刀具沿水平方向等间距布置钢丝；所述钻孔与注浆推进单元的前端设置钻孔钢轴或注浆导管，钻孔与注浆推进单元内部设置输浆管，输浆管配有液压传感器，用以监测注浆压力，钻孔工作时安装钻孔钢轴，钻孔工作结束后，将钻孔钢轴换为注浆导管，输浆管与导浆喷头之间通过设置橡胶软管连接，形成完整的注浆通道。作为优选，所述钻孔钢轴前端为圆锥体、末端设有弹簧补偿器，用以实现钻孔钢轴角度的改变，注浆导管前端为空心椎体、表面设有透浆圆孔。作为优选，所述交叉中隔壁法掘进通道内的隔壁支护板为由一个四向连接钢构件和四块连接四向连接钢构件的薄钢板组成的可拆卸式交叉中隔壁支护板，薄钢板一端连接四向连接钢构件、另一端嵌入交叉中隔壁法掘进通道。作为优选，所述中隔壁法与三台阶法结合掘进通道内的隔壁支护板主要由两个四向连接钢构件和七块薄钢板组成；三台阶七步法掘进通道内的隔壁支护板主要由四个四向连接钢构件和十块薄钢板组成；双侧壁导坑法掘进通道内的隔壁支护板主要由两个三向连接钢构件、四块曲面型薄钢板和一块平面薄钢板组成。作为优选，所述传动轴的表面设有外螺纹，螺旋推进杆的表面设有刻度、内部设有与外螺纹相吻合的内螺纹，螺旋推进杆的前端设有弹簧按钮和伸缩弹簧键，按下弹簧按钮，伸缩弹簧键缩回杆内，螺旋推进杆插入预留圆孔内，然后松开弹簧按钮，伸缩弹簧键分别位于预留圆孔的两边，螺旋推进杆被固定，用以连接独立掘进单元或钻孔与注浆推进单元。作为优选，所述支撑轴设有弹簧控制按钮和伸缩弹簧键，弹簧控制按钮用于伸缩弹簧键的开启和关闭，多功能旋转掘进桶内预留有容置支撑轴的孔道，且各个独立操作通道与孔道之间预留有与所述伸缩弹簧键适配的圆柱形凹槽。作为优选，所述发动机和变速箱下方设有可转动钢球，钢球尺寸与半圆形凹槽轨道的尺寸吻合。作为优选，所述可升降装置包括设置于操作平台板下方的底部带滚轮的可升降桌腿。本技术还公开了前述的模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置的试验方法，包括如下操作步骤：步骤A、试验前准备调整数显控制箱，将变速箱和发动机置于原位，调整可升降装置，使钻孔与注浆通道对准所要开挖的隧道断面，将配置好的浆液注入浆液池，将螺旋推进杆套上传动轴，通过橡胶软管连接导浆喷头和输浆管，根据试验需要，选择隧道断面需要注浆的部位，确定需要使用的钻孔钢轴和橡胶软管的数量，最后连接螺旋推进杆和钻孔与注浆推进单元；步骤B、钻孔和注浆完成步骤A中的准备工作后，通过数显控制箱设定好钻孔钢轴的推进距离和钻孔角度，启动发动机，推进钻孔钢轴进入隧道断面，达到预定距离后退出钻孔钢轴，换上注浆导管，再次进入岩体，到达预定位置后，开始注浆，通过数显控制箱上的显示器来观察液压传感器的数值变化，达到预设数值后，即可结束注浆；步骤C、薄钢板支护、开挖和照相完成步骤B，在岩体可以开挖后，转动多功能旋转掘进桶对准隧道开挖部位，在变速箱表面圆孔的预设位置上处安装传动轴，并且套上对应的旋转推进杆，继而连接四个独立的掘进单元，调整数显控制箱，使掘进刀具上的薄钢片垂直于隧道开挖断面，然后启动发动机，开始进行开挖，采用同时推进四个掘进单元全断面开挖、同时推进两个掘进单元进行中隔壁法或两台阶法开挖、一次推进一个掘进单元进行交叉中隔壁法开挖中的任一种方式开挖；开挖过程中通过微型摄像头和电脑来实时监测开挖进程，到达预定距离后，调整掘进刀具，使掘进刀具的钢轴旋转90度、薄钢刀片与掘进单元形成封闭，螺旋退出掘进单元，此时，打开数字照相装置，对隧道开挖断面连续采集照片并上传图像数据，用于对隧道围岩位移场和掌子面进行全程监测与分析；步骤D、重复直至完成在独立掘进单元首次掘进完成后，将掘进单元所接触的薄钢板推入隧道内，推至掘进距离，用作支护结构，每掘进一段距离后，重复步骤B、步骤C进行钻孔、注浆、薄钢板支护、开挖数字照相步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置，其特征在于：包括操作平台、浆液泵送系统、多功能旋转掘进系统、精准动力推进系统和信息采集及处理系统；其中：所述操作平台包括操作平台板(1)，操作平台板(1)的一侧设有用于组成浆液泵送系统的浆液池(12)和泵送装置(11)，泵送装置(11)上方设有用以向浆液池(12)内注浆的导浆喷头(10)；所述多功能旋转掘进系统包括多功能旋转掘进桶(3)、支撑轴(22)和可升降装置(5)，多功能旋转掘进桶(3)安装于操作平台板(1)上，操作平台板(1)的底部安装用于调节位置的可升降装置(5)，多功能旋转掘进桶(3)内部设置一组相互独立的用于实施钻孔、注浆或开挖工作的操作通道，支撑轴(22)安装在多功能旋转掘进桶(3)内且支撑轴(22)与各个操作通道之间的位置可调；所述的精准动力推进系统包括螺旋推进杆(40)、传动轴(6)、设置于操作平台板(1)上的半圆形凹槽轨道(9)、发动机(8)和变速箱(7)，发动机(8)和变速箱(7)滑动安装于半圆形凹槽轨道(9)内，传动轴(6)的一端连接螺旋推进杆(40)、另一端连接变速箱(7)，变速箱(7)表面设置有一组与传动轴(6)尺寸吻合的圆孔(60～80)，圆孔(60～80)排列成预设形状用以匹配多功能旋转掘进桶(3)内的不同掘进通道、实现对隧道进行不同工法的精准分部开挖或全断面开挖，螺旋推进杆(40)的一端连接传动轴(6)、另一端连接独立的操作通道；所述信息采集及处理系统包括用以对整个装置进行智能控制的数显控制箱(13)、用于采集钻孔、注浆或开挖工作过程中的参数信息的检测装置、用于数据处理、分析和显示的电脑(15)，数显控制箱(13)和电脑(15)之间通信连接。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置，其特征在于：包括操作平台、浆液泵送系统、多功能旋转掘进系统、精准动力推进系统和信息采集及处理系统；其中：所述操作平台包括操作平台板(1)，操作平台板(1)的一侧设有用于组成浆液泵送系统的浆液池(12)和泵送装置(11)，泵送装置(11)上方设有用以向浆液池(12)内注浆的导浆喷头(10)；所述多功能旋转掘进系统包括多功能旋转掘进桶(3)、支撑轴(22)和可升降装置(5)，多功能旋转掘进桶(3)安装于操作平台板(1)上，操作平台板(1)的底部安装用于调节位置的可升降装置(5)，多功能旋转掘进桶(3)内部设置一组相互独立的用于实施钻孔、注浆或开挖工作的操作通道，支撑轴(22)安装在多功能旋转掘进桶(3)内且支撑轴(22)与各个操作通道之间的位置可调；所述的精准动力推进系统包括螺旋推进杆(40)、传动轴(6)、设置于操作平台板(1)上的半圆形凹槽轨道(9)、发动机(8)和变速箱(7)，发动机(8)和变速箱(7)滑动安装于半圆形凹槽轨道(9)内，传动轴(6)的一端连接螺旋推进杆(40)、另一端连接变速箱(7)，变速箱(7)表面设置有一组与传动轴(6)尺寸吻合的圆孔(60～80)，圆孔(60～80)排列成预设形状用以匹配多功能旋转掘进桶(3)内的不同掘进通道、实现对隧道进行不同工法的精准分部开挖或全断面开挖，螺旋推进杆(40)的一端连接传动轴(6)、另一端连接独立的操作通道；所述信息采集及处理系统包括用以对整个装置进行智能控制的数显控制箱(13)、用于采集钻孔、注浆或开挖工作过程中的参数信息的检测装置、用于数据处理、分析和显示的电脑(15)，数显控制箱(13)和电脑(15)之间通信连接。2.根据权利要求1所述的模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置，其特征在于：所述操作通道包括用于对隧道进行不同工法的精准分部开挖或全断面开挖的交叉中隔壁法掘进通道(16)、中隔壁法与三台阶法结合掘进通道(17)、三台阶七步法掘进通道(18)、双侧壁导坑法掘进通道(20)和用于钻孔和注浆的钻孔与注浆通道(19)；所述检测装置包括设置于操作平台板(1)上的数字照相装置(14)、微型摄像头(28)、液压传感器(46)，数字照相装置(14)用于采集隧道开挖断面的图像数据；所述交叉中隔壁法掘进通道(16)、中隔壁法与三台阶法结合掘进通道(17)、三台阶七步法掘进通道(18)和双侧壁导坑法掘进通道(20)内均设有隔壁支护板和由隔壁支护板隔开的独立掘进单元(26；30～35；38；39)，钻孔与注浆通道(19)内包含一个交叉中隔壁支护板和四个独立的钻孔与注浆推进单元(50)，各个独立掘进单元(26；30～35；38；39)和各个钻孔与注浆推进单元(50)的的后端均设有预留圆孔，螺旋推进杆(40)的另一端通过预留圆孔连接相应的独立掘进单元(26；30～35；38；39)或钻孔与注浆推进单元(50)；所述独立掘进单元(26；30～35；38；39)的前端设置掘进刀具(27)，掘进刀具(27)上设有微型摄像头(28)，用以在掘进过程中实时监测；所述掘进刀具(27)沿竖直方向布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝阳，焦庆磊，王月明，王迎超，杨圣奇，孟波，靖洪文，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32