【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下空间施工，具体涉及一种隧道开挖设备。
技术介绍
1、盾构法包含顶管法是目前隧道施工常用的方法之一，一般盾构或顶管机刀盘通常与隧道断面基本一致，对于城市软弱围岩或软硬不均地层，特别在浅覆土的情况下，伸出的刀盘可能会扰动上覆地层因而引起地表沉降。另外大刀盘所需工作动力较高，设备造价及施工成本也比较高，因此亟需一种新技术，能够有效改善盾构或顶管施工成本较高，且施工过程地层扰动相对较大等问题。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种隧道开挖设备及使用方法，该隧道开挖设备解决了现有隧道盾构或顶管施工成本较高、能耗较高且地层扰动大的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种隧道开挖设备，包括切削系统、土仓和动力系统，切削系统设置在前仓端口后方，动力系统设置在中仓，由动力系统驱动切削系统切削，土仓活动设置在切削系统下方；
4、所述切削系统包括刀盘组件、刀盘外围刃口、中心钻具和前置导向组件，刀盘外围刃口封堵设置在前仓端口，刀盘组件设置在刀盘外围刃口内，中心钻具设置在前仓内、且与动力系统动力连接，中心钻具前端穿出刀盘组件、超前设置于前仓端口，前置导向组件设置在前仓端口处。
5、优选的，所述前仓和所述中仓由纠偏系统活动连接，纠偏系统包括四个纠偏油缸，四个纠偏油缸将前仓的后壁与中仓的前壁相连。
6、优选的，所述刀盘组件包括刀盘和刀齿，刀盘固定安装在中心钻具上，在刀盘上呈放射状均布多个排土窗，在排土窗
7、优选的，所述刀盘置于前仓端口后方，滞后距离为隧道断面直径的20%～120%；刀盘面积为所述前仓端口面积的45%-85%。
8、优选的，所述刀盘外围刃口包括套筒和刃口，刃口是由多块多边形板拼接成的带多个切削楞的喇叭状结构，刃口设置在套筒一端。
9、优选的，所述中心钻具包括中心钻头、螺旋钻具和外套管，外套管一端连接在所述前仓的后壁上，另一端深入所述套筒尾端、并通过弹性密封圈封堵外套管与套筒间的间隙，螺旋钻具与所述动力系统相连、设置在外套管内，螺旋钻具的转轴前端穿出所述刀盘、且与刀盘相固定，中心钻头设置在螺旋钻具的转轴前端；在外套管上开设有出土口，所述土仓设置在出土口正下方。
10、优选的，所述土仓活动安装在滑轨上，土仓在滑轨的一个极限位置为所述出土口正下方，另一个极限位置在所述中仓内，滑轨设置在所述前仓底板上以及所述中仓底板上。
11、优选的，所述前置导向组件包括四个油缸，四个油缸分设在所述前仓端口的四角、且位于所述刃口外围，油缸底端固定安装在所述前仓的后壁，油缸顶端连接有导向铲。
12、优选的，所述前仓的外壳截面与所述中仓的外壳截面形状相同，为圆形或方形。
13、本专利技术中，为了最大程度减小土体扰动，相对于传统技术，本专利技术将刀盘面积缩小至前仓端口面积即断面面积的45%-85%，通过小刀盘扰动切削土体，且超前置于前仓端口，能够减少围岩直接破碎面积，有效减少地层扰动，利于控制沉降，且降低施工所需能耗和成本，安全且环保。
14、刀盘外围刃口不仅能够及时收拢围岩，对于相对较硬的围岩具有一定程度的剪切作用，提高了开挖设备的实用性，实现隧道掘进。
15、当外框结构边角区域围岩不易被刀盘破坏时，可通过前置导向构件对刀盘外围区域土体进行局部扰动，便于掘进；同时，前置导向构件对掘进轨迹具有一定纠偏作用，当左侧两个油缸工作时，左侧土体优先扰动，掘进轨迹易偏向左侧，同理，当右侧两个油缸工作时，右侧土体优先扰动，掘进轨迹易偏向右侧。
16、隧道掘进时，根据围岩特点和施工状态，同时，通过调整土仓内渣土输送速度，进而改变土仓内土体量并间接改变外套管中土体压力，从而实现掌子面稳定，确保掘进安全。
17、开挖设备构造简单，且可实现拼装，能够适应不同的隧道断面形状，具有较强的适应性。
18、该隧道开挖设备仅为部分切削隧道断面，用机械方式对掌子面形成支撑，而不完全采用通常的掌子面压力平衡方式，能够减少围岩直接破碎面积，有效减少地层扰动，利于控制沉降，且降低施工所需能耗和成本，安全且环保，构造简单，且可实现拼装，能够适应不同的隧道断面形状，具有较强的适应性。
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1.一种隧道开挖设备，其特征在于：包括切削系统（1）、土仓（2）和动力系统（3），切削系统（1）设置在前仓（4）端口后方，动力系统（3）设置在中仓（5），由动力系统（3）驱动切削系统（1）切削，土仓（2）活动设置在切削系统（1）下方；
2.根据权利要求1所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述前仓（4）和所述中仓（5）由纠偏系统（6）活动连接，纠偏系统（6）包括四个纠偏油缸，四个纠偏油缸将前仓（4）的后壁与中仓（5）的前壁相连。
3.根据权利要求1所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述刀盘组件（10）包括刀盘（100）和刀齿（101），刀盘（100）固定安装在中心钻具（12）上，在刀盘（100）上呈放射状均布多个排土窗（102），在排土窗（102）一侧设置一组刀齿（101）。
4.根据权利要求3所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述刀盘（100）置于前仓端口后方，滞后距离为隧道断面直径的20%～120%；刀盘（100）面积为所述前仓（4）端口面积的45%-85%。
5.根据权利要求4所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述刀盘外围刃口（11）包
6.根据权利要求5所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述中心钻具（12）包括中心钻头（120）、螺旋钻具（121）和外套管（122），外套管（122）一端连接在所述前仓（4）的后壁上，另一端深入所述套筒（110）尾端、并通过弹性密封圈封堵外套管（122）与套筒（110）间的间隙，螺旋钻具（121）与所述动力系统（3）相连、设置在外套管（122）内，螺旋钻具（121）的转轴前端穿出所述刀盘（100）、且与刀盘（100）相固定，中心钻头（120）设置在螺旋钻具（121）的转轴前端；在外套管（122）上开设有出土口（123），所述土仓（2）设置在出土口（123）正下方。
7.根据权利要求6所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述土仓（2）活动安装在滑轨（7）上，土仓（2）在滑轨（7）的一个极限位置为所述出土口（123）正下方，另一个极限位置在所述中仓（5）内，滑轨（7）设置在所述前仓（4）底板上以及所述中仓（5）底板上。
8.根据权利要求5所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述前置导向组件（13）包括四个油缸，四个油缸分设在所述前仓（4）端口的四角、且位于所述刃口（111）外围，油缸底端固定安装在所述前仓（4）的后壁，油缸顶端连接有导向铲（14）。
9.根据权利要求1所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述前仓（4）的外壳截面与所述中仓（5）的外壳截面形状相同，为圆形或方形。
...【技术特征摘要】
1.一种隧道开挖设备，其特征在于：包括切削系统（1）、土仓（2）和动力系统（3），切削系统（1）设置在前仓（4）端口后方，动力系统（3）设置在中仓（5），由动力系统（3）驱动切削系统（1）切削，土仓（2）活动设置在切削系统（1）下方；
2.根据权利要求1所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述前仓（4）和所述中仓（5）由纠偏系统（6）活动连接，纠偏系统（6）包括四个纠偏油缸，四个纠偏油缸将前仓（4）的后壁与中仓（5）的前壁相连。
3.根据权利要求1所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述刀盘组件（10）包括刀盘（100）和刀齿（101），刀盘（100）固定安装在中心钻具（12）上，在刀盘（100）上呈放射状均布多个排土窗（102），在排土窗（102）一侧设置一组刀齿（101）。
4.根据权利要求3所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述刀盘（100）置于前仓端口后方，滞后距离为隧道断面直径的20%～120%；刀盘（100）面积为所述前仓（4）端口面积的45%-85%。
5.根据权利要求4所述的隧道开挖设备，其特征在于：所述刀盘外围刃口（11）包括套筒（110）和刃口（111），刃口（111）是由多块多边形板拼接成的带多个切削楞的喇叭状结构，刃口（111）设置在套筒（110）一端。
6.根据权利要求5所述的隧道开挖设...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴大胜，邓启华，郭峰，雷治华，杨溪蒙，
申请(专利权)人：北京首尔工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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