一种双护盾TBM多孔同步钻注超前钻机

技术领域

本发明属于掘进设备技术领域，具体的说是一种双护盾TBM多孔同步钻注超前钻机。

背景技术

双护盾TBM主要用于在软弱破碎的地层内掘进，双护盾TBM对地质条件适应性强，可实现开挖与支护同步进行，掘进效率高，在深埋长大隧洞施工中应用极为广泛，双护盾TBM可同时满足推进和管片安装的要求，双护盾TBM主要分为三部分：带刀盘的前护盾；中间部分的伸缩护盾，以及带有用于安装管片的尾盾。

双护盾TBM制造时已考虑超前钻探需求，在主梁处设置了旋转装置，用于搭配机载超前钻机，并在前盾和尾盾的周边预留钻机导孔，导孔环向布置在护盾中，孔向外倾斜角约7°；根据双护盾TBM安装位置，若在前盾处进行超前钻探，需在伸缩盾安装超前钻机，但伸缩盾空间有主机梁、主推油缸等设备占用空间，无法安装钻机，只能在尾盾处进行超前钻探。

采用双护盾TBM机载超前钻机钻进时，由于尾盾遮挡施工人员视线，施工时无法直接观测到洞壁围岩状态，造成超前钻探时造孔困难；TBM机载超前钻机的预留导孔与洞轴线呈现一定的倾斜角度，造成超前钻探的目标区域受限，难以向掌子面正前方的围岩进行钻探，探测也很难达到目标位置；并且双护盾TBM盾体较长，尾盾处预留孔位置距离掌子面约为10m，由于该段落岩石强度较高，实际有限钻探长度仅为5～10m，探测距离较短，钻探效率较低。

为此，本发明提供一种双护盾TBM多孔同步钻注超前钻机。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种双护盾TBM多孔同步钻注超前钻机，包括H形支架、固定座、移动底座、液压钻机和油缸；所述H形支架由多个钢管通过卡环连接而成，所述H形支架的顶端与底端均安装有固定座，所述固定座与H形支架的顶端之间安装有油缸，所述H形支架的两端均滑动安装有移动底座，所述移动底座靠近固定座的一面安装有液压钻机；工作时，双护盾TBM的刀盘后退，使得刀盘与隧道的掌子面之间留出操作空间，工作人员利用卡环将多个钢管固定搭建出H形支架，并将固定座和油缸安装到H形支架的端头，通过油缸推动固定座沿着H形支架滑动，使得两侧的固定座接触挤压隧道的内壁将H形支架固定夹紧，将移动底座固定安装到H形支架上，并将液压钻机安装到移动底座上，通过液压钻机对隧道的掌子面进行垂直超前钻探，设置的两个液压钻机同时进行钻探，待一次钻探结束后，液压钻机驱动固定座靠近H形支架，使得固定座与隧道内壁的压力消失，工作人员转动H形支架，使得H形支架以掌子面的中心为轴心旋转，待H形支架旋转到一定的角度后，再进行钻探，重复多次钻探；通过将超前钻机设置成拆卸拼装的结构，便于工作人员的移动与操作；通过将超前钻机移动至双护盾TBM的刀盘前方进行钻探，工作人员直接观测到洞壁围岩状态，提高了超前钻探时的简单程度；通过将超前钻机移动靠近掌子面处，进行钻探，提高了钻探的距离，提高了钻探的效率。

优选的，所述H形支架的中部横梁固接有箱体，所述箱体靠近液压钻机钻头的一面固接有球头柱，所述球头柱的球头外圈转动安装有定位块，所述定位块远离箱体的一面设置有防滑纹；工作时，超前钻机拼装完成后，使得定位块与掌子面的中心对齐接触，通过设置的防滑纹，降低了定位块滑动的概率；当转动H形支架时，带动箱体旋转，使得球头柱的球头沿着定位块的内圈进行转动，降低了H形支架旋转时，发生位移的概率，提高了液压钻机钻探的定点准确度。

优选的，所述箱体的一侧固接有一号电机，所述定位块的外圈开设有环形齿槽，所述一号电机的转轴固接有同步轮，所述同步轮与环形齿槽的外圈套设有同步带；工作时，当需要转动H形支架时，一号电机带动同步轮转动，通过同步带与环形齿槽的传动，使得箱体和球头柱沿着定位块旋转，带动H形支架转动；通过环形齿槽、同步轮和同步带的啮合传动，提高了H形支架旋转角度的准确性，同时，降低了工作人员操作的困难度。

优选的，所述箱体的内部远离球头柱的一面中部固接有二号电机，所述二号电机的转轴与箱体的内部靠近球头柱的一面转动连接，所述二号电机的转轴外圈固接有驱动齿轮，所述箱体的内部远离球头柱的一面四角均固接有套筒，所述套筒的内部滑动安装有锚杆，所述锚杆贯穿箱体靠近球头柱的一侧，所述套筒的内壁环绕开设有多个导向槽，所述锚杆远离球头柱的一端外圈均匀固接有多个凸起，所述凸起的外壁与导向槽的内壁滑动配合，所述锚杆的中部开设有螺纹，所述箱体的内部靠近球头柱的一面四角均转动安装有从动齿轮，所述驱动齿轮与从动齿轮之间啮合，所述从动齿轮的内圈开设有螺纹，所述锚杆的外圈与从动齿轮的内圈螺纹配合；工作时，待H形支架固定后，二号电机带动驱动齿轮转动，驱动与之啮合的从动齿轮旋转，由于从动齿轮内圈与锚杆螺纹配合，同时凸起与导向槽的滑动配合，使得锚杆沿着套筒滑动，使得锚杆插入掌子面内，从而降低了液压钻机进行超前钻探时的振动造成H形支架位移的概率，提高了超前钻机工作时的稳定性和安全性。

优选的，所述箱体远离球头柱的一面固接有一对固定架，一对固定架的中部转动安装有双头螺杆，所述双头螺杆的两端中部开设有螺纹，所述移动底座的侧面固接有螺纹套，所述螺纹套的内圈与双头螺杆的外圈螺纹配合，所述双头螺杆的中部固接有面齿轮，所述箱体远离球头柱的一面固接有三号电机，所述三号电机的转轴固接有直齿轮，所述直齿轮与面齿轮之间啮合；工作时，三号电机带动直齿轮转动，驱动与之啮合的面齿轮转动，带动双头螺杆转动，配合螺纹套的螺纹配合，驱动两端的移动底座相向移动，从而控制两端的液压钻机的位置，继而便于工作人员调整掌子面上超前钻探的位置。

优选的，所述固定座靠近双头螺杆的一侧栓接有固定筒，所述双头螺杆的两端外圈与固定筒的内圈旋转滑动配合；通过设置的固定筒，不但提高了双头螺杆的牢固程度，而且不影响固定座的移动。

优选的，所述移动底座的两侧均螺纹安装有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓的端头与H形支架的钢管滑动配合；通过设置的锁紧螺栓挤压H形支架的钢管，将移动底座固定锁紧，从而提高了移动底座的固定强度，继而提高了液压钻机的工作的稳定性。

优选的，所述移动底座的中部开设有多个直槽，所述液压钻机的底板开设有多个盲槽，所述移动底座的底面滑动安装有固定板，所述盲槽的两端均转动安装有长螺栓，所述长螺栓贯穿盲槽，所述长螺栓的低端与固定板之间螺纹配合；安装液压钻机时，将长螺栓安装到盲槽的两端，使得长螺栓与固定板进行螺纹固定，通过长螺栓与固定板将液压钻机固定安装到移动底座的顶面，同时设置的直槽，便于横向调整液压钻机的位置。

优选的，所述盲槽的两端均开设有固定槽，所述固定槽的内部滑动安装有挂钩，所述挂钩的低端与固定板的顶面固接；通过设置的挂钩与固定槽之间的滑动配合，使得固定板滑动安装在液压钻机的底面下方，从而便于工作人员的安装工作。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的一种双护盾TBM多孔同步钻注超前钻机，通过设置H形支架、固定座、移动底座、液压钻机和油缸；双护盾TBM的刀盘后退，使得刀盘与隧道的掌子面之间留出操作空间，工作人员利用卡环将多个钢管固定搭建出H形支架，并将固定座和油缸安装到H形支架的端头，通过油缸推动固定座沿着H形支架滑动，使得两侧的固定座接触挤压隧道的内壁将H形支架固定夹紧，将移动底座固定安装到H形支架上，并将液压钻机安装到移动底座上，通过液压钻机对隧道的掌子面进行垂直超前钻探，设置的两个液压钻机同时进行钻探，待一次钻探结束后，液压钻机驱动固定座靠近H形支架，使得固定座与隧道内壁的压力消失，工作人员转动H形支架，使得H形支架以掌子面的中心为轴心旋转，待H形支架旋转到一定的角度后，再进行钻探，重复多次钻探；通过将超前钻机设置成拆卸拼装的结构，便于工作人员的移动与操作；通过将超前钻机移动至双护盾TBM的刀盘前方进行钻探，工作人员直接观测到洞壁围岩状态，提高了超前钻探时的简单程度；通过将超前钻机移动靠近掌子面处，进行钻探，提高了钻探的距离，提高了钻探的效率。

2.本发明所述的一种双护盾TBM多孔同步钻注超前钻机，通过设置二号电机、驱动齿轮、套筒、锚杆、凸起和从动齿轮；待H形支架固定后，二号电机带动驱动齿轮转动，驱动与之啮合的从动齿轮旋转，由于从动齿轮内圈与锚杆螺纹配合，同时凸起与导向槽的滑动配合，使得锚杆沿着套筒滑动，使得锚杆插入掌子面内，从而降低了液压钻机进行超前钻探时的振动造成H形支架位移的概率，提高了超前钻机工作时的稳定性和安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一的第一立体图；

图2是本发明实施例一的第二立体图；

图3是本发明实施例一中箱体的剖视图；

图4是本发明实施例一中套筒的内部结构图；

图5是本发明实施例一中移动底座的局部剖视图；

图6是本发明实施例二中固定座的剖视图；

图中：1、H形支架；2、固定座；3、移动底座；4、液压钻机；5、油缸；6、箱体；7、球头柱；8、定位块；9、一号电机；10、环形齿槽；11、同步轮；12、同步带；13、二号电机；14、驱动齿轮；15、套筒；16、锚杆；17、导向槽；18、凸起；19、从动齿轮；20、固定架；21、双头螺杆；22、螺纹套；23、面齿轮；24、三号电机；25、直齿轮；26、固定筒；27、锁紧螺栓；28、直槽；29、盲槽；30、固定板；31、长螺栓；32、固定槽；33、挂钩；34、凹槽；35、滑槽；36、滑块；37、弹簧；38、辊轮。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例一

如图1至图2所示，本发明实施例所述的一种双护盾TBM多孔同步钻注超前钻机，包括H形支架1、固定座2、移动底座3、液压钻机4和油缸5；所述H形支架1由多个钢管通过卡环连接而成，所述H形支架1的顶端与底端均安装有固定座2，所述固定座2与H形支架1的顶端之间安装有油缸5，所述H形支架1的两端均滑动安装有移动底座3，所述移动底座3靠近固定座2的一面安装有液压钻机4；工作时，双护盾TBM的刀盘后退，使得刀盘与隧道的掌子面之间留出操作空间，工作人员利用卡环将多个钢管固定搭建出H形支架1，并将固定座2和油缸5安装到H形支架1的端头，通过油缸5推动固定座2沿着H形支架1滑动，使得两侧的固定座2接触挤压隧道的内壁将H形支架1固定夹紧，将移动底座3固定安装到H形支架1上，并将液压钻机4安装到移动底座3上，通过液压钻机4对隧道的掌子面进行垂直超前钻探，设置的两个液压钻机4同时进行钻探，待一次钻探结束后，液压钻机4驱动固定座2靠近H形支架1，使得固定座2与隧道内壁的压力消失，工作人员转动H形支架1，使得H形支架1以掌子面的中心为轴心旋转，待H形支架1旋转到一定的角度后，再进行钻探，重复多次钻探；通过将超前钻机设置成拆卸拼装的结构，便于工作人员的移动与操作；通过将超前钻机移动至双护盾TBM的刀盘前方进行钻探，工作人员直接观测到洞壁围岩状态，提高了超前钻探时的简单程度；通过将超前钻机移动靠近掌子面处，进行钻探，提高了钻探的距离，提高了钻探的效率。

如图1至图3所示，所述H形支架1的中部横梁固接有箱体6，所述箱体6靠近液压钻机4钻头的一面固接有球头柱7，所述球头柱7的球头外圈转动安装有定位块8，所述定位块8远离箱体6的一面设置有防滑纹；工作时，超前钻机拼装完成后，使得定位块8与掌子面的中心对齐接触，通过设置的防滑纹，降低了定位块8滑动的概率；当转动H形支架1时，带动箱体6旋转，使得球头柱7的球头沿着定位块8的内圈进行转动，降低了H形支架1旋转时，发生位移的概率，提高了液压钻机4钻探的定点准确度。

如图1和图3所示，所述箱体6的一侧固接有一号电机9，所述定位块8的外圈开设有环形齿槽10，所述一号电机9的转轴固接有同步轮11，所述同步轮11与环形齿槽10的外圈套设有同步带12；工作时，当需要转动H形支架1时，一号电机9带动同步轮11转动，通过同步带12与环形齿槽10的传动，使得箱体6和球头柱7沿着定位块8旋转，带动H形支架1转动；通过环形齿槽10、同步轮11和同步带12的啮合传动，提高了H形支架1旋转角度的准确性，同时，降低了工作人员操作的困难度。

如图3至图4所示，所述箱体6的内部远离球头柱7的一面中部固接有二号电机13，所述二号电机13的转轴与箱体6的内部靠近球头柱7的一面转动连接，所述二号电机13的转轴外圈固接有驱动齿轮14，所述箱体6的内部远离球头柱7的一面四角均固接有套筒15，所述套筒15的内部滑动安装有锚杆16，所述锚杆16贯穿箱体6靠近球头柱7的一侧，所述套筒15的内壁环绕开设有多个导向槽17，所述锚杆16远离球头柱7的一端外圈均匀固接有多个凸起18，所述凸起18的外壁与导向槽17的内壁滑动配合，所述锚杆16的中部开设有螺纹，所述箱体6的内部靠近球头柱7的一面四角均转动安装有从动齿轮19，所述驱动齿轮14与从动齿轮19之间啮合，所述从动齿轮19的内圈开设有螺纹，所述锚杆16的外圈与从动齿轮19的内圈螺纹配合；工作时，待H形支架1固定后，二号电机13带动驱动齿轮14转动，驱动与之啮合的从动齿轮19旋转，由于从动齿轮19内圈与锚杆16螺纹配合，同时凸起18与导向槽17的滑动配合，使得锚杆16沿着套筒15滑动，使得锚杆16插入掌子面内，从而降低了液压钻机4进行超前钻探时的振动造成H形支架1位移的概率，提高了超前钻机工作时的稳定性和安全性。

如图2至图3所示，所述箱体6远离球头柱7的一面固接有一对固定架20，一对固定架20的中部转动安装有双头螺杆21，所述双头螺杆21的两端中部开设有螺纹，所述移动底座3的侧面固接有螺纹套22，所述螺纹套22的内圈与双头螺杆21的外圈螺纹配合，所述双头螺杆21的中部固接有面齿轮23，所述箱体6远离球头柱7的一面固接有三号电机24，所述三号电机24的转轴固接有直齿轮25，所述直齿轮25与面齿轮23之间啮合；工作时，三号电机24带动直齿轮25转动，驱动与之啮合的面齿轮23转动，带动双头螺杆21转动，配合螺纹套22的螺纹配合，驱动两端的移动底座3相向移动，从而控制两端的液压钻机4的位置，继而便于工作人员调整掌子面上超前钻探的位置。

如图2所示，所述固定座2靠近双头螺杆21的一侧栓接有固定筒26，所述双头螺杆21的两端外圈与固定筒26的内圈旋转滑动配合；通过设置的固定筒26，不但提高了双头螺杆21的牢固程度，而且不影响固定座2的移动。

如图1、图2和图5所示，所述移动底座3的两侧均螺纹安装有锁紧螺栓27，所述锁紧螺栓27的端头与H形支架1的钢管滑动配合；通过设置的锁紧螺栓27挤压H形支架1的钢管，将移动底座3固定锁紧，从而提高了移动底座3的固定强度，继而提高了液压钻机4的工作的稳定性。

如图5所示，所述移动底座3的中部开设有多个直槽28，所述液压钻机4的底板开设有多个盲槽29，所述移动底座3的底面滑动安装有固定板30，所述盲槽29的两端均转动安装有长螺栓31，所述长螺栓31贯穿盲槽29，所述长螺栓31的低端与固定板30之间螺纹配合；安装液压钻机4时，将长螺栓31安装到盲槽29的两端，使得长螺栓31与固定板30进行螺纹固定，通过长螺栓31与固定板30将液压钻机4固定安装到移动底座3的顶面，同时设置的直槽28，便于横向调整液压钻机4的位置。

如图5所示，所述盲槽29的两端均开设有固定槽32，所述固定槽32的内部滑动安装有挂钩33，所述挂钩33的低端与固定板30的顶面固接；通过设置的挂钩33与固定槽32之间的滑动配合，使得固定板30滑动安装在液压钻机4的底面下方，从而便于工作人员的安装工作。

实施例二

如图6所示，对比实施例一，其中本发明的另一种实施方式为：所述固定座2的弧面中部开设有凹槽34，所述凹槽34的两侧均开设有多对滑槽35，所述滑槽35的内部滑动安装有滑块36，所述滑块36的底面与滑槽35的底面之间固接有弹簧37，两侧所述滑块36之间转动安装有辊轮38；工作时，油缸5推动固定座2沿着H形支架1滑动，使得两侧的固定座2靠近隧道的内壁时，使得辊轮38向凹槽34的内部滑动，带动滑块36挤压弹簧37，当固定座2挤压隧道的内壁时，将H形支架1固定夹紧；需要转动角度时，油缸5推动固定座2沿着H形支架1滑动，侧的固定座2远离隧道的内壁时，弹簧37复位，推动辊轮38从凹槽34的内部滑出，使得辊轮38沿着隧道的内壁滑动，对H形支架1进行滑动支撑，便于H形支架1进行转动，同时，降低了H形支架1转动时的位移。

工作时，双护盾TBM的刀盘后退，使得刀盘与隧道的掌子面之间留出操作空间，工作人员利用卡环将多个钢管固定搭建出H形支架1，并将固定座2和油缸5安装到H形支架1的端头；油缸5推动固定座2沿着H形支架1滑动，使得两侧的固定座2接触挤压隧道的内壁将H形支架1固定夹紧；将长螺栓31安装到盲槽29的两端，使得长螺栓31与固定板30进行螺纹固定，通过长螺栓31与固定板30将液压钻机4固定安装到移动底座3的顶面；三号电机24带动直齿轮25转动，驱动与之啮合的面齿轮23转动，带动双头螺杆21转动，配合螺纹套22的螺纹配合，驱动两端的移动底座3相向移动，控制两端的液压钻机4的位置，转动锁紧螺栓27，锁紧螺栓27挤压H形支架1的钢管，将移动底座3固定锁紧；

待H形支架1固定后，二号电机13带动驱动齿轮14转动，驱动与之啮合的从动齿轮19旋转，由于从动齿轮19内圈与锚杆16螺纹配合，同时凸起18与导向槽17的滑动配合，使得锚杆16沿着套筒15滑动，使得锚杆16插入掌子面内；液压钻机4对隧道的掌子面进行垂直超前钻探，设置的两个液压钻机4同时进行钻探，待一次钻探结束后，液压钻机4驱动固定座2靠近H形支架1，使得固定座2与隧道内壁的压力消失；号电机9带动同步轮11转动，通过同步带12与环形齿槽10的传动，使得箱体6和球头柱7沿着定位块8旋转，带动H形支架1转动，待H形支架1旋转到一定的角度后，缸5推动固定座2沿着H形支架1滑动，使得两侧的固定座2接触挤压隧道的内壁将H形支架1固定夹紧，再进行钻探，重复多次钻探；通过将超前钻机设置成拆卸拼装的结构，便于工作人员的移动与操作；通过将超前钻机移动至双护盾TBM的刀盘前方进行钻探，工作人员直接观测到洞壁围岩状态，提高了超前钻探时的简单程度；通过将超前钻机移动靠近掌子面处，进行钻探，提高了钻探的距离，提高了钻探的效率。

上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明保护范围的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。