一种隧道破碎地层加固设备

技术领域

本发明涉及隧道加固领域，特别涉及一种隧道破碎地层加固设备。

背景技术

隧道是埋置于地层下的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军事隧道等，但是随着隧道使用年限的增长、各种自然以及人为因素，隧道会出现开裂和破损，为了隧道能够正常的使用需要对隧道的开裂破损处进行加固。

常见的隧道加固方法是首先人工搭建手脚架作为工作平台，再利用修复物料对隧道破裂处进行加固，加固完成后还需要人工拆除工作平台，这种方法费时费力，效率低。

申请号为CN110005181A的中国发明专利公开了一种隧道维修加固平台与装置，上述专利主要是通过设有多节折叠的攀爬梯，实现攀爬梯随着升降台拉伸和折叠，方便人员进行攀爬，通过设有绕卷电机驱动的物料箱，实现物料的单独运输，提高物料搬运效率，通过设有转动的侧板，增加人员操作空间。

然而上述的装置还存在以下问题：1、虽然上述加固装置设有便于物料运输的绕卷电机驱动物料箱可以便于物料运输以及工作人员攀爬，但是隧道的具体加固工作仍然需要人工来完成，且人工攀爬过程还会存在安全隐患。

2、上述的加固装置仅通过人工操作的方式对隧道内壁进行加固，并未涉及到隧道内壁的破碎以及具体的修复方式，因此采用人工操作工作量大，且破碎强度低，修复效果差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种隧道破碎地层加固设备，包括车身、液压支腿系统、旋转单元、升降架、破碎单元和修复单元，所述车身的左右两侧均转动设置有两个车轮，车身左右两侧均设置有两个液压支腿系统，所述车身上端设置有旋转单元，旋转单元上端安装有升降架，升降架顶部左右两侧分别铰接有空心杆和气缸，升降架上端左右两侧分别设置有修复单元和破碎单元。

所述破碎单元包括壳体、驱动电机、环形架、太阳轮、行星轮支架、内行星轮、外行星轮、双层齿圈、实心圆柱、执行杆、钻头、内圆盘和外环盘，其中：气缸远离升降架的一端设置有壳体，壳体远离气缸的一端转动设置有外环盘，内圆盘转动设置在外环盘内侧，实心圆柱位于壳体底部内壁，实心圆柱远离壳体底部的一端安装有太阳轮，实心圆柱的外侧壁且位于太阳轮的下方套设有行星架，行星架靠近内圆盘的一端周向均匀转动设置有多个与太阳轮相啮合的内行星轮，第一面齿轮转动设置在壳体内壁，第一面齿轮的顶部与行星架的顶部相平齐，第一面齿轮靠近内圆盘的一端周向均匀转动设置有多个外行星轮，实心圆柱的外壁且位于第一面齿轮的下方转动套设有第二面齿轮，第二面齿轮的顶部通过环形架设置有双层齿圈，双层齿圈的内侧与内行星轮相啮合，双层齿圈的外侧与外行星轮相啮合，内行星轮、外行星轮靠近内圆盘的一侧均设置有执行杆，双层齿圈内圈的执行杆远离壳体底部的一端穿过内圆盘后和双层齿圈外圈的执行杆远离壳体底部的一端穿过外环盘后均设置有钻头，壳体底部的任一侧通过电机座设置有驱动电机，驱动电机的输出轴固定连接有传动齿轮，传动齿轮分别与第一面齿轮和第二面齿轮相啮合；破碎单元可以将破损、开裂处的隧道内壁进行破碎处理。

所述修复单元包括弹性伸缩杆、圆形盘、锥形筒、圆环形橡胶垫和限位卡座，其中：空心杆远离升降架的一端安装有圆形盘，圆形盘中部贯穿开设有与空心杆相连通的圆孔，且圆形盘远离空心杆的一端周向均匀铰链设置有多个弹性伸缩杆，多个弹性伸缩杆远离圆形盘的一端通过限位卡座共同安装有环形橡胶垫，锥形筒安装在圆形盘上端且与圆孔相连通，锥形筒远离圆形盘的一端与圆环形橡胶垫内侧壁相连接；通过修复单元对破碎处理后的隧道内壁填充混凝土，从而将隧道内壁修复。

作为本发明的一种优选技术方案，所述旋转单元包括旋转台和正反转电机，其中：车身的上端开设有圆形槽，旋转台转动设置在圆形槽内，圆形槽的底部开设有安装槽，安装槽内设置有正反转电机，正反转电机的输出轴与旋转台的下端之间相连接；通过旋转单元可以改变修复单元和破碎单元的位置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内圆盘外侧壁周向开设有多个半圆形槽，且半圆形槽内安装有钢珠，外环盘的内侧壁开设有与钢珠相配合的环形槽；通过钢珠可以减小内圆盘和外环盘之间的摩擦力，且可以对外环盘进行限位，防止外环盘从内圆盘上脱落。

作为本发明的一种优选技术方案，所述升降架上端左右对称铰接有两个电动推杆，升降架左侧的电动推杆的伸缩端与空心杆通过铰链连接的方式相连接，升降架右侧的电动推杆的伸缩端与气缸通过铰链连接的方式相连接；通过电动推杆使空心杆、气缸在一定角度范围内摆动，以便对不同位置的隧道内壁进行施工。

作为本发明的一种优选技术方案，所述环形橡胶垫远离圆形盘的一侧设置有环形气囊，环形气囊的外壁套设有防护层；通过环形气囊能够保证本发明的修复单元与隧道内壁紧密贴合，防护层能够避免气囊与隧道内壁接触时造成损坏。

作为本发明的一种优选技术方案，所述升降架的顶部设置有注浆泵，注浆泵的输出端安装有穿过空心杆后延伸至锥形筒内的喷浆管；注浆泵通过喷浆管将制备好的混凝土注入至破碎处理后的隧道内壁中。

作为本发明的一种优选技术方案，所述锥形筒的直径从上到下逐渐减小，且锥形筒为可伸缩的波纹结构；锥形筒的波纹结构使锥形筒的容纳体积随着弹性伸缩杆长度的改变而改变，锥形筒的承载能力强。

作为本发明的一种优选技术方案，所述壳体的外侧且远离气缸的一侧通过可拆卸的方式套设有伸缩防护罩；通过伸缩防护罩可以对隧道内壁上掉落的碎石进行格挡，防止碎石洒落对施工人员造成伤害。

本发明的有益效果在于：1.本发明通过破碎单元可以代替人工操作的方式将隧道内壁的破损、开裂处进行破碎处理，随后通过修复单元可以对隧道内壁的破碎处喷入混凝土，从而对隧道内壁进行修复和加固，以延长隧道内壁的使用寿命。

2.本发明的破碎单元通过内圆盘和外环盘的不同旋向可以使钻头对隧道内壁施加旋向不同的拉扯力，以增强对隧道内壁的破碎强度，从而提高对隧道内壁的破碎效率。

3.本发明通过环形气囊与隧道内壁之间紧密贴合，以确保与隧道内壁之间的密封性，避免对隧道内壁的破碎处进行修复时混凝土漏出，此外，通过防护层能够避免气囊与隧道内壁接触时造成损坏。

4.本发明通过伸缩防护罩可以对隧道内壁上掉落的碎石进行格挡，防止碎石洒落对施工人员造成伤害。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的破碎单元的剖切图。

图3是本发明的图2的X处局部放大图。

图4是本发明的内圆盘和外环盘的剖视图(从上向下看)。

图5是本发明的修复单元的局部剖切图。

图6是本发明的旋转单元的剖视图(从前向后看)。

图中：1、车身；2、液压支腿系统；3、旋转单元；31、旋转台；32、正反转电机；4、升降架；5、破碎单元；51、壳体；52、驱动电机；53、环形架；54、太阳轮；55、行星架；56、内行星轮；57、外行星轮；58、双层齿圈；59、实心圆柱；60、执行杆；61、第一面齿轮；62、第二面齿轮；63、传动齿轮；64、钻头；65、内圆盘；66、外环盘；661、钢珠；7、修复单元；71、弹性伸缩杆；72、圆形盘；73、锥形筒；74、圆环形橡胶垫；75、限位卡座；76、环形气囊；77、注浆泵；78、喷浆管；8、电动推杆；9、伸缩防护罩；10、空心杆；11、气缸。

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，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

参阅图1，本发明提供了一种隧道破碎地层加固设备，包括车身1、液压支腿系统2、旋转单元3、升降架4、破碎单元5和修复单元7，所述车身1的左右两侧均转动设置有两个车轮，车身1左右两侧均设置有两个液压支腿系统2，所述车身1上端设置有旋转单元3，旋转单元3上端安装有升降架4，升降架4顶部左右两侧分别铰接有空心杆10和气缸11，升降架4上端左右两侧分别设置有修复单元7和破碎单元5，升降架4上端左右对称铰接有两个电动推杆8，升降架4左侧的电动推杆8的伸缩端与空心杆10通过铰链连接的方式相连接，升降架4右侧的电动推杆8的伸缩端与气缸11通过铰链连接的方式相连接。

参阅图2、图3和图4，所述破碎单元5包括壳体51、驱动电机52、环形架53、太阳轮54、行星架55、内行星轮56、外行星轮57、双层齿圈58、实心圆柱59、执行杆60、第一面齿轮61、第二面齿轮62、传动齿轮63、钻头64、内圆盘65和外环盘66，其中：气缸11远离升降架4的一端设置有壳体51，壳体51远离气缸11的一端转动设置有外环盘66，内圆盘65转动设置在外环盘66内侧,内圆盘65外侧壁周向开设有多个半圆形槽，且半圆形槽内安装有钢珠661，外环盘66的内侧壁开设有与钢珠661相配合的环形槽，通过钢珠661使内圆盘65和外环盘66之间的相对转动更加高效,实心圆柱59位于壳体51底部内壁，实心圆柱59远离壳体51底部的一端安装有太阳轮54，实心圆柱59的外侧壁且位于太阳轮54的下方转动套设有行星架55，行星架55靠近内圆盘65的一端周向均匀转动设置有多个与太阳轮54相啮合的内行星轮56，第一面齿轮61转动设置在壳体51内壁，第一面齿轮61的顶部与行星架55的顶部相平齐，第一面齿轮61靠近内圆盘65的一端周向均匀转动设置有多个外行星轮57，实心圆柱59的外壁且位于第一面齿轮61的下方转动套设有第二面齿轮62，第二面齿轮62的顶部通过环形架53设置有双层齿圈58，双层齿圈58的内侧与内行星轮56相啮合，双层齿圈58的外侧与外行星轮57相啮合，内行星轮56、外行星轮57靠近内圆盘65的一侧均设置有执行杆60，双层齿圈58内圈的执行杆60远离壳体51底部的一端穿过内圆盘65后和双层齿圈58外圈的执行杆60远离壳体51底部的一端穿过外环盘66后均设置有钻头64，壳体51底部的任一侧通过电机座设置有驱动电机52，驱动电机52的输出轴固定连接有传动齿轮63，传动齿轮63分别与第一面齿轮61和第二面齿轮62相啮合，,所述壳体51的外侧且远离气缸11的一侧通过可拆卸的方式套设有伸缩防护罩9，通过伸缩防护罩9可以对隧道内壁上掉落的碎石进行格挡，防止碎石洒落对施工人员造成伤害。

具体工作时，首先启动电动推杆8，电动推杆8通过气缸11带动壳体51位移至隧道内壁的破损处，随后打开驱动电机52，驱动电机52通过传动轴带动传动齿轮63进行传动，然后传动齿轮63带动第一面齿轮61和第二面齿轮62沿着相反的方向同时转动，外行星轮57在第一面齿轮61的作用下沿双层齿圈58进行公转，且外行星轮57在双层齿圈58的作用下进行自转，与此同时，双层齿圈58随第二面齿轮62转动，使得双层齿圈58带动内行星轮56沿太阳轮54公转的同时进行自转，从而外行星轮57通过执行杆60带动外环盘66进行转动，内行星轮56通过执行杆60带动内圆盘65与外环盘66呈反方向转动，且外行星轮57和内行星轮56均通过执行杆60带动钻头64进行自转，从而钻头64可以对隧道内壁进行破碎处理，在此期间，外行星轮57上的钻头64与内行星轮56上的钻头64对隧道内壁施加旋向不同的拉扯力，可以增强对隧道内壁的破碎强度，以提高破碎效率，通过气缸11对壳体51施加顶升力，使壳体51带动钻头64使钻头64与隧道内壁始终保持接触。

参阅图1和图5，所述修复单元7包括弹性伸缩杆71、圆形盘72、锥形筒73、圆环形橡胶垫74和限位卡座75，其中：空心杆10远离升降架4的一端安装有圆形盘72，圆形盘72中部贯穿开设有与空心杆10相连通的圆孔，且圆形盘72远离空心杆10的一端周向均匀铰链设置有多个弹性伸缩杆71，多个弹性伸缩杆71远离圆形盘72的一端通过限位卡座75共同安装有环形橡胶垫，所述环形橡胶垫远离圆形盘72的一侧设置有环形气囊76，环形气囊76的外壁套设有防护层，通过环形气囊76能够保证圆环形橡胶垫74与隧道内壁紧密贴合，防护层能够避免气囊与隧道内壁接触时造成损坏,锥形筒73安装在圆形盘72上端且与圆孔相连通，锥形筒73远离圆形盘72的一端与圆环形橡胶垫74内侧壁相连接，所述锥形筒73的直径从上到下逐渐减小，且锥形筒73为可伸缩的波纹结构，锥形筒73的波纹结构使锥形筒73的容纳体积随着弹性伸缩杆71长度的改变而改变,所述升降架4的顶部设置有注浆泵77，注浆泵77的输出端安装有穿过空心杆10后延伸至锥形筒73内的喷浆管78，注浆泵77通过喷浆管78将制备好的混凝土注入至破碎处理后的隧道内壁中。

具体工作时，首先启动电动推杆8，电动推杆8通过气缸11带动修复单元7位移至隧道破碎后的位置，并通过圆环形橡胶垫74带动环形气囊76抵靠在隧道内壁，期间，环形气囊76可以随隧道内壁的轮廓进行变形，使得环形气囊76与隧道内壁贴合，通过弹性伸缩杆71使环形气囊76与隧道内壁紧密贴合，随后启动注浆泵77，注浆泵77将制备好的混凝土注入至破碎处理后的隧道内壁中，修复过程结束之后，电动推杆8通过空心杆10带动圆形盘72和锥形筒73从隧道内壁处移出，此时，弹性伸缩杆71在不受力的情况下发生回弹并伸长，从而弹性伸缩杆71带动圆环形橡胶垫74向远离空心杆10的一侧移动，通过增大圆环形橡胶垫74与圆形盘72之间的距离使锥形筒73内壁由波纹状变为平面状，此时残留在锥形筒73内壁的混凝土沿内壁进入喷浆管78内，以此对混凝土进行回收，减少浪费。

参阅图6，所述旋转单元3包括旋转台31和正反转电机32，其中：车身1的上端开设有圆形槽，旋转台31转动设置在圆形槽内，圆形槽的底部开设有安装槽，安装槽内设置有正反转电机32，正反转电机32的输出轴与旋转台31的下端之间相连接；通过旋转单元3可以改变修复单元7和破碎单元5的位置；具体工作时，启动正反转电机32，正反转电机32通过旋转台31带动升降架4进行转动，当升降架4上的修复单元7或破碎单元5转动到指定位置之后关闭正反转电机32，此时修复单元7和破碎单元5位置固定。

本发明在工作时的使用步骤：第一步：首先将车身1停靠在需要加固的隧道内壁处，随后启动液压支腿系统2，通过多个液压支腿系统2对车身1进行固定，再通过升降架4使修复单元7和破碎单元5到达合适的工作高度，最后通过正反转电机32带动旋转台31发生转动并带动破碎单元5旋转至指定位置。

第二步：其次启动电动推杆8使破碎单元5中的钻头64与开裂的隧道内壁接触，再启动气缸11使钻头64与隧道内壁始终保持紧密接触，随后通过多个钻头64对隧道内壁进行破碎处理，隧道内壁破碎处理完成之后关闭驱动电机52。

第三步：通过正反转电机32带动旋转台31转动并带动修复单元7旋转至隧道内壁的指定位置，随后启动电动推杆8使气缸11通过圆形盘72、锥形筒73和圆形橡胶垫带动环形气囊76抵靠在的破碎处理后的隧道内壁处，弹性伸缩杆71使环形气囊76与隧道地层紧密贴合，随后启动注浆泵77，注浆泵77将制备好的混凝土注入至破碎处理后的隧道内壁中。

第四步：隧道内壁修复结束之后，电动推杆8通过空心杆10带动圆形盘72和锥形筒73从隧道地层内壁处移出，此时锥形筒73内壁由波纹状变为平面状，同时残留在锥形筒73内壁的混凝土沿内壁进入喷浆管78内，以此对混凝土进行回收。

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的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。