[发明专利]模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置及方法

权利要求书

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（27）沿水平方向等间距布置钢丝；

所述钻孔与注浆推进单元（50）的前端设置钻孔钢轴（45）或注浆导管（49），钻孔与注浆推进单元（50）内部设置输浆管（47），输浆管（47）配有液压传感器（46），用以监测注浆压力，钻孔工作时安装钻孔钢轴（45），钻孔工作结束后，将钻孔钢轴（45）换为注浆导管（49），输浆管（47）与导浆喷头（10）之间通过设置橡胶软管（48）连接，形成完整的注浆通道。

3.根据权利要求2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：所述钻孔钢轴（45）前端为圆锥体、末端设有弹簧补偿器（51），用以实现钻孔钢轴（45）角度的改变，注浆导管（49）前端为空心椎体、表面设有透浆圆孔。