[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

说明书

本发明公开了一种模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置及方法，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。本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单、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及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

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；