一种应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法与流程

本发明涉及水利水电工程，更具体地说，涉及一种应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法。

背景技术：

1、地下洞室是指在地下岩土体中人工开挖或天然存在的作为各种用途的构筑物，按用途分为: 矿山井巷(竖井、斜井、巷道)、交通隧道、水工隧道、地下厂房(仓库)、地下军事工程等。修建地下洞室，必然要进行岩土体开挖。开挖将使工程周围岩土体失去原有的平衡状态，使其在一个有限的范围内产生应力重新分布，这种新出现的不平衡应力没有超过围岩的承载能力，岩体就会自行平衡；否则，将引起岩体产生变形、位移甚至破坏。

2、岩脉又称“岩墙”，为充填在岩石裂隙中的板状岩体，横切岩层，与层理斜交，属于不整合侵入体的一种。岩脉的宽度一般为几十厘米至数十米，长度可由数十米至数千米，个别大的可达几十公里以上。依据成分、形态、产状及与地质构造的关系，可分为简单岩脉、复杂岩脉、岩脉群及环状岩脉等。有人将直立或近直立的板状岩体称为岩墙，而将与层理斜交，形状较不规则的板状岩体称为岩脉。

3、在地下洞室高薄岩墙的开挖中，现有技术采用如公开号为cn104264709b的中国发明专利公开了一种水利水电工程地下洞室高薄岩墙开挖方法，该发明两侧开挖前，对先开挖侧设计结构线部位实施深孔预裂爆破，深孔预裂爆破深度为两个开挖梯段高度为9~12m，先开挖侧岩墙揭露后，立即实施岩墙浅层支护。与此同时，进行后开挖侧远离岩墙的岩体开挖，先揭露的岩墙支护完成后，后开挖侧岩体才能开挖至岩墙附近。后开挖侧岩墙预留4~6m保护层，自上而下分两小层采用光面爆破。后揭露的岩墙按照先浅层支护、后对穿支护的顺序实施。该发明运用高薄岩墙两侧基本对穿开挖，但该方法现阶段缺少一种匹配度高的且较为高效的开挖装置用于地下洞室高薄岩墙的开挖，因此，如何设计一种应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖装置用于该方法则显得尤为重要；鉴于此，我们提出一种应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，以解决水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法效率不高的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，所述方法基于一种地下洞室高薄岩墙开挖装置来实现，其中，所述地下洞室高薄岩墙开挖装置包括行车架，所述行车架底端设有行走履带，所述行车架顶端设有驾驶操作室，所述行车架头端通过液压系统连接有截割机构，所述行车架头端相对所述截割机构下方的位置设有铲板机构，所述铲板机构上设有旋转排料机构，所述截割机构顶端设有移动机构，所述移动机构上还设有锚固机构；所述锚固机构包括承载板、驱动组件、调节组件及锚杆组件，所述承载板设于所述移动机构顶端，所述驱动组件设于所述承载板顶端，所述调节组件设于所述承载板上相对所述驱动组件的位置，所述锚杆组件呈环形等间距连接于所述调节组件外壁上。本发明通过在行车架头端设置截割机构对地下洞室高薄岩墙实现开挖，截割机构掘进，其底端的铲板机构及旋转排料机构将掘进产生的土质、岩层进行输送处理，截割机构掘进后，通过移动机构带动锚固机构对高薄岩墙进行拱形支护，后对截割机构掘进部分进行深孔预裂爆破，本发明相较现有方法采用对高薄岩墙两侧基本对穿开挖的方式，不仅其施工安全性较高，且施工效率也大幅提升，有利于水利水电工程地下洞室高薄岩墙掘进方式新进程。

3、优选地，所述旋转排料机构包括底座、减速电机、轴盘、旋转杆及匀土板，所述底座对称设于所述铲板机构上，所述减速电机设于所述底座上，所述轴盘套设于减速电机输出端，所述旋转杆呈环形等间距连接于所述轴盘外壁上，所述匀土板呈环形等间距连接于所述轴盘外壁相对所述旋转杆顶端的位置，所述旋转杆与所述匀土板形状适配。

4、优选地，所述移动机构包括滑动底座、滑槽、滑块、气缸及推动杆，所述滑动底座设于所述截割机构顶端，所述滑槽开设于所述滑动底座上，所述滑块底端滑动连接于所述滑槽上，所述滑块顶端连接于所述锚固机构上，所述气缸设于所述截割机构相对所述滑动底座一端的位置，所述推动杆一端连接于所述气缸输出端，所述推动杆另一端连接于所述滑块上。

5、优选地，所述驱动组件包括伺服电机、旋转轴、转动盘及驱动杆，所述伺服电机设于所述承载板顶端，所述旋转轴连接于所述伺服电机输出端，所述转动盘套设于所述旋转轴远离所述伺服电机的一端，所述驱动杆一端连接于所述转动盘外壁上，所述驱动杆另一端连接于所述调节组件上。

6、优选地，所述调节组件包括承载内环、承载外环、插槽、插杆、齿槽、滚轴、内齿环、齿轮及外环板，所述承载内环设于所述承载板上，所述承载外环设于所述承载板相对所述承载内环的位置，所述插槽呈环形等间距开设于所述承载内环及所述承载外环上，所述插杆插设于所述插槽上，所述齿槽开设于所述插杆上，所述滚轴呈环形等间距转动布置于所述承载外环内壁上，所述外环板转动连接于所述承载外环外侧，所述内齿环连接于所述外环板相对所述承载内环与所述承载外环之间的位置，所述齿轮啮合连接于所述内齿环内壁上，所述驱动杆远离所述转动盘一端连接于所述外环板上。

7、优选地，所述锚杆组件包括驱动电机、移动轴筒及旋转锚杆，所述移动轴筒连接于所述插杆远离所述承载外环的一端，所述驱动电机连接于所述移动轴筒一端，所述旋转锚杆转动穿设于所述移动轴筒上，所述旋转锚杆端部连接于所述驱动电机输出端。

8、所述应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，包括以下步骤：

9、s1、掘进操作；

10、截割机构对地下洞室高薄岩墙实现掘进开挖；

11、s2、排土操作；

12、驱动减速电机带动轴盘旋转，轴盘带动其外壁上的旋转杆及匀土板旋转，匀土板将截割机构掘进过程中产生的土质、岩层进行输送处理；

13、s3、锚固支护操作；

14、根据爆破强度确定锚固支护参数后，驱动伺服电机做功，伺服电机带动旋转轴旋转，旋转轴带动转动盘及驱动杆旋转，驱动杆带动外环板旋转，外环板旋转使得滚轴及内齿环转动，内齿环与齿轮啮合使得齿轮旋转，齿轮再与插杆的齿槽啮合，使得插杆在承载内环及承载外环的插槽内移动，插杆移动带动移动轴筒及旋转锚杆移动，调节锚杆组件的锚固范围及大小，驱动气缸冲程使得推动杆推动，推动杆使得滑块带动锚固机构在滑槽上滑动，锚固机构对高薄岩墙进行拱形钻孔后进行拱形支护；

15、s4、爆破操作；

16、对拱形支护后的洞室，根据参数确定爆破药量及强度，进行深孔爆破。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、本发明通过在行车架头端设置截割机构对地下洞室高薄岩墙实现开挖，截割机构掘进，其底端的铲板机构及旋转排料机构将掘进产生的土质、岩层进行输送处理，截割机构掘进后，通过移动机构带动锚固机构对高薄岩墙进行拱形支护，后对截割机构掘进部分进行深孔预裂爆破，本发明相较现有方法采用对高薄岩墙两侧基本对穿开挖的方式，不仅其施工安全性较高，且施工效率也大幅提升，有利于水利水电工程地下洞室高薄岩墙掘进方式新进程。

19、2、本发明通过在铲板机构上设置底座，在底座内部设置减速电机，驱动减速电机带动轴盘旋转，轴盘带动其外壁上的旋转杆及匀土板旋转，匀土板将截割机构掘进过程中产生的土质、岩层进行输送处理，有利于进一步提高地下洞室高薄岩墙掘进的施工效率，减少劳动力，缩短施工周期。

20、3、本发明通过在承载板顶端设置伺服电机，驱动伺服电机做功，伺服电机带动旋转轴旋转，旋转轴带动转动盘及驱动杆旋转，驱动杆带动外环板旋转，外环板旋转使得滚轴及内齿环转动，内齿环与齿轮啮合使得齿轮旋转，齿轮再与插杆的齿槽啮合，使得插杆在承载内环及承载外环的插槽内移动，插杆移动带动移动轴筒及旋转锚杆移动，便于调节锚杆组件的锚固范围及大小，适用于不同施工环境下所需的锚固钻孔位置，有助于实现更加精准的施工控制，从而提高施工质量，例如，通过调整锚固参数可以控制岩墙的变形和位移，进一步提升在施工过程中的稳定性和安全性。

技术特征：

1.一种应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，其特征在于，所述方法基于一种地下洞室高薄岩墙开挖装置来实现，所述地下洞室高薄岩墙开挖装置包括行车架（1），所述行车架（1）底端设有行走履带（2），所述行车架（1）顶端设有驾驶操作室（3），所述行车架（1）头端通过液压系统（4）连接有截割机构（5），所述行车架（1）头端相对所述截割机构（5）下方的位置设有铲板机构（6），所述铲板机构（6）上设有旋转排料机构（7），所述截割机构（5）顶端设有移动机构（8），所述移动机构（8）上还设有锚固机构（9）；

2.根据权利要求1所述的应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，其特征在于，所述旋转排料机构（7）包括底座（701）、减速电机（702）、轴盘（703）、旋转杆（704）及匀土板（705），所述底座（701）对称设于所述铲板机构（6）上，所述减速电机（702）设于所述底座（701）上，所述轴盘（703）套设于减速电机（702）输出端，所述旋转杆（704）呈环形等间距连接于所述轴盘（703）外壁上，所述匀土板（705）呈环形等间距连接于所述轴盘（703）外壁相对所述旋转杆（704）顶端的位置，所述旋转杆（704）与所述匀土板（705）形状适配。

3.根据权利要求2所述的应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，其特征在于，所述移动机构（8）包括滑动底座（801）、滑槽（802）、滑块（803）、气缸（804）及推动杆（805），所述滑动底座（801）设于所述截割机构（5）顶端，所述滑槽（802）开设于所述滑动底座（801）上，所述滑块（803）底端滑动连接于所述滑槽（802）上，所述滑块（803）顶端连接于所述锚固机构（9）上，所述气缸（804）设于所述截割机构（5）相对所述滑动底座（801）一端的位置，所述推动杆（805）一端连接于所述气缸（804）输出端，所述推动杆（805）另一端连接于所述滑块（803）上。

4.根据权利要求3所述的应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，其特征在于，所述驱动组件（902）包括伺服电机（9021）、旋转轴（9022）、转动盘（9023）及驱动杆（9024），所述伺服电机（9021）设于所述承载板（901）顶端，所述旋转轴（9022）连接于所述伺服电机（9021）输出端，所述转动盘（9023）套设于所述旋转轴（9022）远离所述伺服电机（9021）的一端，所述驱动杆（9024）一端连接于所述转动盘（9023）外壁上，所述驱动杆（9024）另一端连接于所述调节组件（903）上。

5.根据权利要求4所述的应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，其特征在于，所述调节组件（903）包括承载内环（9031）、承载外环（9032）、插槽（9033）、插杆（9034）、齿槽（9035）、滚轴（9036）、内齿环（9037）、齿轮（9038）及外环板（9039），所述承载内环（9031）设于所述承载板（901）上，所述承载外环（9032）设于所述承载板（901）相对所述承载内环（9031）的位置，所述插槽（9033）呈环形等间距开设于所述承载内环（9031）及所述承载外环（9032）上，所述插杆（9034）插设于所述插槽（9033）上，所述齿槽（9035）开设于所述插杆（9034）上，所述滚轴（9036）呈环形等间距转动布置于所述承载外环（9032）内壁上，所述外环板（9039）转动连接于所述承载外环（9032）外侧，所述内齿环（9037）连接于所述外环板（9039）相对所述承载内环（9031）与所述承载外环（9032）之间的位置，所述齿轮（9038）啮合连接于所述内齿环（9037）内壁上，所述驱动杆（9024）远离所述转动盘（9023）一端连接于所述外环板（9039）上。

6.根据权利要求5所述的应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，其特征在于，所述锚杆组件（904）包括驱动电机（9041）、移动轴筒（9042）及旋转锚杆（9043），所述移动轴筒（9042）连接于所述插杆（9034）远离所述承载外环（9032）的一端，所述驱动电机（9041）连接于所述移动轴筒（9042）一端，所述旋转锚杆（9043）转动穿设于所述移动轴筒（9042）上，所述旋转锚杆（9043）端部连接于所述驱动电机（9041）输出端。

7.如权利要求6所述的应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种应用于水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法，涉及水利水电工程技术领域，旨在解决水利水电地下洞室高薄岩墙开挖方法效率不高的技术问题，该方法基于一种地下洞室高薄岩墙开挖装置来实现，该地下洞室高薄岩墙开挖装置包括行车架，本发明通过在行车架头端设置截割机构对地下洞室高薄岩墙实现开挖，其底端的旋转排料机构将掘进产生的土质、岩层进行输送处理，截割机构掘进后，通过移动机构带动锚固机构对高薄岩墙进行拱形支护，后对截割机构掘进部分进行深孔预裂爆破，本发明相较现有方法采用对高薄岩墙两侧基本对穿开挖的方式，不仅其施工安全性较高，且施工效率也大幅提升，有利于水利水电工程地下洞室高薄岩墙掘进方式新进程。

技术研发人员：曾祖苗,陈尊艺,郑约
受保护的技术使用者：浙江富江建设集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23