具体实施方式

本发明实施例公开了一种联络通道掘进装备，以解决现有联络通道施工设备无法直接破除钢筋混凝土管片、管片破除效率低等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5，图1为本发明实施例提供的一种联络通道掘进装备的结构示意图；图2为本发明实施例提供的联络通道掘进装备位于始发端截面的结构示意图；图3为本发明实施例提供的联络通道掘进装备位于接收端截面的结构示意图；图4为本发明实施例提供的联络通道始发端的主隧道布局结构示意图；图5为本发明实施例提供的联络通道掘进装备掘进示意图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供的联络通道掘进装备27，包括掘进装备本体和可转动设于掘进装备本体上的掘进刀具。其中，掘进刀具连接有驱动装置为其提供动力来源，如电机、液压马达等动力设备，掘进刀具一般设置在掘进装备本体沿掘进方向的前端，以能够与土体充分接触进行土体破碎，同时，掘进刀具的旋转轴线与掘进装备本体的轴线共线，以便于安装定位；优选地，掘进刀具如设置为弧形刀盘1，以增加与土体的接触面积，弧形刀盘1的圆心朝向土体或朝向掘进装备本体一侧，可根据需要进行弧形刀盘1的设置。

具体的，上述装置还包括切割刀具、转动驱动装置7和滑移驱动装置4。切割刀具前端设有刀体且能够对管片进行切割，切割刀具设在掘进装备本体上，优选为切割刀具与掘进装备本体的轴线间的距离大于或等于掘进装备本体的最大半径，以在切割刀具对管片进行切割后，掘进刀具和掘进装备本体能够通过该切缝，防止切割刀具切口过小与掘进刀具发生干扰，损坏掘进刀具，便于接收端接收设备实现对掘进装备的接收。

其中，转动驱动装置7与切割刀具连接、以带动切割刀具绕掘进装备本体的轴线转动；转动驱动装置7优选为电机和联轴器的组合结构，包括但不限于电机和联轴器的组合，也可以是马达等驱动装置。切割刀具在转动驱动装置7的带动下实现全回转运动进行管片切割；滑移驱动装置4优选为气缸或液压缸中的一者，也可以为齿轮，链等机构，只要能够达到相同的技术效果即可，滑移驱动装置4与切割刀具连接、以带动切割刀具沿掘进装备本体的轴向移动，由此以相对于掘进装备本体移动，使得切割刀具沿轴向移动预设距离后进行切割作业，同时在切割刀具对管片切割后回缩进行收纳，防止对掘进刀具的掘进运动造成干扰；在另一种实施例中，滑移驱动装置4带动切割刀具沿掘进装备本体的轴向移动，在移动过程中实现切割刀具的切割作业，能够对具有一定轴向长度的管片或钢筋混凝土进行切割，而在此过程中掘进装备本体无需沿轴向移动，掘进刀具在切割刀具作业后进行掘进作业，以能够对钢筋混凝土体进行有效挖掘作业，实现联合作业，提高掘进效率，降低整机扭矩和推力需求。

相较于现有技术，应用本发明提供的联络通道掘进装备27，具有以下技术效果：

通过切割刀具对钢筋混凝土管片进行切割，掘进刀具对土体进行掘进，以分别进行管片切割和土体掘进，在始发端可通过掘进刀具直接对始发端管片进行粉碎破除，无需人工辅助排除破碎管片；在接收端通过切割刀具对钢筋混凝土管片进行切割，以解决接收端主隧道管片19与刀盘1呈反弧接触，难以快速破除管片的问题；滑移驱动装置4带动切割刀具相对于掘进装备本体轴向移动，同时转动驱动装置7带动切割刀具绕掘进装备本体的轴线转动，以实现对管片的切割。

为了简化装置结构，同时降低掘进装备推力需求，掘进刀具的旋转轴线与掘进装备本体的轴线重合；通过一个转动驱动装置7同时为切割刀具和掘进刀具提供动力，简化整机设备，同时在掘进装备整机向前掘进时，降低始发端反力支撑系统14的动力需求；同时，转动驱动装置7的输出端沿轴向凸出于掘进装备本体的端壁设置，掘进刀具经转动驱动装置7的输出端与掘进装备本体连接，由此以使得掘进刀具在转动过程中，掘进装备本体保持相对静止，仅通过转动驱动装置7带动掘进刀具旋转实现掘进，由此以降低所需扭矩功率。

在一种实施例中，为了优化装置结构，以实现转动驱动装置7对切割刀具和掘进刀具的动力输出，掘进刀具设有用于连接掘进刀具和切割刀具的锁定组件8，在锁定时转动驱动装置7能够经锁定组件8带动切割刀具转动，在解除锁定时，转动驱动装置7能够单独带动掘进刀具转动，以进一步降低掘进所需扭矩功率。锁定组件8可设置为键结构，根据需要设置锁定组件8的具体结构。在该实施例中，掘进刀具上设有沿轴向设置的通孔或让位槽，以通孔为例进行说明，当切割刀具沿轴向移动时穿过通孔，由此实现孔轴配合进行锁定，在转动驱动装置7的驱动下，掘进刀具通过孔轴配合带动切割刀具转动，此时切割刀具优选为一端套装在掘进装备本体上，在切割刀具的另一端沿环向均匀设置若干个刀体，此处仅为一种优选的实施方式。

在另一种实施例中，切割刀具为回转筒体3，其套装在掘进装备本体上且在掘进刀具的外侧套设，即切割刀具在滑移驱动装置4的带动下经过掘进刀具的端壁沿掘进方向向前移动，回转筒体3的前端设置刀体，优选地，刀体的周向侧壁至掘进装备本体的轴线间的距离大于或等于掘进装备本体与掘进装备本体的轴线间的距离，以使切割刀具的切缝能够使得掘进装备本体通过，在掘进装备行至接收端时，能够更好地与接收端的接收设备配合以提高接收端的密封性，防止涌水、涌砂现象。优选地，切割刀具的切缝的直径大于掘进装备本体的最大直径，以防止在掘进装备沿掘进方向作业时，掘进装备本体的外壁与联络通道的内壁发生摩擦甚至出现卡死现象，为掘进装备本体的掘进作业造成阻碍，同时防止推进压力增大容易损坏始发端反力支撑系统14。

基于上述实施例，掘进刀具的周向侧壁与掘进装备本体的轴线间的距离小于切割刀具的周向侧壁与掘进装备本体的轴线间的距离，则锁定组件8可为在掘进刀具的端壁处设置的键或卡块，在切割刀具上设置锁止槽，由此以实现切割刀具和掘进刀具的锁定，以在转动驱动装置7的带动下实现动力传输。锁定组件8的组数为多组，在掘进刀具上沿周向均匀设置；其中，锁定组件8包括锁定动力件和锁止件，锁定动力件的固定端与掘进刀具固连，锁定动力件的活动端连接有锁止件，锁定动力件带动锁止件向靠近或远离切割刀具的方向移动，以实现锁止件和锁止孔的配合，进行锁定/解除锁定，锁定动力件的移动方向优选为沿掘进装备本体的径向移动。其中，锁定动力件优选为气缸或液压缸的一者，也可以是齿轮、链等结构，可根据需要进行设置；切割刀具上设有当切割刀具沿轴向移动预设距离时能够与锁止件配合的锁止位，锁止位可由锁止孔或锁止槽形成，以锁止孔为例进行说明，当切割刀具在滑移驱动装置4的带动下沿掘进方向向前移动预设距离时，锁止孔与锁止件相对，此时锁定动力件带动锁止件向靠近锁止孔的方向移动，锁止件伸入至锁止孔内实现锁定，以使得切割刀具和掘进刀具间固定，能够在转动驱动装置7作用下转动，以实现切割作业；当切割刀具作业完成后，锁定动力件带动锁止件向远离锁止孔的方向移动，锁止件解除与锁止孔的锁定关系，切割刀具能够在滑移驱动装置4的带动下沿掘进方向向后移动，此时转动驱动装置7在转动时仅带动掘进刀具转动，以实现掘进和切割的分体作业，降低掘进作业所需扭矩功率。

可以理解的是，上述预设距离等于滑移驱动装置4的伸出长度，滑移驱动装置4的伸出长度可根据待切割管片的曲率半径、掘进刀具的轴线尺寸等因素进行设置，如当掘进刀具为弧形刀盘1时，滑移驱动装置4的伸出长度应使得切割刀具的径向端面沿掘进方向位于掘进刀具的径向端面的前方，以使得切割刀具对管片/钢筋混凝土体进行切割时，掘进刀具不会对其切割造成干扰，同时防止掘进刀具与未切割管片/钢筋混凝土体接触，造成刀具变形或损伤；可以理解的是，本申请中的切割刀具可以在接收端管片为钢筋混凝土管片时对其进行切割，也可以当在联络通道在掘进过程中出现钢筋混凝土体时，优先通过切割刀具对钢筋混凝土体进行切割，再通过掘进刀具对土体进行破碎掘进，以与掘进刀具辅助配合实现掘进作业，提高掘进效率。

可以理解的是，当掘进刀具的周向侧壁与掘进装备本体的轴线间的距离小于切割刀具的周向侧壁与掘进装备本体的轴线间的距离时，掘进刀具掘进形成的孔洞直径小于掘进装备本体的外径，掘进装备本体在穿过掘进孔洞时易出现堵塞或卡死现象，同时会造成始发端反力支撑系统14的损坏；基于此，该装置还包括辅助刀具和辅助刀具动力驱动装置，其中，辅助刀具设于掘进刀具靠近切割刀具的端部；辅助刀具动力驱动装置用以带动辅助刀具相对于掘进刀具的端壁伸出/回缩移动；当切割刀具需进行切割作业而与掘进刀具通过锁定组件8固定时，辅助刀具动力驱动装置带动辅助刀具回缩，此时辅助刀具不超过掘进刀具的端壁，以对切割刀具的移动进行让位；当掘进刀具需进行掘进作业时，辅助刀具动力驱动装置带动辅助刀具伸出；优选地，辅助刀具伸出时、辅助刀具与掘进装备本体的轴线间的距离大于或等于掘进装备本体的半径，该外径为最大半径，以辅助掘进刀具进行掘进。由此设置，以使得辅助刀具和掘进刀具共同形成的掘进孔洞的直径大于掘进装备本体的外径，以防止掘进孔洞过小时、掘进装备本体通过困难易造成始发端反力支撑系统14损坏，。在一种实施例中，掘进刀具为弧形刀盘1，辅助刀具所在平面处于弧形刀盘1的周向延展面上，由此以进一步提高刀具和掘进刀具的配合度，优化掘进效果。

在该具体实施例中，掘进刀具和所述掘进装备本体间形成用以存储土体的土仓；所述掘进刀具包括是指与所述转动驱动装置套装的刀盘1；所述刀盘1是前断面呈弧形的弧形刀盘；

所述锁定组件8沿所述掘进装备本体的轴线方向设于所述刀盘1上并固定，所述刀盘1设有用于使所述锁定组件8沿垂直于所述掘进装备本体的轴线方向伸出的径向通孔或槽。所述锁定组件8沿所述掘进装备本体的轴线方向设于所述刀盘1上并固定，所述刀盘1上设有使所述锁定组件沿垂直于所述掘进装备本体的轴线方向伸出的径向通孔或槽，通过该径向通孔或槽对锁定组件8的移动进行导向。

具体的，辅助刀具动力驱动装置为锁定组件8，锁定组件8朝向掘进方向的侧壁上设有用于容纳辅助刀具以使其能够穿过径向通孔的安装槽；安装槽中设有与辅助刀具连接、带动辅助刀具凸出于安装槽进行辅助掘进的辅助伸出装置。锁定动力件的一端与盾体隔板2固定，锁止件上设置安装槽，在锁定组件8穿过径向通孔前，辅助刀具设置在安装槽中，且辅助刀具不超过锁止件的周向侧壁，以便于锁定组件8穿过径向通孔，在锁止件沿径向通孔伸出后，辅助伸出装置带动辅助刀具伸出，辅助伸出装置优选为油缸，也可以是齿轮，链等装置。推动辅助刀具绕安装槽中的旋转轴翻转以实现伸出，伸出后的辅助刀具平行于掘进装备本体的轴向；在掘进作业完成后，进行相反操作以实现辅助刀具的缩回。可以理解的是，辅助刀具优选设置在锁止件沿自身轴向的端壁处，以便于根据辅助刀具与掘进装备本体的轴线距离计算辅助刀具动力驱动装置的伸出距离，锁止件的端壁与掘进装备本体的轴线间的距离不超过辅助刀具与掘进装备本体的轴线间的距离。

在上述各实施例的基础上，掘进装备本体包括掘进筒体和沿掘进装备本体的径向设于掘进筒体的端壁处的盾体隔板；转动驱动装置7的伸出端贯穿盾体隔板与掘进刀具连接，由此以使转动驱动装置7带动掘进刀具转动时，不会与盾体隔板产生摩擦。滑移驱动装置4的一端与盾体隔板固连，滑移驱动装置4的另一端经回转轴承5与切割刀具连接，掘进筒体设有用以安装切割刀具的中空夹层，以切割刀具为回转筒体3为例进行说明，回转筒体3经回转轴承5套装于掘进筒体的中空夹层中，回转轴承5与回转筒体3的末端连接且设置在中空夹层中与掘进筒体间隙配合，中空夹层对应的内壁上设置有平行于轴向设置的连通槽，连通槽贯穿内壁的壁厚方向，以实现滑移驱动装置4与回转轴承5的连接，滑移驱动装置4带动回转轴承5沿连通槽进行移动，实现切割刀具的伸出；通过回转轴承5保证转动驱动装置7带动切割刀具转动时、切割刀具与滑移驱动装置4的相对运动。

具体的，切割刀具的刀体沿掘进装备本体的轴向设置在中空夹层的外侧，一种实施例中，刀体的外壁与掘进筒体的外壁处于同一平面内，以保证刀体与掘进装备本体的轴线间距等于掘进筒体的外径；或者，刀体的外壁凸出于掘进筒体的外壁，以使得刀体与掘进装备本体的轴线间距大于掘进筒体的外径，以使得切割刀具形成的环缝便于掘进装备本体通过。滑移驱动装置4包括但不限于单杆液压油缸或双杆液压油缸、马达和齿轮组合机构，均在本发明的保护范围内。

为了控制掘进方向，掘进装备本体还包括：

与掘进筒体的尾部端壁相对设置、用以连接联络通道管片的管片连接筒体；

管片连接筒体和掘进筒体间设有用于连接二者的若干个纠偏油缸10，全部纠偏油缸10沿掘进装备本体的周向均匀设置。

可以理解的是，管片连接筒体和掘进筒体之间仅通过纠偏油缸10连接，管片连接筒体的外径和掘进装备筒体的尾部端壁外径一致，纠偏油缸10的两端分别与管片连接筒体和掘进筒体铰接，通过控制各纠偏油缸10的伸出量控制掘进方向，全部纠偏油缸10与主隧道内台车上的控制系统26连接，实时监控掘进方向并控制纠偏油缸10进行纠偏。

在该具体实施例中，还包括：

设于掘进筒体形成的腔体内、用以对掘进刀具破碎的土体进行收集和输送的螺旋输送机9，与螺旋输送机9连接、用以将破碎土体输送至联络通道外部的闸门11和出渣组件12；与螺旋输送机9连接以提供动力的驱动组件13。

螺旋输送机9的首端凸出于盾体隔板设置，以对土仓的土体进行收集，螺旋输送机9的首端设置在盾体隔板的底部，且螺旋输送机9自首至尾向上倾斜设置，依靠土仓6压力和水土压力的平衡以及螺栓轴和叶片的转动实现渣土输送，驱动组件13连接在螺栓输送机的外壳上，为螺栓输送机提供动力，出渣组件12与闸门11连接，配备柱塞泵或挤压泵以将渣土通过出渣组件12直接排至主隧道，实现快速连续排渣。在其他实施例中，也可以采用渣土车或皮带机进行出渣，均在本发明的保护范围内。

在一种具体的实施例中，联络通道掘进系统包括联络通道掘进装备27、出渣系统、导向纠偏系统、设置在始发端台车16和接收端台车22上的反力支撑系统、设置在始发端台车16上的推进装置、设置在始发端和接收端的密封组件、设置在始发端主隧道内的各节台车及其上的后配套系统；联络通道掘进装备27采用回转筒体3可伸缩结构，在始发端采用弧形刀盘1直接破碎特制管片并排出，掘进过程采用弧形刀盘1快速开挖，接收端采用回转筒体3进行全回转切削钢筋混凝土管片。

始发端反力支撑系统14和接收端反力支撑系统23分别设置在始发端与接收端对应主隧道台车上，通过展开支撑架32撑紧在主隧道管片19壁面上，不仅提供设备顶推反力支持，也对主隧道起支护作用。支撑架32上设置有支撑油缸33、与主隧道管片19内壁面相配合的承载面板31等结构。推进装置包括油缸支架、推进油缸和顶铁。油缸架装在联络通道始发端主隧道对应台车上，背靠反力支撑系统；油缸顶在顶铁上推进管片29；顶铁为与联络通道18的管片29大小相符的高强度碳钢制品。

密封组件设置在始发端与接收端主隧道管片19上。始发密封组件17包括固定在联络通道18端部的主隧道管片19上的始发筒、设置在始发筒内壁上的密封刷。始发筒安装于始发侧主隧道壁上，外径大于掘进后所形成的联络通道18直径，内径大于盾体和管片29外径。密封刷避免掘进过程中发生涌水、涌沙等现象，保证回转筒体3在掘进过程中的密封效果。接收密封组件21可根据联络通道施工装备的掘进方向以及各掘进参数及尺寸进行安装，以便顺利完成接收工作。

后配套系统包括设置在联络通道始发端主隧道内台车上的电气系统24、液压系统25、控制系统26、注浆减摩系统28、管片吊运系统30；始发端台车16采用模块化设计，前后台车间设置有连接结构，各节台车及附属设备可在外部组装完成，由牵引设备牵引至联络通道18开挖位置直接进行掘进，避免了洞内组装并增加掘进效率。管片29为半分块形式或者整环形式，整环管片无需拼接，节省管片安装时间；半分块管片运输方便，上下分块管片角度不同，具体角度值根据实际施工情况来定，上下分块角度合为360°，管片29配置有密封装置，避免出现漏水、漏沙现象，在掘进方向和环向方向上还设置有连接螺栓。

本发明提供的一种联络通道施工方法，方法包括：

a：驱动掘进刀具直接破碎始发端主隧道管片；弧形刀盘与始发端主隧道管片顺弧接触，可快速破除主隧道管片；

b：驱动掘进刀具沿预设掘进路线向前掘进，同时在开挖的通道形成支撑；

c：当掘进刀具抵达接收端管片时，驱动切割刀具相对土体转动并向前伸出，以相对掘进刀具露出切割刀具，并对接收端管片进行环形切割。在一种实施例中，切割刀具和掘进刀具均固设在掘进装备上，切割刀具相对于土体向前伸出时，也同时相对于掘进刀具和掘进装备向前伸出，切割刀具优选为切割筒体，在使用时仅切割刀具伸出，掘进刀具和掘进装备保持相对固定，其便于设置，同时保持掘进装备整体的刚度，提高装置的稳定性。

相较于现有技术，应用本发明提供的联络通道施工方法，具有以下技术效果：

通过切割刀具对钢筋混凝土管片进行切割，掘进刀具对土体进行掘进，以分别进行管片切割和土体掘进，在始发端可通过掘进刀具直接对始发端管片进行粉碎破除，无需人工辅助排除破碎管片；在接收端通过切割刀具对钢筋混凝土管片进行切割，接收端管片无需特制，以解决接收端主隧道管片与刀盘呈反弧接触，难以快速破除管片的问题。

具体的掘进过程包括：

步骤一、主隧道施工位置周边加固。对联络通道18的始发端和接收端处及其周边的主隧道管片19进行加固处理，满足推进力传递需求，防止破坏主隧道管片19；

步骤二、设备整体组装和调试。将联络通道施工装备始发密封组件17、推进系统15、反力支撑系统、主机安装放置在联络通道始发端面处对应的台车上，其它台车分别安装放置附属设备；

步骤三、刀盘1开始破除管片并沿设定路线掘进(按照设计方向，可与隧道呈任意角度)。始发端管片(需要特制)采用弧形刀盘1进行破除，并同步出渣，避免了人工破碎管片的过程。刀盘1、回转筒体3共用一个主驱动，掘进时采用刀盘1切削土体并同步出渣，出渣采用螺旋加泵送或皮带机出渣的形式。切削下来的土体掉入土仓6并由螺旋输送机9运输至尾部，由出渣组件12将渣土排出；

步骤四、管片29拼装顶进。完成一个行程的推进后，通过管片吊装系统在联络通道始发口处拼装新的管片29，由推进系统15顶进新管片继续掘进，重复上述推进过程，直至达到联络通道18的接收端；

步骤五、接收端安装洞门密封组件及接收筒20。待施工装备即将贯通时，将接收端台车22通过牵引装置牵引至联络通道18对应的接收位置，完成固定；待接收端密封组件安装固定，满足施工装备接收需求后，继续推进联络通道18施工装备和管片29；

步骤六、回转筒体3伸出，切削接收端管片。到达接收端管片位置时，伸缩油缸回缩，回转筒体3伸出，锁定组件将刀盘1与回转筒体3连接一体，转动驱动装置7带动与刀盘1一体的回转筒体3切削钢筋混凝土管片；切削完毕，主机按照预计方案接收、从主隧道运出。

步骤七、隧道成型，后期处理。

在联络通道施工装备掘进过程中，通过经纬仪和激光靶对主机姿态进行实时测量并反馈给操作人员，通过控制纠偏油缸10进行设备姿态调整，还可运用全站仪棱镜组或其他测量技术。

上述装置创造性的使用了筒体可伸缩式结构，满足全回转破管片与刀盘1开挖切换作业；接收端采用全回转方式切削管片(钢筋混泥土管片，无需特制)，相较于现有联络通道的顶管/盾构机采用弧形刀盘1，在接收端主隧道管片19与刀盘1呈反弧接触，难以快速破除管片来说，采用全回转方式(回转筒体3伸出)可快速切削破除接收段管片；始发端采用弧形刀盘1破碎管片，避免了全回转式需要人工破碎管片的步骤，也不用设置密封闸门11，大大提高掘进效率；掘进过程采用刀盘1快速开挖，出渣同步进行，效率高；转动驱动装置7设置在掘进装备本体头部，回转筒体3与刀盘1共用同一套驱动；更低的扭矩和推力需求，降低装机功率，更节能经济；只有前端壳体转动，后部管节不转动，减少动力需求，装机功率更低；同时可采用混凝土管片作为管节支护，减少施工支护成本和设备成本。

术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。