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1、第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 一一、用途用途 道掘进技术是随着现代交通运输道掘进技术是随着现代交通运输、地下工程地下工程、矿山开矿山开 采采、水利工程水利工程、市政建设以及电气通讯设施的发展而发展市政建设以及电气通讯设施的发展而发展 起来的一种工程建设技术起来的一种工程建设技术。 随着地下空间的开发随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于软盾构技术已广泛地应用于软 土层的地铁土层的地铁、隧道隧道、市政管道等工程领域市政管道等工程领域。 二二、分类分类 目前目前，隧道掘进有三种方法隧道掘进有三种方法：钻爆法钻爆法、掘进机法和盾掘进机法和盾 构法
2、构法。隧道的掘进方法不同隧道的掘进方法不同，所采用的设备各异所采用的设备各异。 第一节第一节概概 述述 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 1、钻爆法钻爆法 钻爆法先需在工作面上钻出炮眼钻爆法先需在工作面上钻出炮眼，将炸药装入炮眼内进将炸药装入炮眼内进 行爆破行爆破，然后用装载机械把爆碎后的岩块运走然后用装载机械把爆碎后的岩块运走。钻爆法开挖钻爆法开挖 装药和爆破仍由人工操作为主装药和爆破仍由人工操作为主。 2、掘进法掘进法 掘进法没有钻眼爆破工序掘进法没有钻眼爆破工序，直接用掘进机的刀具破落岩直接用掘进机的刀具破落岩 石形成所需形状的隧道石形成所需形状的隧道，并同时将破落下来的岩块运走并
3、同时将破落下来的岩块运走，实实 现落现落、装装、运一体化运一体化。当隧道长度与隧道断面直径比超过当隧道长度与隧道断面直径比超过600 时时，采用采用掘进法掘进法开凿隧道是经济的开凿隧道是经济的。 3、盾构法盾构法 盾构法是一种集开挖盾构法是一种集开挖、支护支护、衬砌等多种作业于一体的大衬砌等多种作业于一体的大 型隧道施工方法型隧道施工方法，也是现阶段世界上修建隧道最先进的施工也是现阶段世界上修建隧道最先进的施工 方法之一方法之一。 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 三三、国内外状况及发展趋势国内外状况及发展趋势 1、国内外状况国内外状况 我国我国1966年生产出第一台直径年生产出第一台直
4、径3.4m的掘进机的掘进机。20世纪世纪 70年代进入工业性试验阶段年代进入工业性试验阶段。80年代进入实用性阶段年代进入实用性阶段。但但 是是，我国目前仍然以钻孔爆破法掘进为主我国目前仍然以钻孔爆破法掘进为主。 世界上著名的岩石掘进机制造厂商是美国的罗宾斯世界上著名的岩石掘进机制造厂商是美国的罗宾斯 （Robbins）公司和贾瓦公司和贾瓦（Jarva）公司公司、德国的沃斯德国的沃斯 （Wirth）公司和德马克公司和德马克（Demag）公司以及瑞典的阿特拉公司以及瑞典的阿特拉 斯斯 科普柯科普柯（Atlas Copco）公司公司。而软土掘进机则以日本川而软土掘进机则以日本川 崎重工业公司生产的
5、最为著名崎重工业公司生产的最为著名。 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 2、发展趋势发展趋势 （1 1）隧道掘进机的断面尺寸具有向超大隧道掘进机的断面尺寸具有向超大、微小两个方微小两个方 向发展的趋势向发展的趋势。 （2 2）随着计算机硬件和软件的迅速发展随着计算机硬件和软件的迅速发展，计算机优化计算机优化 设计的应用和开发设计的应用和开发，全自动化的隧道掘进机也是未来发展全自动化的隧道掘进机也是未来发展 方向之一方向之一。 3 3、盾构机在我国的应用前景盾构机在我国的应用前景 目前目前，我国处于高速发展时期我国处于高速发展时期，铁路铁路、公路公路、水电水电、 市政及有关管线等基础设施建
6、设的需求大市政及有关管线等基础设施建设的需求大，隧道及地下工隧道及地下工 程建设较以往无论在规模或数量上都有了大幅度的提高程建设较以往无论在规模或数量上都有了大幅度的提高。 相当一部分隧道将会采用先进的盾构法施工相当一部分隧道将会采用先进的盾构法施工。 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 第二节第二节 凿岩机凿岩机 一一、凿岩机的工作原理凿岩机的工作原理 凿岩机是一种在岩壁上钻凿炮眼用的钻眼机械凿岩机是一种在岩壁上钻凿炮眼用的钻眼机械，或或 称钻眼机具称钻眼机具。它按冲击破碎岩石的原理进行工作它按冲击破碎岩石的原理进行工作，如图如图7- 1所示所示。 图图7 7- -1 1凿岩机的工作原理
7、凿岩机的工作原理 1 1- -凿岩机凿岩机；2 2- -钎子钎子；a a- -活塞活塞( (冲击锤冲击锤) )；b b- -缸体缸体：c c- -钎杆钎杆；d d- -钎头钎头 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 二二、凿岩机的种类凿岩机的种类 按凿岩所用机动力可分按凿岩所用机动力可分：气动气动、电动电动、内燃和液压内燃和液压 四类四类。 按凿岩机支承和推进方式可分按凿岩机支承和推进方式可分：手持式手持式、气腿式气腿式、 伸缩式和导轨式伸缩式和导轨式。 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 三三、液压凿岩机液压凿岩机 1、概述概述 是在气动凿岩机的基础上发展起来的一种凿岩机是在气动凿岩机
8、的基础上发展起来的一种凿岩机。它以它以 高压液体为动力高压液体为动力，推动活塞在缸体内往复运动推动活塞在缸体内往复运动，冲击钎杆能冲击钎杆能 克服气动凿岩机存在的问题和缺陷克服气动凿岩机存在的问题和缺陷。与气动凿岩机相比与气动凿岩机相比，液液 压凿岩机具有以下优点压凿岩机具有以下优点： (1) 动力消耗少动力消耗少，能量利用率高能量利用率高。 (2) 凿岩速度高凿岩速度高，作业条件好作业条件好。 (3)液压凿岩机的运动件都在油液中工作液压凿岩机的运动件都在油液中工作，润滑条件好润滑条件好。 (4)操作方便操作方便，适应性强适应性强。 由于液压凿岩机制造和维护技术要求较高由于液压凿岩机制造和维护
9、技术要求较高，目前还不能目前还不能 完全代替气动凿岩机完全代替气动凿岩机。 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 2、液压凿岩机的结构和工作原理液压凿岩机的结构和工作原理 例例：国产国产YYG- 80型液压凿岩机的结构型液压凿岩机的结构（图图7- 2 ）。）。 该凿岩机的冲击机构属于前后腔交替进回油式该凿岩机的冲击机构属于前后腔交替进回油式，采用滑阀采用滑阀 配油配油。冲击机构由缸体冲击机构由缸体4、活塞活塞5和滑阀和滑阀12等组成等组成。转钎机构由转钎机构由 摆线转子液压马达摆线转子液压马达11、减速齿轮减速齿轮10、7及冲击杆及冲击杆8等组成等组成。 图图7- 2 YYG- 80型液压凿
10、岩机结构型液压凿岩机结构 1- 回程蓄能器壳体回程蓄能器壳体；2- 活塞活塞；3- 铜套铜套；4- 缸体缸体；5- 活塞活塞；6- 銅套銅套；7- 齿轮齿轮； 8- 冲击杆冲击杆；9- 水套水套；10- 齿轮齿轮；11- 液压马达液压马达；12- 滑阀滑阀；13- 进油管进油管 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 YYG- 80型液压凿岩机型液压凿岩机冲击配油机构冲击配油机构的工作原理的工作原理（图图7- 3） 1- 活塞活塞；2- 滑阀滑阀； 3- 回程蓄能器回程蓄能器； 4- 钎尾钎尾； 5- 主油路蓄能器主油路蓄能器 图图7- 3a为活塞冲程开始时的油液经孔为活塞冲程开始时的油液经孔
11、e、滑阀滑阀K腔腔、Q腔流入回油管腔流入回油管O回回 油箱油箱。此时两端此时两端E腔腔、F腔均通油箱腔均通油箱，阀芯保持不动阀芯保持不动。当活塞运动到一定位当活塞运动到一定位 置时置时，A腔与腔与b口接通口接通，部分高压油经部分高压油经b孔到阀芯左端孔到阀芯左端E腔腔，而阀芯右端而阀芯右端F腔腔 经孔经孔d、缸体缸体B腔和腔和c孔回油箱孔回油箱，在压力差作用下在压力差作用下，阀芯右移阀芯右移，同时活塞冲击同时活塞冲击 钎尾钎尾，完成冲击行程完成冲击行程，开始返回行程开始返回行程。 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 图图7- 3b为活塞返回行程开始时的情况为活塞返回行程开始时的情况。此时压
12、力油经滑阀此时压力油经滑阀H腔腔、e 孔孔 进入活塞右端进入活塞右端M腔腔，活塞左端活塞左端A腔经腔经a孔孔、滑阀滑阀N腔回油箱腔回油箱，活塞被推动左活塞被推动左 移移。当活塞移动到打开当活塞移动到打开d孔时孔时，M腔部分压力油经孔腔部分压力油经孔d作用在阀芯右端作用在阀芯右端，推推 动阀芯左移油流换向动阀芯左移油流换向，回程结束并开始下一个循环的冲程回程结束并开始下一个循环的冲程。 在活塞左移过程中在活塞左移过程中，当活塞左端关闭当活塞左端关闭f孔后孔后，D腔内油液被压缩腔内油液被压缩，使回使回 程蓄能器程蓄能器3储存能量储存能量，同时还可对活塞起缓冲作用同时还可对活塞起缓冲作用。当冲程开始
13、时当冲程开始时，该蓄能该蓄能 器就释放能量器就释放能量，以加快活塞向前运动的速度以加快活塞向前运动的速度，提高冲击力提高冲击力。 1- 活塞活塞；2- 滑阀滑阀； 3- 回程蓄能器回程蓄能器； 4- 钎尾钎尾； 5- 主油路蓄能器主油路蓄能器 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 凿岩台车是凿岩台车是20世纪世纪70年代发展起来的一种钻孔设备年代发展起来的一种钻孔设备。 它将一台或数台高效能的凿岩机连同推进装置一起安装在它将一台或数台高效能的凿岩机连同推进装置一起安装在 钻臂导轨上钻臂导轨上，并配以行走机构实现凿岩作业的机械化并配以行走机构实现凿岩作业的机械化。 凿岩台车按钻臂的多少分为双臂
14、凿岩台车按钻臂的多少分为双臂、三臂和多臂式三臂和多臂式；按按 行走机构分为轨轮式行走机构分为轨轮式、轮胎式和履带式轮胎式和履带式。其控制方式有液其控制方式有液 压控制压控制、气压控制和液压与气压联合控制三种气压控制和液压与气压联合控制三种。 以以CTJ- 3型凿岩台车为例型凿岩台车为例（图图7- 4 ）说明凿岩台车的结说明凿岩台车的结 构构 。 第三节第三节 凿岩台车凿岩台车 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 图图7- 4 CTJ- 3型掘进凿岩台车型掘进凿岩台车 1- 推进器推进器；2- 侧支臂侧支臂；3- 凿岩机凿岩机；4- 中间支臂中间支臂；5- 前支撑液压缸前支撑液压缸；6- 行
15、走机构行走机构； 7- 支撑液压缸支撑液压缸；8- 进风管进风管；9- 摆动机构摆动机构；10- 操纵台操纵台；11- 司机座司机座；12- 配重配重 结构组成结构组成：推进器推进器1、两侧相同的两个支臂两侧相同的两个支臂2、一个中间支臂一个中间支臂 4、凿岩机凿岩机3、轮胎行走机构轮胎行走机构6以及气压以及气压、液压和供水系统液压和供水系统。 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 一一、推进器推进器（图图7- 5） 是导轨式凿岩机的轨道是导轨式凿岩机的轨道，并提供凿岩机工作所需的轴并提供凿岩机工作所需的轴 向推进力向推进力。CTJ- 3型凿岩台车采用气动马达型凿岩台车采用气动马达 丝杠推进器丝杠推进器。 图图7- 5CTJ- 3型掘进凿岩台车的推进器型掘进凿岩台车的推进器 l- 风马达风马达；2- 丝母丝母；3- 丝杠丝杠；4- 补偿液压缸补偿液压缸；5- 托盘托盘；6- 扶钎液压缸扶钎液压缸；7- 顶顶 尖尖；8- 扶钎器扶钎器；9- 导轨导轨； 10- 凿岩机底座凿岩机底座；11- 外回转凿岩机外回转凿岩机；12- 钎子钎子 第七章第七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 二二、钻臂钻臂 钻臂的作用是支承推进器和凿岩机钻臂的作用是支承推进器和凿岩机，并调整推进器的方并调整推进器的方 位位，使之可在全工作面范围内进行凿岩
