[发明专利]一种多级扩挖全断面自行进隧道连续掘进装置和方法

权利要求书

1.一种多级扩挖全断面自行进隧道连续掘进装置，其特征在于：其包括有掘进装置横断面上布置的多个岩石钻丝旋扩器、掘进机筒壳（16）和位于所述岩石钻丝旋扩器中心的一级切削刀盘（17）；布置在掘进装置横断面上位于一级切削刀盘后的可切削一级切削刀盘遗留下岩土体的多个二级切削刀盘和环形摆动式切削刀盘；

所述的岩石钻丝旋扩器包括有超前钻孔钻杆（5），安装在超前钻孔钻杆（5）前端的超前钻孔钻头（2）、套装在超前钻孔钻杆（5）上的位于超前钻孔钻头（2）后的岩石攻丝钻头（6），套装在超前钻孔钻杆（5）上的位于岩石攻丝钻头（6）后的螺旋管（10）、超前孔钻杆5的另一端安装在掘进机筒壳（16）的内部，在钻杆驱动扭矩20的作用下，钻成超前钻孔3；螺旋管10后部的无螺旋部位上套装有环形切削刀盘（12），在螺旋管（10）的端部通过推力轴承（14）设置有用于提供推力的螺旋管端部推力盘（16）；岩石攻丝钻头（6）与螺旋管（10）之间设置有用于攻丝所残生的碎岩石排出的岩石攻丝钻头与螺旋管过渡段（7），攻丝钻头与螺旋管过渡段（7）为管状，攻丝钻头与螺旋管过渡段（7）的直径小于等于攻丝后的孔径，超前钻孔钻杆（5）中设置有与钻孔冲洗液入口（23）相通并且连通至超前钻孔钻头（2）的超前钻孔钻杆中心孔（4）；在超前钻孔钻杆（5）和螺旋管（10）之间设置有与岩屑混合液出口（22）相连的超前钻杆外与螺旋管内环形空间，超前钻杆外与螺旋管内环形空间连接至岩屑混合液出口（22）；岩石攻丝钻头与螺旋管过渡段（7）上设置有连通所述超前钻杆外与螺旋管内环形空间与螺旋管（10）外空间的螺旋管出渣孔（8）；在螺旋管（10）套装有一级切削刀盘（11）；

所述环形切削刀盘12安装在掘进机筒壳16上；

所述的二级切削刀盘（17）在掘进方向上位于一级切削刀盘（11）与环形切削刀盘（12）之间；

所述的环形切削刀盘（12）为整体式；

所述的岩石钻丝旋扩器的数目为M，M≥1；

所述的二级切削刀盘（17）的数目为N,N≥1；

在所述的一级切削刀盘（11）与环形切削刀盘（12）之间设置有置有用于存放岩渣的岩渣仓（21）；

所述的岩石钻丝旋扩器中的螺旋管（10）和一级切削刀盘（11）均通过推力轴承14与位于掘进机筒壳（16）内的掘进机内固定架（13）固定相连；

所述的一级切削刀盘（11）、螺旋管（10）、超前钻孔钻头（2）分别由一级切削刀盘扭矩驱动源（18），螺旋管扭矩驱动源（19），超前钻孔动力源（20）驱动。

2.权利要求1所述的隧道连续掘进装置的掘进方法，其特征在于：在欲掘进的岩石隧道前方的岩土体（1）中，利用超前孔钻头（2），在超前钻杆动力源（20）的作用下，先行钻进形成一个已钻成超前钻孔（3），超前孔钻头（2）在钻进过程中切削岩土体（1）形成的岩石碎屑，通过超前孔钻杆中心孔（4）被从钻孔冲洗液入口（23）进入的液体冲洗并携带到超前孔中心钻杆（5）外侧与螺旋管（10）内的环形空间内；

后续跟进的岩石攻丝钻头（6）在已钻成超前钻孔（3）上切削孔边岩石，形成已攻丝完成的岩石螺旋孔隙（9）；攻丝切削下来的岩石碎屑进入到岩石攻丝钻头与螺旋管过渡段（7）内，并通过螺旋管出渣孔（8）进入超前孔中心钻杆（5）外侧与螺旋管（10）内的环形空间内，与已进入此空间的超前孔岩石碎屑混合液混合，二者的混合液体通过超前钻杆（5）外侧与螺旋管（10）内环形空间从岩屑混合液出口（22）排出；

在螺旋管扭矩驱动源（19）的作用下，螺旋管（10）沿着已攻丝岩石螺旋空隙（9）向掘进机前方岩土体（1）内前行，螺旋管（10）端部推力盘（15）推挤推力轴承（14），使连接到掘进机筒壳（16）上的掘进机内固定架（13）受到向前推挤，并给一级切削刀盘（11）施加推力；在掘进机固定架（13）受到向前推挤的同时，拉动掘进机筒壳（16）前行，并使得二级切削刀盘（17）和环形切削刀盘（12）也同时得到对所负担切削岩土体（1）的推力；在一级切削刀盘扭矩驱动源（18）的作用下，布置在掘进机筒壳（16）前端的多个一级切削刀盘（11）在各自的动力驱动下，切削岩土体（1），形成M个超前圆形小隧道，M≥1；

在超前小隧道交界中心，布置N个刀盘直径能全部切削交界部位岩土体的二级切削刀盘（17），N≥1，刀盘推力也由螺旋管（10）向岩土体内旋入提供，扭矩由自带扭矩驱动源提供；二级切削刀盘（17）切削超前小隧道间的岩土体，切削下的岩渣落入岩渣仓（21）内，通过岩渣出口（25）排出到掘进机体内再通过其它运输设施运出；

采用环形切削刀盘（12）对超前小隧道与设计开挖隧道轮廓间的岩土体作往复摆动式旋转切削，切削下的岩渣落入岩渣仓（21）内，再通过岩渣出口（25）排出，运到掘进机体外；环形切削刀盘（12）的推力也由螺旋管（10）向岩土体内旋入提供，扭矩由自带扭矩驱动源提供；

在一级岩土体切削刀盘（11）、二级切削刀盘（17）和环形切削刀盘（12）的联合切削作用下，完成整个隧道断面的连续不间断开挖，形成已开挖的设计隧道（24）。