一种改进型土质隧道开挖辅助设备.pdf

一种改进型土质隧道开挖辅助设备，属建设工程中用于隧道开挖的工具。它包括刀体，刀体后端是刀壁，刀壁固定在挖掘机机斗上。其关键技术是在刀体前端设置刀铧，刀铧前端是三角形碎土垫块，刀铧和刀壁之间是刀托，刀托上侧为凹半圆。本发明具有的有益效果是：刀铧重点用于破碎开挖，在刀体的前方设置三角形碎土垫块，增大了刀体与开挖面的接触面积，相较于“一种软弱破碎围岩隧道挖掘机开挖辅助装置”开挖速度缓慢的缺陷，本发明装置施工速度快而且经济；相较于普通大型机械开挖时易塌方的缺陷，本发明装置对浅埋隧道膨胀土软弱围岩进行开挖时，对软弱围岩的扰动小，防止塌方，施工安全，针对潜埋膨胀土地层开挖困难的问题，可以满足潜埋膨胀土地层施工。

1.一种改进型土质隧道开挖辅助设备，包括刀体(5)，刀体(5)后端是刀壁(6)，刀壁(6)
固定在挖掘机机斗上，其特征是在刀体(5)前端设置刀铧(2)，刀铧(2)前端是三角形碎土垫
块(3)，刀铧(2)和刀壁(6)之间是刀托(4)，刀托(4)上侧为凹半圆(1)。
2.根据权利要求1所述改进型土质隧道开挖辅助设备，其特征是凹半圆(1)的长度为10
～15cm，深度为5～10cm。
3.根据权利要求1所述改进型土质隧道开挖辅助设备，其特征是刀体(5)的厚度为2～
3cm。

一种改进型土质隧道开挖辅助设备

技术领域：

一种改进型土质隧道开挖辅助设备，属建设工程中用于隧道开挖的工具。

背景技术：

“蒙华铁路”是国内最大规模运煤专线——蒙西到华中煤运铁路，“蒙华铁路”北起
内蒙古浩勒报吉站，终点到达江西省吉安，线路全长1837公里，规划设计输送能力为2亿吨/
年。蒙华铁路红土岭隧道位于河南省南阳市内乡县湍东镇、师岗境内。隧道采用单洞双线形
式，内设人字坡，隧道最大埋深204m，最小埋深3.93m，大部分基岩裸露，局部地段有残破积
土层分布。红土岭隧道出口段为膨胀土地层，洞身开挖不易形成承载拱,土质差，最小埋深
仅3.93m，极易塌坍，安全风险高。隧道洞顶为特殊膨胀结构的粘土，具有遇水膨胀、失水收
缩的特点，围岩强度低、自稳能力差，围岩较差，存在土石分界线，同时隧道有一定的偏压，
开挖时稳定性控制困难，不能采取钻爆开挖，采用大型设备直接开挖时，接触面过大，对软
弱围岩扰动过大，易造成浅埋软弱围岩塌方，安全性不足。专利号2016200385530公开了“一
种软弱破碎围岩隧道挖掘机开挖辅助装置”，它包括设在挖掘机铲斗两侧的斗齿固定座，斗
齿固定座上固定斗齿。这种装置能有效地控制隧道开挖轮廓线，避免隧道超欠挖，但是该装
置前方接触部位单一，开挖速度缓慢，影响施工进度；还由于其结构为直片状，其力矩为直
线力矩，在开挖受力时，由于反向力矩作用，对于开挖设备连接部位易产生磨损，耗费维修
时间，影响施工进度。针对土质隧道，如何改进、综合应用既有开挖设备，实现超浅埋隧道快
速、安全、经济施工，对开挖设备提出了更高的要求。

发明内容：

本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种对软弱围岩的扰动小，施工安
全，开挖稳定，施工速度快的土质隧道开挖辅助设备。其技术方案如下：

一种改进型土质隧道开挖辅助设备，包括刀体，刀体后端是刀壁，刀壁固定在挖掘
机机斗上。其关键技术是在刀体前端设置刀铧，刀铧前端是三角形碎土垫块，刀铧和刀壁之
间是刀托，刀托上侧为凹半圆。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明刀铧重点用于破碎开挖，在刀体的前方设置三角形碎土垫块，增大了刀
体与开挖面的接触面积，相较于“一种软弱破碎围岩隧道挖掘机开挖辅助装置”开挖速度缓
慢的缺陷，本发明装置施工速度快而且经济；相较于普通大型机械开挖时易塌方的缺陷，本
发明装置对浅埋隧道膨胀土软弱围岩进行开挖时，对软弱围岩的扰动小，防止塌方，施工安
全，针对潜埋膨胀土地层开挖困难的问题，可以满足潜埋膨胀土地层施工。

2、刀托部分的凹半圆设计，使得力矩集中在刀铧，加大碎土压力，保证开挖稳定，
实现快速施工。

3、刀托部分的凹半圆设计，对开挖渣土能产生输送作用，对于突然遇到硬质岩体
或软土，不致于飞蹦出来，保证施工安全。

4、本发明刀托部分设置成凹半圆，相对于“一种软弱破碎围岩隧道挖掘机开挖辅
助装置”的直线力矩，本发明装置改变力矩方向，对开挖设备连接部位磨损明显少于现有技
术，保证设备长时间使用，不会因频繁维修影响施工进度。

5、刀体厚度2～3cm，增大了其承载力，开挖稳定，使用寿命延长。

附图说明：

图1，是本发明结构示意图；

图2，是本发明立体图。

具体实施方式：

参见图1和图2，本发明包括刀体5，刀体5后端是刀壁6，刀壁6固定在挖掘机机斗
上。其关键技术是在刀体5前端设置刀铧2，刀铧2前端是三角形碎土垫块3，刀铧2和刀壁6之
间是刀托4，刀托4上侧为凹半圆1。

所述凹半圆1的长度为10～15cm，深度为5～10cm。

所述刀体5的厚度为2～3cm。

本发明的工作原理是：

在重粘土、膨胀土地段等工程地质条件较差的部位开挖时，将刀体安装在挖掘机
机斗上，随着挖掘设备的施工，刀铧2对于前方进行破碎，然后破碎块在顶部挤压、剥离作用
下，顺着刀托的凹半圆1滑落，开挖平稳、快速、安全，同比其他设备有更高的工作效率。