權(quán)利要求書： 1.一種管片式分體硬巖掘進機，其特征是：包括：刀盤，用于切割硬巖采掘管片；其中、取出巖芯：所述刀盤中心功能區(qū)設(shè)置若干臺水磨鉆機鉆出若干巖芯取芯孔和巖芯劈裂孔，若干巖芯劈裂器進入巖芯劈裂孔做功劈開巖芯后，巖芯劈裂器進入巖芯取芯孔取出巖芯，取出的巖芯通過外排通道排出掘區(qū)域，取出巖芯作業(yè)完成；其中，環(huán)向切割硬巖巖筒：刀盤前端連接若干層弧形切刀和刀體之間設(shè)有排渣溝和集渣槽；所述刀盤在動力系統(tǒng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)前行環(huán)向切割硬巖，切割硬巖產(chǎn)生的切渣依靠自重落到刀體后端集渣槽，收集的巖渣在刀盤旋轉(zhuǎn)至高點向下適當位置落入排渣系統(tǒng)排出掘進區(qū)，環(huán)向切割巖筒完成；其中，刀盤縱向切割管片：所述刀盤設(shè)置若干臺巖筒縱向切鋸在管片縱向切割系統(tǒng)做功下由硬巖切斷面位置縱向切割，直至完成縱向切割若干管片；其中，橫向分離管片：所述刀盤設(shè)置若干臺管片橫向截斷切割巖筒，所述切割巖筒直至若干硬巖管片與硬巖母體分離，完成橫向分離管片；其中，排出硬巖管片：所述與硬巖母體分離的管片巖芯外排系統(tǒng)做功下經(jīng)過管片巖芯碎石外排系統(tǒng)排出掘進區(qū)，同時完成每一環(huán)硬巖掘進與硬巖管片提取；其中，掘進機換步前行：所述掘進機支撐防護系統(tǒng)液壓油缸大腔壓力降低小腔壓力升高液壓油缸桿回縮支撐防護面與巖壁分離，所述掘進機調(diào)向換步系統(tǒng)液壓油缸大腔壓力降低小腔壓力升高拖動支撐防護系統(tǒng)前行，所述前行到達下一環(huán)位置支撐防護系統(tǒng)液壓油缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動支撐防護系統(tǒng)與巖壁結(jié)合，完成換步前行支撐防護；其中，中刀盤首次掘進定位：中刀盤由輔助設(shè)備推進已完成環(huán)段內(nèi)，所述中刀盤前支撐換步系統(tǒng)液壓缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動前支撐換步系統(tǒng)與巖壁結(jié)合定位；所述前支撐結(jié)合定位好后支撐換步系統(tǒng)液壓油缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動后支撐換步系統(tǒng)與輔助裝置定位，所述中刀盤若干環(huán)后支撐換步系統(tǒng)與巖壁連接定位后，中刀盤在刀盤運轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)直至環(huán)向切割硬巖巖筒完成；所述中刀盤設(shè)置若干臺縱向切割鋸在切割系統(tǒng)做功下完成硬巖管片縱向切割；所述中刀盤設(shè)置橫向截斷系統(tǒng)將硬巖管片與硬巖母體分離完成硬巖管片制備；所述中刀盤將與硬巖母體分離的若干管片在管片協(xié)排系統(tǒng)做功下經(jīng)過管片碎石外排通道硬巖管片排出掘進區(qū)，共同完成中刀盤一環(huán)硬巖掘進與硬巖管片提取；其中，大刀盤(包括超大、特大刀盤)首次掘進定位：大刀盤由輔助設(shè)備推進刀盤已經(jīng)完成環(huán)段內(nèi)，所述大刀盤前支撐換步系統(tǒng)液壓缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動前支撐換步系統(tǒng)與巖壁結(jié)合定位；所述前支撐結(jié)合定位后后支撐換步系統(tǒng)液壓油缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動后支撐換步系統(tǒng)與輔助裝置定位，所述大刀盤若干環(huán)后支撐換步系統(tǒng)能夠與巖壁連接定位后大刀盤正常掘進；其中，大刀盤在動力系統(tǒng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)直至完成硬巖環(huán)向切割硬巖成為硬巖巖筒；所述大刀盤設(shè)置若干臺縱向切割鋸在切割系統(tǒng)做功下完成硬巖管片縱向切割；所述大刀盤設(shè)置橫向截斷系統(tǒng)將硬巖管片與硬巖母體分離完成硬巖管片制備；所述大刀盤將與硬巖母體分離的若干管片在管片協(xié)排系統(tǒng)做功下經(jīng)過管片碎石外排通道硬巖管片排出掘進區(qū)，共同完成每一環(huán)硬巖掘進與取出硬巖管片。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：刀盤、中心獨立功能區(qū)、中刀盤、大刀盤工作流程、動力控制等全部系統(tǒng)均適合獨立作業(yè)，其中，中刀盤和大刀盤均為環(huán)壁定位空心型掘進模式，具體為中刀盤和大刀盤初次定位由該刀盤前端已完成小口徑管廊隧道管壁環(huán)形護盾撐住定位，后端由大口徑環(huán)形護盾頂緊待掘進空間硬巖環(huán)外巖體定位，共同完成首次硬巖掘進，后續(xù)掘進，前端小口徑工作模式相同，后端大口徑環(huán)形護盾改為頂緊中刀盤和大刀盤掘進完畢空間定位，其中，另加超大、特大刀盤，初次定位模式相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：掘進機采掘推進、防護支撐、開采防水、管片內(nèi)外運輸、增強復(fù)合安裝、注漿防水、整體設(shè)備動力全部液壓動力優(yōu)先，掘進區(qū)域外采用電力與液壓雙驅(qū)動組合動力。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：所述管片包括硬巖掘進空間采出的全部硬巖管片；所述硬巖增強復(fù)合材料管片滿足掘進空間襯砌后，剩余管片直接銷售或者增強復(fù)合材料管片銷售，將現(xiàn)有盾構(gòu)技術(shù)硬巖資源切割成建筑垃圾排放支出，轉(zhuǎn)變?yōu)楸景l(fā)明將硬巖資源制成管片銷售收入。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：管片包括掘進空間全部硬巖管片、增強材料包括玄武巖纖維、碳纖維、玻璃纖維、竹纖維。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：分類系統(tǒng)確定管廊隧道掘進空間外環(huán)襯砌所需管片，所述管片均直接進入傳送帶通道運至設(shè)置在掘進區(qū)域后部模具制造天然硬巖增強管片；本發(fā)明技術(shù)建造千年管廊隧道，無外購管片成本、無管片地面運出運入成本。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：地質(zhì)條件好的硬巖掘進空間采出硬巖管片多、切削量小，進度快，無建筑垃圾外排，工程進度提高一倍以上；特別適合地下停車場、地下商場、軌道交通、地鐵水電、地下管廊、海底隧道建造。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：本發(fā)明技術(shù)建造一條直徑20米硬巖管廊隧道襯砌自用后剩余巨量管片，直銷或者增強硬巖復(fù)合管片銷售后，可分別抵消工程主體投資10-50％；可銷售給現(xiàn)有硬巖全斷面粉碎掘進機、土壓平衡盾構(gòu)機、泥水平衡盾構(gòu)機、明挖掘進機所需圓型天然硬巖增強管片，各種規(guī)格可挑可選，能夠建造10條以上千年硬巖管廊隧道。

說明書： 一種管片式分體硬巖掘進機技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明一種管片式分體硬巖掘進機，屬于工程機械技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)[0002] 現(xiàn)有技術(shù)硬巖掘進機(TBM)，是集機械、電子、液壓、激光、控制等技術(shù)于一體的高自動化設(shè)備，可以實現(xiàn)硬巖管廊隧道掘進空間全斷面破碎、巖渣排出、移步掘進、安裝管片

等作業(yè)施工不受外界氣候影響一次完成，大大減少了對地面建筑物和交通的干擾，是城市

地下管廊、地鐵隧道、鐵路公交等硬巖掘進施工最有發(fā)展的機械。目前全球管廊隧道硬巖工

程平均占比約40％，中國滇中引水工程隧道占比92％，硬巖掘進機應(yīng)用市場前景廣闊。

[0003] 現(xiàn)有技術(shù)建造硬巖管廊隧道問題：(1)建造成本高：掘進空間硬巖全斷面粉碎變成建筑垃圾掘進動力成本高、全斷面粉碎設(shè)備壓力大易損件成本高、排放建筑垃圾裝運卸平

成本高、存放建筑垃圾占地、征地和污染環(huán)境成本高、購買和運輸混凝土管片成本高、購買

掘進設(shè)備數(shù)千萬上億元人民幣掘進十公里需大修或報廢折舊成本高，浪費優(yōu)質(zhì)硬巖資源，

共同導(dǎo)致管廊隧道建造成本高。(2)掘進速度慢：掘進空間硬巖粉碎量大、刀具磨損快、更換

周期短、掘進推力上萬噸容易造成地面隆起或塌陷、掘進姿態(tài)難控制、管片上浮、孤巖難處

理、卡住螺旋輸送機、地質(zhì)環(huán)境事故難以掌控等問題誤工，共同構(gòu)成掘進速度慢。(3)使用壽

命短：現(xiàn)有技術(shù)硬巖掘進管廊隧道采用購買鋼筋混凝土管片襯砌，襯砌材料的性質(zhì)導(dǎo)致管

廊隧道設(shè)計使用壽命100年，管廊隧道壽命到期隱患多：一不能超期使用，否則將產(chǎn)生城市

水、電、氣、暖、訊不定時癱瘓災(zāi)難性風(fēng)險；二不能原址拆除重建，原址拆除重建所需投資是

新建投資1.5倍，所需時間周期是新建時間1.5倍，拆除重建期間城市難以正常運轉(zhuǎn)、人民難

以正常生產(chǎn)生活；三難以另選址再建替換，是否有合適地下空間、再建資金和物質(zhì)來源，防

止塌陷報廢管廊隧道回填資金物質(zhì)來源，是現(xiàn)代人財物和環(huán)境成本難以承受的壓力，后續(xù)

每百年一循環(huán)、永無止境的巨額投資，都是留給子孫后代難以解決的隱患。

[0004] 本發(fā)明要解決的問題：解決現(xiàn)有技術(shù)硬巖管廊隧道建造成本高、掘進速度慢、主體使用壽命短等問題；

[0005] 解決現(xiàn)有技術(shù)硬巖掘進問題辦法：發(fā)明一種管片式分體硬巖掘進機。[0006] 一種管片式分體硬巖掘進機，將掘進空間硬巖以管片形狀切割采出，掘進空間硬巖切割量不足10％，比現(xiàn)有技術(shù)硬巖掘進空間全斷面粉碎消耗動力成本和易損件成本各減

少90％、比現(xiàn)有技術(shù)硬巖粉碎成建筑垃圾排放運輸存放征地成本各減少90％，掘進空間采

出硬巖管片增強返回掘進空間外環(huán)襯砌比現(xiàn)有技術(shù)購買和運輸管片投資各減少90％；本發(fā)

明建造10米直徑硬巖千年管廊隧道襯砌后剩余管片銷售抵頂投資、比現(xiàn)有技術(shù)建造百年管

廊隧道投資減少50％，建造50米直徑硬巖千年管廊隧道比現(xiàn)有技術(shù)建造百年管廊隧道投資

減少90％，本發(fā)明掘進空間硬巖資源利用100％，解決了現(xiàn)有技術(shù)建造管廊隧道成本高問

題。

[0007] 一種管片式分體硬巖掘進機，掘進直徑6-10米硬巖管廊隧道分2-5道工序，比現(xiàn)有技術(shù)掘進快1倍以上、采出3-10層硬巖管片。直徑10-50米以上硬巖管廊隧道分6-20道工序，

比現(xiàn)有技術(shù)掘進快6-20倍，分別采出10-50層以上各規(guī)格尺寸硬巖管片，解決了現(xiàn)有技術(shù)硬

巖管廊隧道掘進速度慢問題。

[0008] 本發(fā)明已建造直徑3米天然硬巖增強管廊示范段，已切割出直徑6.2米硬巖標準管片，已制造一種管片式分體硬巖掘進機實驗機，所述實驗機已切割出3種規(guī)格硬巖管片，所

述硬巖管片已采用玄武巖纖維材料增強，已經(jīng)完成一種管片式分體硬巖掘進機可以掘進巖

石圈任何深度的天然硬巖實驗與論證。

[0009] 本發(fā)明天然硬巖建筑現(xiàn)實與歷史代表性案例：中國江西贛州天然硬巖下水道千年后仍在使用；意大利古羅馬硬巖下水道2500年后現(xiàn)代羅馬依然在用；土耳其哥貝克力山寺

廟建造于11000年前硬巖雕刻動物場景清晰可見；巖石圈構(gòu)成地殼46億年至今運轉(zhuǎn)；地理與

現(xiàn)實和歷史案例能夠說明，硬石增強管廊隧道主體使用壽命最低1000年以上，解決了現(xiàn)有

技術(shù)管廊隧道使用壽命短問題。

發(fā)明內(nèi)容[0010] 為解決現(xiàn)有技術(shù)硬巖掘進問題，本發(fā)明一種管片式分體硬巖掘進機，其特征是：包括：刀盤，用于切割硬巖采掘管片；其中、取出巖芯：所述刀盤中心功能區(qū)設(shè)置若干臺水磨鉆

機鉆出若干巖芯取芯孔和巖芯劈裂孔，若干巖芯劈裂器進入巖芯劈裂孔做功劈開巖芯后，

巖芯劈裂器進入巖芯取芯孔取出巖芯，取出的巖芯通過外排通道排出掘區(qū)域，取出巖芯作

業(yè)完成；其中，環(huán)向切割硬巖巖筒：刀盤前端連接若干層弧形切刀和刀體之間設(shè)有排渣溝和

集渣槽；所述刀盤在動力系統(tǒng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)前行環(huán)向切割硬巖，切割硬巖產(chǎn)生的切渣依靠自

重落到刀體后端集渣槽，收集的巖渣在刀盤旋轉(zhuǎn)至高點向下適當位置落入排渣系統(tǒng)排出掘

進區(qū)，環(huán)向切割巖筒完成；其中，刀盤縱向切割管片：所述刀盤設(shè)置若干臺巖筒縱向切鋸在

管片縱向切割系統(tǒng)做功下由硬巖切斷面位置縱向切割，直至完成縱向切割若干管片；其中，

橫向分離管片：所述刀盤設(shè)置若干臺管片橫向截斷切割巖筒，所述切割巖筒直至若干硬巖

管片與硬巖母體分離，完成橫向分離管片；其中，排出硬巖管片：所述與硬巖母體分離的管

片巖芯外排系統(tǒng)做功下經(jīng)過管片巖芯碎石外排系統(tǒng)排出掘進區(qū)，同時完成每一環(huán)硬巖掘進

與硬巖管片提??；其中，掘進機換步前行：所述掘進機支撐防護系統(tǒng)液壓油缸大腔壓力降低

小腔壓力升高液壓油缸桿回縮支撐防護面與巖壁分離，所述掘進機調(diào)向換步系統(tǒng)液壓油缸

大腔壓力降低小腔壓力升高拖動支撐防護系統(tǒng)前行，所述前行到達下一環(huán)位置支撐防護系

統(tǒng)液壓油缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動支撐防護系統(tǒng)與巖壁結(jié)合，完成換步前行支撐

防護；其中，中刀盤首次掘進定位：中刀盤由輔助設(shè)備推進已完成環(huán)段內(nèi)，所述中刀盤前支

撐換步系統(tǒng)液壓缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動前支撐換步系統(tǒng)與巖壁結(jié)合定位；所述

前支撐結(jié)合定位好后支撐換步系統(tǒng)液壓油缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動后支撐換步

系統(tǒng)與輔助裝置定位，所述中刀盤若干環(huán)后支撐換步系統(tǒng)與巖壁連接定位后，中刀盤在刀

盤運轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)直至環(huán)向切割硬巖巖筒完成；所述中刀盤設(shè)置若干臺縱向切割

鋸在切割系統(tǒng)做功下完成硬巖管片縱向切割；所述中刀盤設(shè)置橫向截斷系統(tǒng)將硬巖管片與

硬巖母體分離完成硬巖管片制備；所述中刀盤將與硬巖母體分離的若干管片在管片協(xié)排系

統(tǒng)做功下經(jīng)過管片碎石外排通道硬巖管片排出掘進區(qū)，共同完成中刀盤一環(huán)硬巖掘進與硬

巖管片提??；其中，大刀盤(包括超大、特大刀盤)首次掘進定位：大刀盤由輔助設(shè)備推進刀

盤已經(jīng)完成環(huán)段內(nèi)，所述大刀盤前支撐換步系統(tǒng)液壓缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動前

支撐換步系統(tǒng)與巖壁結(jié)合定位；所述前支撐結(jié)合定位后后支撐換步系統(tǒng)液壓油缸小腔壓力

降低大腔壓力升高推動后支撐換步系統(tǒng)與輔助裝置定位，所述大刀盤若干環(huán)后支撐換步系

統(tǒng)能夠與巖壁連接定位后大刀盤正常掘進；其中，大刀盤在動力系統(tǒng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)直至完成

硬巖環(huán)向切割硬巖成為硬巖巖筒；所述大刀盤設(shè)置若干臺縱向切割鋸在切割系統(tǒng)做功下完

成硬巖管片縱向切割；所述大刀盤設(shè)置橫向截斷系統(tǒng)將硬巖管片與硬巖母體分離完成硬巖

管片制備；所述大刀盤將與硬巖母體分離的若干管片在管片協(xié)排系統(tǒng)做功下經(jīng)過管片碎石

外排通道硬巖管片排出掘進區(qū)，共同完成每一環(huán)硬巖掘進與取出硬巖管片。

[0011] 一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：刀盤、中心獨立功能區(qū)、中刀盤、大刀盤工作流程、動力控制等全部系統(tǒng)均適合獨立作業(yè)，其中，中刀盤和大刀盤均為環(huán)壁定位空心型

掘進模式，具體為中刀盤和大刀盤初次定位由該刀盤前端已完成小口徑管廊隧道管壁環(huán)形

護盾撐住定位，后端由大口徑環(huán)形護盾頂緊待掘進空間硬巖環(huán)外巖體定位，共同完成首次

硬巖掘進，后續(xù)掘進，前端小口徑工作模式相同，后端大口徑環(huán)形護盾改為頂緊中刀盤和大

刀盤掘進完畢空間定位，其中，另加超大、特大刀盤，初次定位模式相同。

[0012] 一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：掘進機采掘推進、防護支撐、開采防水、管片內(nèi)外運輸、增強復(fù)合安裝、注漿防水、整體設(shè)備動力全部液壓動力優(yōu)先，掘進區(qū)域外采用

電力與液壓雙驅(qū)動組合動力。

[0013] 一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：所述管片包括硬巖掘進空間采出的全部硬巖管片；所述硬巖增強復(fù)合材料管片滿足掘進空間襯砌后，剩余管片直接銷售或者增強復(fù)

合材料管片銷售，將現(xiàn)有盾構(gòu)技術(shù)硬巖資源切割成建筑垃圾排放支出，轉(zhuǎn)變?yōu)楸景l(fā)明將硬

巖資源制成管片銷售收入。

[0014] 一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：管片包括掘進空間全部硬巖管片、增強材料包括玄武巖纖維、碳纖維、玻璃纖維、竹纖維。

[0015] 一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：分類系統(tǒng)確定管廊隧道掘進空間外環(huán)襯砌所需管片，所述管片均直接進入傳送帶通道運至設(shè)置在掘進區(qū)域后部模具制造天然硬巖增

強管片；本發(fā)明技術(shù)建造千年管廊隧道，無外購管片成本、無管片地面運出運入成本。

[0016] 一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：地質(zhì)條件好的硬巖掘進空間采出硬巖管片多、切削量小，進度快，無建筑垃圾外排，工程進度提高一倍以上；特別適合地下停車場、地

下商場、軌道交通、地鐵水電、地下管廊、海底隧道建造。

[0017] 一種管片式分體硬巖掘進機其特征是：本發(fā)明技術(shù)建造一條直徑20米硬巖管廊隧道襯砌自用后剩余巨量管片，直銷或者增強硬巖復(fù)合管片銷售后，可分別抵消工程主體投

資10-50％；可銷售給現(xiàn)有硬巖全斷面粉碎掘進機、土壓平衡盾構(gòu)機、泥水平衡盾構(gòu)機、明挖

掘進機所需圓型天然硬巖增強管片，各種規(guī)格可挑可選，能夠建造10條以上千年硬巖管廊

隧道。

[0018] 一種管片式分體硬巖掘進機，用于施工管廊隧道掘進空間采掘、增強、襯砌天然硬巖增強管片、建造硬巖管廊隧道，無外購混凝土管片成本。

[0019] 一種管片式分體硬巖掘進機，建造直徑6-50米以上管廊隧道，硬巖增強管片除供本發(fā)明采掘空間管壁外層襯砌自用外，剩余大量、巨量硬巖管片，直銷或者增強硬巖管片銷

售后，能夠分別抵消工程主體投資10-50％以上：

[0020] 一種管片式分體硬巖掘進機，刀盤、刀盤中心功能區(qū)、中刀盤、大刀盤、特大刀盤的動力、控制等系統(tǒng)，全部具有獨立作業(yè)能力；

[0021] 一種管片式分體硬巖掘進機，工程掘進硬巖地質(zhì)條件較好，大刀盤、特大刀盤、超大刀盤能夠分段掘進時，工程速度最低提高一倍以上；

[0022] 一種管片式分體硬巖掘進機，特別適合大型、特大型、超大型硬巖軌道交通、地鐵水電、地下管廊、地下軍事設(shè)施、海底隧道建造；

[0023] 本發(fā)明一種管片式分體硬巖掘進機新穎性：建造硬巖管廊隧道掘進空間采出硬巖管片、增強后返回掘進外層襯砌、剩余多層管片銷售，具有新穎性；建造硬巖管廊隧道直徑

6-10米掘進空間分體2-5個工段同時掘進，具有新穎性；管片式分體硬巖掘進機小刀盤有中

心，中刀盤大刀盤均設(shè)計空心，具有新穎性，目前沒有同樣的發(fā)明創(chuàng)造。

[0024] 創(chuàng)造性：本發(fā)明一種管片式分體硬巖掘進機，將建造管廊隧道掘進空間硬巖采出管片、增強后返回掘進外層襯砌、剩余多層管片銷售資源100％利用，對比現(xiàn)有技術(shù)建造管

廊隧道將掘進空間硬巖全斷面粉碎浪費資源、排出存放建筑垃圾有運輸和征占土地、推平

和覆蓋環(huán)保成本對比，具有實質(zhì)性特點和進步。本發(fā)明建造直徑6-10米管廊隧道，將掘進空

間可分2-5個以上工段同時掘進，比現(xiàn)有技術(shù)掘進速度快1-5倍以上，工程切割量少、環(huán)境影

響小、資源利用率高、施工成本低、投資成本低、掘進速度快、工程使用壽命長、剩余管片銷

售收入抵頂投資，與現(xiàn)有技術(shù)硬巖掘進將現(xiàn)有技術(shù)硬巖掘進全斷面粉碎工程切割量多、環(huán)

境影響大、資源利用率低、施工成本高、投資成本高、掘進速度慢、工程使用壽命短對比，具

有實質(zhì)性特點和進步。

[0025] 實用性：本發(fā)明一種管片式分體硬巖掘進機，管廊隧道掘進空間采掘天然硬巖管片抗壓強度245兆帕、是混凝土管片抗壓強度60兆帕四倍，增強材料玄武巖纖維抗拉強度達

到3.5GPa，是鋼筋抗拉強度0.9GPa三倍以上、硬巖增強管片永不生銹、防腐絕緣、耐酸堿、抗

氧化，能夠采用模具進行大批量制造；使用后產(chǎn)生有益效果：管廊隧道硬巖管片增強材料玄

武巖纖維透波隱身、防爆放核彈核輻射，降低了管廊隧道在未來可能發(fā)生戰(zhàn)爭中被損毀的

風(fēng)險，提高了管廊隧道在各種復(fù)雜環(huán)境使用的安全性和可靠性，大幅度提升國家安全和有

效防擊敵對勢力能力；本發(fā)明掘進機掘進大型管廊隧道硬巖切割量少，掘進空間采出硬巖

增強管片襯砌管廊隧道外環(huán)，無外購管片支出、有剩余管片銷售收入、硬巖掘進速度快、建

造管廊隧道使用壽命1000年以上，掘進空間采出管片除自用襯砌外，剩余巨量管片可供應(yīng)

現(xiàn)有技術(shù)硬巖掘進管廊隧道，占比60％的軟質(zhì)地質(zhì)管廊隧道、地下車庫、地下水庫、地下抽

水蓄能電站、地下精密制造等領(lǐng)域，可使任何地質(zhì)地下深層基礎(chǔ)設(shè)施投資不同程度降低、使

用壽命1000年以上。

附圖說明[0026] 圖1是一種管片式分體硬巖掘進機中心刀盤主視圖；圖2是圖1所示硬巖管片掘進機示意圖左視圖；圖3是圖1和圖2示意圖剖面圖；圖1圖2圖3對本發(fā)明掘進機正面與側(cè)面的

形狀和結(jié)構(gòu)進行了示意性標注；在圖中，若干相同部位相同部件標注一個代表；不同部位單

個部件逐一進行示意性表述。

[0027] 圖4是一種管片式分體硬巖掘進機掘進工程管片管向形狀圖；圖5是圖4所示組裝管片縱向形狀圖，圖4和圖5對組裝管片榫卯結(jié)構(gòu)和管片襯砌的互壓結(jié)構(gòu)和形狀進行了示意

性標注。

[0028] 圖6是一種管片式分體硬巖掘進機水電和管片外運通道示意圖；圖7是圖6所示硬巖管片掘進機硬巖管片增強復(fù)合材料管片流程示意圖；圖6和圖7對管片式分體硬巖掘進機

進排系統(tǒng)與增強管片系統(tǒng)進行了示意性標注。

[0029] 圖8是一種管片式分體硬巖掘進機空心中刀盤主視圖，圖9是圖8左視圖，圖10是圖8剖面圖，所述三圖對中刀盤的形狀和結(jié)構(gòu)進行了示意圖標注。

[0030] 圖11是一種管片式分體硬巖掘進機空心大刀盤左視圖；圖12是圖11左視圖，圖13大刀盤全圖，所述三圖對大刀盤形狀和結(jié)構(gòu)進行了示意性標注。

[0031] 圖14是直徑3米硬巖地下管廊實物圖，圖15是直徑6.2米地鐵隧道標準硬巖管片實物圖，圖14對天然硬巖管片建造管廊內(nèi)水電氣暖訊管道管線設(shè)計、安裝手動遙控一體巡檢

檢修軌道車、無需外部支援獨立完成管廊內(nèi)全部管道管線維修、更換進行了示范性展示，圖

14圖15說明天然硬巖增強管廊隧道本發(fā)明技術(shù)已經(jīng)能夠建造，目前全球未發(fā)現(xiàn)先例。

[0032] 圖16是本發(fā)明一種管片式分體硬巖掘進機微型實驗機，圖17是所述試驗機已成功采掘出的天然硬巖管片增強管片實物圖，圖16圖17已對本發(fā)明管片式分體掘進機的采掘原

理和實物及形狀結(jié)構(gòu)和輪廓進行了示意性展示。

[0033] 圖18是江西贛州宋朝采用天然硬巖修建1000年下水道圖片，始建于北宋年間的工程至今仍被使用，佐證沒增強天然硬巖使用壽命已能達到1000年。

[0034] 圖19是意大利古羅馬建造2500年下水道至今當代羅馬仍然使用圖片，佐證天然硬巖未增強建筑管廊隧道使用壽命能夠達2500年以上。

[0035] 圖20是土耳其哥貝克力寺廟圖；圖中寺廟硬巖建造已12000年歷史，比古埃及金字塔還要早8000年，一萬年前石雕上刻有的各種動物細節(jié)和場景清晰可見，佐證天然硬巖未

增強壽命遠超10000年以上。

[0036] 圖21是地球起源46億年網(wǎng)圖；圖22是圖21網(wǎng)圖地殼結(jié)構(gòu)補充圖；圖21圖22說明在地球物理結(jié)構(gòu)理論上，能夠顯示天然硬巖來自于地殼巖石圈，天然硬巖增強管片來自于地

殼硬巖巖石圈、理論上應(yīng)當與地殼巖石圈同壽命。

具體實施方式[0037] 參照附圖對具體實施方式進一步表述：[0038] 本發(fā)明一種管片式分體硬巖掘進機其特征是，包括：1刀盤，2弧形切刀，3硬巖管向切斷面，4刀盤中心功能區(qū)，5芯巖取芯孔，6管片巖芯碎石通道，7芯巖劈裂孔，8管片橫向截

斷鋸，9硬巖巖芯，10管片定位孔，11硬巖縱向切斷面，12弧形切刀刀體，13刀體間排渣溝，14

硬巖切渣集渣槽，15管片巖芯外排系統(tǒng)，16水磨鉆機，17芯巖劈裂器，18管片截斷動力，19冷

卻水管道，20排渣系統(tǒng)，21巖筒縱向切鋸，22泥漿管道，23支撐防護系統(tǒng)，24調(diào)向換步系統(tǒng)，

25刀盤推進系統(tǒng)，26刀盤旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，27管片縱向分割系統(tǒng)，28管片橫向截斷系統(tǒng)，29管片管

向切割系統(tǒng)，30硬巖管片，31管片巖芯協(xié)排機，32巖芯劈裂取芯系統(tǒng)，33動力中央接頭，34刀

盤中心區(qū)進退動力，35管片巖芯碎石外排系統(tǒng)，36管片管向形狀圖，37管片榫卯結(jié)構(gòu)圖，38

管片縱向形狀圖，39管片襯砌結(jié)構(gòu)圖，40液壓動力管線，42低壓電纜，43動力電纜，43多余管

片外排通道，44潤滑泥漿管道，45加固注漿管道，46冷卻水管道，47石渣泥漿排出管道，48增

強管片模具，49硬巖增強復(fù)合管片，50復(fù)合材料進入通道，51備用通道，52檢測復(fù)合材料管

片，53合格復(fù)合材料管片，54綜合共用通道，55中刀盤，56弧形切刀，57硬巖巖筒，58管片碎

石排出通道，59管片縱向切割面，60弧形切刀刀體，61刀體間排渣溝，62硬巖切渣集渣槽，63

冷卻水管道，64排渣管道，65巖筒縱向切鋸，66備用泥漿管道，67巖筒環(huán)向切割系統(tǒng)，68前支

撐換步系統(tǒng)，69管片橫向截斷系統(tǒng)，70硬巖管片，71管片協(xié)排系統(tǒng)，72管片碎石外排通道，73

刀盤推進系統(tǒng)，74后支撐換步系統(tǒng)，75管片縱向切割系統(tǒng)，76刀盤運轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)，77巖筒環(huán)

向切割系統(tǒng)，78大刀盤，79弧形切刀，80硬巖巖筒，81管片碎石排出通道，82管片縱向切斷

面，83弧形切刀刀體，84刀體間排渣溝，85硬巖切渣集渣槽，86冷卻水管道，87排渣通道，88

巖筒縱向切鋸，89備用泥漿管道，90巖筒環(huán)向切割系統(tǒng)，91前支撐換步系統(tǒng)，92管片橫向截

斷系統(tǒng)，93硬巖管片，94管片協(xié)排系統(tǒng)，95管片碎石外排通道，96管片安裝系統(tǒng)，97襯砌榫卯

管片，98整機推進系統(tǒng)，99后支撐換步系統(tǒng)，100刀盤推進系統(tǒng)，101管片縱向切割系統(tǒng)，102

刀盤驅(qū)動系統(tǒng)，共同完成硬巖管廊隧道掘進空間硬巖管片切割采掘、硬巖管片增強襯砌、硬

巖管廊隧道建造。

[0039] 小刀盤取出硬巖巖芯：1刀盤中心部位設(shè)有4刀盤中心功能區(qū)，所述中心功能區(qū)設(shè)置若干臺16水磨鉆機，所述水磨鉆機在32巖芯劈裂取芯系統(tǒng)控制下鉆出若干個5巖芯取芯

孔和若干個7巖芯劈裂孔，若干個7巖芯劈裂孔在17芯巖劈裂器做功下劈開9硬巖巖芯；所述

9硬巖巖心在32巖芯劈裂取芯系統(tǒng)做功下離開巖體退至外排位置，所述退至外排位置9硬巖

巖芯在15管片巖芯外排系統(tǒng)做功下經(jīng)過6管片巖芯碎石通道由35管片巖芯碎石外排系統(tǒng)排

出掘進區(qū)，硬巖巖芯取芯完成。

[0040] 小刀盤環(huán)向切割巖筒：所述1刀盤前端連接若干層2弧形切刀，若干層2弧形切刀安裝在12若干層弧形切刀刀體前部；若干層12弧形切刀與刀體之間設(shè)有13刀體間排渣溝，13

刀體間排渣溝后部設(shè)有若干14硬巖切渣集渣槽；1刀盤在26刀盤動力系統(tǒng)驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動

的1刀盤由25刀盤推進系統(tǒng)向采掘方向推進，旋轉(zhuǎn)并推進的1刀盤在29管片管向切割系統(tǒng)控

制下帶動若干層12弧型切刀刀體上的2弧形切刀旋轉(zhuǎn)環(huán)向切割硬巖，若干層2弧形切刀切割

硬巖過程中產(chǎn)生的硬巖切渣由若干條13刀體間排渣溝排到刀體后端14硬巖切渣集渣槽，14

硬巖集渣槽收集的巖渣在1刀盤旋轉(zhuǎn)至高點向下適當位置以自重的方式落入20排渣系統(tǒng)，

20排渣系統(tǒng)將巖渣排出掘進區(qū)直至硬巖巖筒環(huán)向切割完成。

[0041] 小刀盤縱向切割硬巖管片：若干臺21巖筒縱向切鋸在27管片縱向切割系統(tǒng)做功下由11硬巖切斷面位置縱向切割，所述縱向切割直至若干片30硬巖管片切割工序完成。

[0042] 小刀盤橫向分離硬巖管片：若干臺8管片橫向截斷鋸在18管片截斷動力驅(qū)動下和28管片橫向截斷系統(tǒng)做功下橫向切割硬巖巖筒，所述切割硬巖巖筒直至若干30硬巖管片與

硬巖母體分離，分離硬巖管片完成。

[0043] 小刀盤排出硬巖管片：30硬巖管片與硬巖母體分離后在15管片巖芯外排系統(tǒng)做功下經(jīng)過31管片巖芯協(xié)排機做功下由35管片巖芯碎石外排系統(tǒng)排出掘進區(qū)，一環(huán)硬巖掘進與

一環(huán)硬巖管片采掘同時完成。

[0044] 小刀盤前行換步：所述掘進機23支撐防護系統(tǒng)液壓油缸大腔壓力降低小腔壓力升高液壓油缸桿回縮23支撐防護面與巖壁分離，所述掘進機24調(diào)向換步系統(tǒng)液壓油缸大腔壓

力降低小腔壓力升高拖動23支撐防護系統(tǒng)前行，所述前行到達下一環(huán)適當位置23支撐防護

系統(tǒng)液壓油缸小腔壓力降低、大腔壓力升高推動支撐防護系統(tǒng)與巖壁結(jié)合，前行換步支撐

防護完成。

[0045] 中刀盤進入硬巖掘進位置：55中刀盤安裝完畢由輔助設(shè)備協(xié)助進入1刀盤已經(jīng)完成環(huán)段，進入環(huán)段內(nèi)55中刀盤前部68前支撐換步系統(tǒng)液壓缸小腔壓力降低大腔壓力升高推

動68前支撐換步系統(tǒng)與巖壁結(jié)合定位；所述前支撐結(jié)合定位后74后支撐換步系統(tǒng)液壓油缸

小腔壓力降低大腔壓力升高推動后支撐換步系統(tǒng)與輔助裝置定位，所述55中刀盤掘進至后

支撐換步系統(tǒng)能夠與巖壁連接定位后，55中刀盤進入正常掘進狀態(tài)。

[0046] 中刀盤環(huán)向切割硬巖巖筒：所述55中刀盤前端連接若干層56弧形切刀，若干層56弧形切刀安裝在60若干層弧形切刀刀體前部，所述若干層60弧形切刀刀體之間均設(shè)有若干

61刀體間排渣溝，所述若干61刀體間排渣溝后部設(shè)有若干62硬巖切渣集渣槽；所述55中刀

盤在76刀盤運轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的55中刀盤由73刀盤推進系統(tǒng)向掘進前方推進

(首次推進需輔助設(shè)備協(xié)助至正常推進)，所述旋轉(zhuǎn)推進的55刀盤帶動若干層56弧形切刀環(huán)

向切割硬巖巖筒，若干層56弧形切刀切割硬巖過程中產(chǎn)生的硬巖切渣由若干條61刀體間排

渣溝排到刀體后端62硬巖切渣集渣槽，62硬巖集渣槽收集的巖渣在55中刀盤旋轉(zhuǎn)至高點向

下適當位置自重落入64排渣系統(tǒng)，所述64排渣系統(tǒng)將巖渣排出掘進區(qū)，硬巖環(huán)向切割巖筒

完成。

[0047] 中刀盤縱向切割硬巖管片：若干臺65巖筒縱向切割鋸在75管片縱向切割系統(tǒng)做功下由59硬巖管片縱向切斷面位置縱向切割硬巖巖筒，所述縱向切割57硬巖巖筒完成后若干

70硬巖管片縱向切割完成。

[0048] 中刀盤橫向分離硬巖管片：若干臺69管片橫向截斷系統(tǒng)做功將70硬巖管片與硬巖母體分離，硬巖管片制備提取全部完成。

[0049] 中刀盤排出硬巖管片：與硬巖母體分離的若干70硬巖管片在71管片協(xié)排系統(tǒng)做功下經(jīng)過72管片碎石外排通道硬巖管片排出掘進區(qū)，中刀盤一環(huán)硬巖掘進與硬巖管片采掘同

時完成。

[0050] 大刀盤進入硬巖掘進位置：78大刀盤安裝完畢由輔助設(shè)備協(xié)助進入55中刀盤已經(jīng)完成環(huán)段內(nèi)，進入環(huán)段內(nèi)78大刀盤前部91前支撐換步系統(tǒng)液壓缸小腔壓力降低大腔壓力升

高推動91前支撐換步系統(tǒng)與巖壁結(jié)合定位；所述前支撐結(jié)合定位后99后支撐換步系統(tǒng)液壓

油缸小腔壓力降低大腔壓力升高推動后支撐換步系統(tǒng)與輔助裝置定位，所述78大刀盤掘進

若干環(huán)后支撐換步系統(tǒng)能夠與巖壁連接定位后，78大刀盤進入正常掘進位置。

[0501] 大刀盤環(huán)向切割硬巖巖筒：所述78大刀盤前端連接若干層79弧形切刀，若干層79弧形切刀安裝在83若干層弧形切刀刀體前部；若干層83弧形切刀與刀體之間均設(shè)有84刀體

間排渣溝，84刀體間排渣溝后部設(shè)有若干85硬巖切渣集渣槽；所述78大刀盤在102刀盤驅(qū)動

系統(tǒng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的78大刀盤由100刀盤推進系統(tǒng)和90巖筒環(huán)向切割系統(tǒng)做功下向掘

進前方推進(首次推進需輔助設(shè)備協(xié)助至正常推進)，旋轉(zhuǎn)推進的78大刀盤帶動若干層83弧

型切刀刀體和安裝在切刀刀體上的79弧形切刀旋轉(zhuǎn)環(huán)向切割硬巖巖筒，若干層79弧形切刀

切割硬巖過程中產(chǎn)生的硬巖切渣由若干條84刀體間排渣溝排到刀體后端85硬巖切渣集渣

槽，85硬巖集渣槽收集的巖渣在78大刀盤旋轉(zhuǎn)至高點向下至適當位置自重落入87排渣系

統(tǒng)，87排渣系統(tǒng)做功將巖渣排出開采區(qū)，直至若干層80硬巖巖筒切割完成。

[0052] 大刀盤縱向切割硬巖管片：若干臺88巖筒縱向切鋸在100管片縱向切割系統(tǒng)做功下由82硬巖管片縱向切斷面位置縱向切割硬巖巖筒，所述縱向切割硬巖巖筒完成若干片93

硬巖管片縱向分離完成。

[0053] 大刀盤橫向分離硬巖管片：92管片橫向截斷系統(tǒng)做功下若干93硬巖管片與硬巖母體分離，提取硬巖管片完成。

[0054] 大刀盤排出硬巖管片：93硬巖管片在94管片協(xié)排系統(tǒng)做功下經(jīng)過95管片碎石外排通道排出采掘區(qū)，大刀盤一環(huán)硬巖掘進與硬巖管片采掘同時完成。

[0055] 管片增強系統(tǒng)：硬巖增強管片由設(shè)置在掘進空間后部的諸多模具完成。[0056] 管片分類系統(tǒng)：自動確定自用襯砌外環(huán)管片進入硬巖增強通道增強后返回掘進空間襯砌，多余硬巖管片排出掘進區(qū)銷售或者增強為硬巖管片后銷售。

[0057] 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)控制推進支撐開采防水等全部設(shè)備，平時自動控制人工監(jiān)視，特殊情況人工干預(yù)雙保險施工。

[0058] 動力系統(tǒng)：掘進機采掘推進、防護支撐、開采防水、管片內(nèi)外運輸、增強復(fù)合安裝、注漿防水、包括整體設(shè)備提供全部動力。

[0059] 驅(qū)動系統(tǒng)：所述驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動切割硬巖、分割管片、掘進機整體換步前進、支撐防護、注漿防水等全部系統(tǒng)做功；

[0060] 冷卻系統(tǒng)：刀盤切割過程中，冷卻系統(tǒng)控制冷卻水全程向各工作部位噴淋冷卻水，供全部刀盤刀具鉆具作業(yè)冷卻。

[0061] 泥漿巖渣進入與排出系統(tǒng)：所述刀盤后端設(shè)有冷卻水泥漿巖渣通道用于進入冷卻水高壓注射泥漿、排出巖渣和廢泥漿；

[0062] 掘進區(qū)域防水：所述刀盤與刀盤中心功能區(qū)、中刀盤之間均設(shè)有防水系統(tǒng)，用于防止掘進區(qū)地下涌水和掘進冷卻用水外溢；

[0063] 管片巖芯外排通道防水：所述通道設(shè)有雙層船塢式防水閘，所述防水閘在管片巖芯進入外排通道前防水前閘開后閘關(guān)，所述管片進入外排通道后防水前閘關(guān)后閘開管片排

出，涌水冷卻水不外溢；

[0064] 管片檢測系統(tǒng)：檢測硬巖增強復(fù)合材料管片合格后返回掘進工作面，進入復(fù)合管片安裝系統(tǒng)等待掘進空間管壁襯砌安裝。

[0065] 硬巖管片回運系統(tǒng)：所述管片回運系統(tǒng)將制造完成的復(fù)合材料管片回運掘進區(qū)管片安裝系統(tǒng)等待襯砌；

[0066] 管片安裝系統(tǒng)：硬巖增強管片檢測合格后，由管片安裝系統(tǒng)在掘進空間管壁進行管片襯砌至一個整環(huán)完成，進入下一環(huán)管片安裝襯砌循環(huán)。

[0067] 注漿防水系統(tǒng)：所述系統(tǒng)為安裝后管片與管壁間高壓注漿加固防水、管廊隧道內(nèi)部全方位加固防水。

[0068] 剩余硬巖管片銷售：掘進期間和掘進空間襯砌管壁后均有剩余管片，巨量剩余管片可隨時直銷或者增強成為硬巖管片后銷售，收入可抵頂建設(shè)投資。

[0069] 工程防水：硬巖增強復(fù)合材料管片安裝后對掘進管廊隧道工程外部進行高壓注漿加固、內(nèi)部整體全方位加固防水作業(yè)。

[0070] 工程階段驗收：隧道管廊工程外部注漿內(nèi)部防水后對工程全方位質(zhì)量檢測，檢測檢驗合格后進入下一步工作循環(huán)。

[0071] 所述增強材料包括玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維、竹纖維。[0072] 所述硬巖管片包括掘進工程巖石圈內(nèi)掘進空間采出的全部硬巖；[0073] 掘進空間襯砌自用后剩余管片，可供應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)全斷面粉碎硬巖掘進機，土壓平衡盾構(gòu)機、泥水平衡盾構(gòu)機的管廊隧道，無論何種地質(zhì)條件，建造硬巖增強管廊隧道使用壽

命，都比現(xiàn)有技術(shù)混凝土管廊隧道使用壽命大大增加。