一种铁路隧道仰拱的开挖装置及其开挖方法

1.一种铁路隧道仰拱的开挖装置，对台阶法施工的隧道的下台阶（01）进行开挖，所述隧道内布置有仰拱栈桥（02），其特征在于，包括：横向钻孔组件，所述横向钻孔组件包括半内齿圈（03）、活动件（04）、齿轮一（05）、驱动机一（06）、伸缩件一、钻机一（12）以及钻头一（13），所述半内齿圈（03）位于所述仰拱栈桥（02）下方，所述半内齿圈（03）的两端均与所述仰拱栈桥（02）相连，所述半内齿圈（03）的轴心线与所述仰拱栈桥（02）的长度方向平行，所述半内齿圈（03）的轴心线能与所述隧道的中心线共同限定出一竖向平面；所述活动件（04）滑动安装在所述半内齿圈（03）上，所述活动件（04）能沿所述半内齿圈（03）的周向滑动；所述齿轮一（05）转动安装在所述活动件（04）上，所述齿轮一（05）与所述半内齿圈（03）啮合；所述驱动机一（06）固定在所述活动件（04）上，所述驱动机一（06）的输出转轴与所述齿轮一（05）同轴固定；所述伸缩件一安装在所述活动件（04）上，所述伸缩件一的伸缩端的伸缩方向与所述半内齿圈（03）的轴心线平行；所述钻机一（12）安装在所述伸缩件一的伸缩端；所述钻头一（13）与所述钻机一（12）的输出转轴同轴固定，所述钻头一（13）的轴心线与所述半内齿圈（03）的轴心线平行，所述钻头一（13）远离所述钻机一（12）的一端能与下台阶（01）的竖向面抵接，所述钻头一（13）能在所述下台阶（01）的竖向面上开设横向圆孔（010）；竖向钻孔组件，所述竖向钻孔组件包括伸缩件二、伸缩件三、钻机二（28）以及钻头二（29），所述伸缩件二与所述仰拱栈桥（02）相连，所述伸缩件二的伸缩端的伸缩方向与所述仰拱栈桥（02）的宽度方向相同；所述伸缩件三与所述伸缩件二的伸缩端相连，所述伸缩件三的伸缩端的伸缩方向竖向布置；所述钻机二（28）安装在所述伸缩件三的伸缩端；所述钻头二（29）与所述钻机二（28）的输出转轴同轴固定，所述钻头二（29）的轴心线竖向布置，所述钻头二（29）能位于所述下台阶（01）的水平面上方，所述钻头二（29）能在所述下台阶（01）的水平面上开设竖向圆孔（011）；劈裂棒（30），所述劈裂棒（30）与外部液压动力站通过油管连接，所述劈裂棒（30）能插入所述竖向圆孔（011）中。 2.根据权利要求1所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，其特征在于，还包括调节件一，所述调节件一包括安装座一（31）、丝杆一（32）、滑块一（33）以及电机一（34），所述安装座一（31）同时与所述半内齿圈（03）的两端固定；所述丝杆一（32）转动安装在所述安装座一（31）上，所述丝杆一（32）的长度方向与所述伸缩件二的伸缩端的伸缩方向相同；所述滑块一（33）上开设有螺纹孔一，所述滑块一（33）与所述丝杆一（32）螺纹旋接，所述安装座一（31）上开设有两个滑槽（310），所述滑槽（310）的槽长方向与所述丝杆一（32）的杆长方向相同，所述丝杆一（32）位于两个所述滑槽（310）之间，在所述滑块一（33）上一体成型有两个滑动条（330），两个所述滑动条（330）各自滑动嵌装在两个所述滑槽（310）中，所述滑块一（33）与所述仰拱栈桥（02）固定；所述电机一（34）固定在所述安装座一（31）上，所述电机一（34）的输出转轴与所述丝杆一（32）同轴固定。 3.根据权利要求1所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，其特征在于，还包括调节件二，所述调节件二包括安装座二（35）、导向杆（36）、堵头（37）以及伸缩缸一（38），所述安装座二（35）与所述仰拱栈桥（02）相连，所述安装座二（35）上开设有通孔一和通孔二；所述导向杆（36）滑动布置在所述通孔一中，所述导向杆（36）的长度方向与所述仰拱栈桥（02）的长度方向相同，所述导向杆（36）的一端与所述伸缩件二相连，所述导向杆（36）的另一端固定有所述堵头（37），所述堵头（37）的外轮廓直径大于所述通孔一的孔径；所述伸缩缸一（38）固定在所述安装座二（35）上，所述伸缩缸一（38）的伸缩端在穿过所述通孔二后与所述伸缩件二相连，所述伸缩缸一（38）的伸缩端的伸缩方向与所述导向杆（36）的长度方向相同。 4.根据权利要求3所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，其特征在于，还包括伸缩缸二（39），所述伸缩缸二（39）固定在所述安装座二（35）上，所述伸缩缸二（39）的伸缩端的伸缩方向竖向布置，所述伸缩缸二（39）的伸缩端与所述仰拱栈桥（02）固接。 5.根据权利要求1所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，其特征在于，所述横向钻孔组件还包括伸缩件四，所述伸缩件四包括伸缩缸三（14）、套管（15）以及插杆（16），所述伸缩缸三（14）与所述活动件（04）固定，所述伸缩缸三（14）的伸缩端与所述伸缩件一相连；所述套管（15）的一端与所述活动件（04）固定，所述套管（15）的另一端内侧滑动插设有所述插杆（16）；所述插杆（16）远离所述套管（15）的一端与所述伸缩件一相连。 6.根据权利要求5所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，其特征在于，所述伸缩件一包括安装架一（07）、光轴一（08）、丝杆二（09）、电机二（10）以及滑块二（11），所述插杆（16）远离所述套管（15）的一端和所述伸缩缸三（14）的伸缩端均与所述安装架一（07）固定；所述光轴一（08）的两端均固定在所述安装架一（07）上，所述光轴一（08）的长度方向与所述半内齿圈（03）的轴心线平行；所述安装架一（07）上转动支撑有所述丝杆二（09），所述丝杆二（09）的长度方向与所述光轴一（08）的长度方向相同；所述电机二（10）固定在所述安装架一（07）上，所述电机二（10）的输出转轴与所述丝杆二（09）同轴固定；所述滑块二（11）上开设有滑孔一和螺纹孔二，所述滑孔一中滑动穿设有所述光轴一（08），所述螺纹孔二中旋设有所述丝杆二（09），所述钻机一（12）与所述滑块二（11）固接。 7.根据权利要求3所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，其特征在于，所述伸缩件二包括安装架二（17）、光轴二（18）、滑块三（19）、驱动机二（20）、齿轮二（21）以及齿条（22），所述安装架二（17）同时与所述导向杆（36）的一端和所述伸缩缸一（38）的伸缩端固定；所述光轴二（18）的两端同时与所述安装架二（17）固定，所述光轴二（18）的轴心线水平布置且与所述导向杆（36）的长度方向垂直；所述滑块三（19）上开设有滑孔二，所述滑孔二中滑动穿设有所述光轴二（18），所述安装架二（17）上设有条状接触面，所述条状接触面竖向布置且其长度方向与所述光轴二（18）的长度方向相同，所述滑块三（19）的一端面与所述条状接触面滑动紧贴，所述伸缩件三与所述滑块三（19）相连；所述驱动机二（20）固定在所述滑块三（19）上；所述齿轮二（21）与所述驱动机二（20）的输出转轴同轴固定；所述齿条（22）固定在所述安装架二（17）上，所述齿条（22）的长度方向与所述光轴二（18）的长度方向相同，所述齿条（22）与所述齿轮二（21）啮合。 8.根据权利要求7所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，其特征在于，所述伸缩件三包括安装架三（23）、光轴三（24）、丝杆三（25）、电机三（26）以及滑块四（27），所述安装架三（23）与所述滑块三（19）固接；所述光轴三（24）的两端均固定在所述安装架三（23）上，所述光轴三（24）的轴心线竖向布置；所述安装架三（23）上转动支撑有所述丝杆三（25），所述丝杆三（25）的长度方向与所述光轴三（24）的长度方向相同；所述电机三（26）固定在所述安装架三（23）上，所述电机三（26）的输出转轴与所述丝杆三（25）同轴固定；所述滑块四（27）上开设有滑孔三和螺纹孔三，所述滑孔三中滑动穿设有所述光轴三（24），所述螺纹孔三中旋设有所述丝杆三（25），所述钻机二（28）与所述滑块四（27）固接。 9.根据权利要求1所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，其特征在于，所述半内齿圈（03）的两端壁各自同轴一体成型有一个半环（030），所述半环（030）的两端与所述半内齿圈（03）的两端各自对齐，在所述活动件（04）上开设有贯穿其两端壁的弧形槽（040），所述弧形槽（040）的槽中心线所对应的弧心与所述半内齿圈（03）的轴心线重合，所述弧形槽（040）的两槽侧壁上开设有贯穿所述活动件（04）两端壁的弧形限位槽（041），所述弧形限位槽（041）的槽中心线所对应的弧心与所述半环（030）的轴心线重合，所述半内齿圈（03）滑动布置在所述弧形槽（040）中，两个所述半环（030）各自滑动嵌装在两个所述弧形限位槽（041）中。 10.一种铁路隧道仰拱的开挖方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种铁路隧道仰拱的开挖装置，该方法如下：①所述仰拱栈桥（02）布置到位后将所述半内齿圈（03）和所述伸缩件二安装在所述仰拱栈桥（02）上，初始状态下，所述钻头一（13）远离所述钻机一（12）的一端与所述下台阶（01）的竖向面具有间隙，所述钻头二（29）远离所述钻机二（28）的一端与所述下台阶（01）的水平面具有间隙；②启动所述驱动机一（06）以调整所述钻头一（13）的位置，启动所述伸缩件二以调整所述钻头二（29）的位置；③待所述钻头一（13）和所述钻头二（29）位置调整完毕后，所述驱动机一（06）和所述伸缩件二停机，启动所述伸缩件一、所述钻机一（12）、所述伸缩件二以及所述钻机二（28），所述钻头一（13）和所述钻头二（29）分别在所述下台阶（01）的竖向面和水平面上开设所述横向圆孔（010）和所述竖向圆孔（011），待所述横向圆孔（010）和所述竖向圆孔（011）钻设结束后，所述钻头一（13）和所述钻头二（29）分别从所述横向圆孔（010）和所述竖向圆孔（011）中移出；④重复步骤③，使所述钻头一（13）在所述下台阶（01）的竖向面上开设有多个所述横向圆孔（010），多个所述横向圆孔（010）沿所述隧道仰拱的内轮廓依次布置，每相邻的两个所述横向圆孔（010）之间的中心距小于所述横向圆孔（010）的孔径；使所述钻头二（29）在所述下台阶（01）的水平面上开设多个所述竖向圆孔（011），多个所述竖向圆孔（011）沿所述隧道的宽度方向依次布置，多个所述竖向圆孔（011）与多个所述横向圆孔（010）连通；⑤将所述劈裂棒（30）插入所述竖向圆孔（011）中，随后启动所述劈裂棒（30），所述劈裂棒（30）将所述下台阶（01）劈裂成多块，劈裂成多块的所述下台阶（01）通过运载车辆运出所述隧道。