隧道錨桿鉆機的性能依賴于各系統的協同工作,核心組成包括動力系統、鉆具系統、推進系統、操作系統和輔助系統這5大系統。

1. 動力系統
① 氣動式:由空壓機(外接)、氣動馬達、氣控閥組成,壓縮空氣經氣控閥調節后驅動馬達旋轉,同時提供推進力。
② 液壓式:由液壓泵(電機/柴油機驅動)、液壓馬達、液壓油缸、溢流閥組成,液壓泵輸出高壓油,通過閥組控制馬達轉速和油缸推進速度。
③ 電動式:由三相異步電機、減速器、變頻器組成,電機通過減速器降低轉速、提升扭矩,變頻器實現轉速無級調節。
2. 鉆具系統
鉆具系統是直接與巖石接觸的核心部件,決定鉆孔效率和孔壁質量:
① 鉆桿:常用材質為高強度合金鋼管(40CrMnMo),直徑25-50mm,長度0.5-2m(可拼接),表面有排渣槽(螺旋槽或直槽),用于排出巖屑。
② 鉆頭:根據巖石硬度選擇:
① 軟巖(Ⅳ-Ⅴ級):一字型、十字型合金鉆頭(成本低,耐磨性一般);
② 中硬巖(Ⅲ級):球齒鉆頭(鎢合金齒,抗沖擊性強);
③ 硬巖(Ⅰ-Ⅱ級):金剛石復合片(PDC)鉆頭(硬度高,壽命長,鉆孔精度高)。
3. 推進系統
推進系統保證鉆具勻速進給,提供穩定的鉆孔壓力:
① 氣動推進:通過氣缸驅動鉆具前進/后退,推進力較?。?-5kN),適用于淺孔;
② 液壓推進:通過雙作用油缸推進,推進力可調(5-50kN),可適應不同硬度巖石;
③ 機械推進:少數電動鉆機采用絲杠螺母推進,精度高但速度慢,適用于精密鉆孔。
4. 操作系統
操作系統控制鉆機的啟停、轉速、推進方向及角度:
① 手動操作:小型鉆機配備手柄、旋鈕,人工控制氣閥/液壓閥;
② 半自動操作:支腿式鉆機配備液壓先導閥,操作更輕便,可設定推進速度;
③ 全自動操作:履帶式臺車配備PLC控制系統,通過觸摸屏設定參數(鉆孔深度、角度),激光導向定位,無需人工干預。
5. 輔助系統
輔助系統提升作業安全性和環保性:
① 除塵系統:分為干式(布袋除塵器、旋風除塵器)和濕式(噴水降塵),用于收集鉆孔產生的粉塵(隧道施工粉塵濃度需≤2mg/m3,避免矽肺病);
② 排渣系統:氣動鉆機通過壓縮空氣吹除巖屑,液壓鉆機可配套泥漿循環系統(濕式排渣,適用于易坍塌圍巖);
③ 穩定系統:履帶式鉆機配備支腿或配重,防止鉆孔時整機傾斜;支腿式鉆機配備角度儀,確保鉆孔角度符合設計要求(通常錨桿與圍巖夾角≥75°)。