[發明專利]水刀掘進式盾構機

有效

• 申請號: 201610188555.2
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105673029B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 楊溢
• 申請（專利權）人: 楊溢
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/093;E21D9/12;E21D9/13;E21C25/60
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• 代理人: 暫無信息

本發明：水刀掘進式盾構機，將水刀技術與盾構技術組合，將環形保持裝置前移，掘進時向巖石圓柱外側的空腔推進；將現有盾構機盤形滾刀刀具改為環形，置于環形保持裝置前端，減少磨損；在環形保持裝置前端設置可伸縮的壓力傳感器探頭，以方便及時開啟水刀；用水刀部分或全部替代合金刀具，當遇到巖性復雜的地層或硬巖層時，使用水刀輔助掘進，減少刀具與巖石的直接碰撞；為了降低水刀用水、用砂成本，改進盾構機的渣土傳送裝置與抽水裝置，回收利用隧道建設過程中抽取的地下水、破碎的廢渣，供加砂水刀使用。并設計了適用于礦山的實施例。有利于降低隧道建設成本，并有效減小塌方、廢熱、透水事故、粉塵的危害，減少對地下水的浪費。

技術領域

本發明涉及高壓水射流切割(以下簡稱水刀)技術及盾構技術，具體而言，是將水刀與盾構機組合發明創造的一種利用水刀部分替換傳統合金刀具，切割隧道、礦山建設過程中可能遇到的硬巖或不均勻地層，以減少磨損從而降低成本，并綜合利用掘進施工地層所抽取地下水和掘進過程所產生廢渣的盾構機。

背景技術

用現有盾構刀具施工時，會遇到各種復雜地層。均一硬巖地層只需滾刀，但地層不均勻時必須安裝切刀，切刀在破硬巖過程中幾乎沒有作用，由于貫入角度和高度差的原因，產生瞬間沖擊荷載，切刀會被磨平甚至崩斷。在巨礫地層中，有些礫石層中既有硬巖又有軟巖，所以刀盤必須配備切刀和先行刀以對應非硬巖的需要。同理，在軟巖和軟土地情況下，本不需安裝滾刀，但在由于可能存在硬巖礫石，又必須安裝滾刀，導致滾刀嚴重損壞，失去破巖功能。因此亟需一種減少刀具磨損的技術改進方案。

當前，我國的水刀與盾構技術日臻成熟。但由于現有土壓平衡、泥水平衡盾構技術建設成本高昂，如北京地鐵采用土壓平衡盾構法施工的隧道區間，平均每建設一千米地鐵隧道需要耗費約16億元人民幣。且傳統盾構施工前必須大量抽取地下水，不但浪費嚴重，而且增大了地表沉降的風險。因此，必須設計一系列減少磨損，減少浪費，減少次生災害風險，來降低盾構技術成本的方案。

若遇到巖溶發育區，則傳統的土壓平衡、泥水平衡盾構技術涉及的盾構機容易受到突水事故的威脅，如宜萬鐵路施工時的一次巖溶突水事故，不但將盾構機等設備大部分沖毀，而且將原先敷設的隧道盾片及鐵軌全部沖毀，因此亟須一種減少突水事故的威脅的盾構方案，以及改進的盾構機。

當前僅有手掘式盾構技術等機械化程度較低的盾構技術運用于采礦，和傳統采礦一樣會在地下留下巨大空間。與現有無底柱崩落法噴漿的采空區不同，機械化的盾構技術留下的空間是相對穩定的，因此可以將采空部分建設礦井避難所，或者地下倉庫、人防設施、地下居住場所、地下實驗室等，實現空間綜合利用。同時，機械化的盾構技術等效于將盾片構成的空心筒間的礦石以近似78.5％的比例取出，可以獲取較無底柱崩落法等技術更多且分選更好的礦石，減少炸藥使用。另外，寶玉石礦產開采的礦石塊度越大價值越高，需要盡量保持礦石的完整性，必須盡量避免使用炸藥，而當前使用的礦山法使用炸藥較多，使用盾構技術無炸藥開采尚無先例。

發明內容

本發明目的在于提供一種減少地下水浪費、刀具磨損、綜合利用廢渣，以降低成本的盾構機。此盾構機的應用范圍也應較原有盾構機更為廣泛，如應用于巖溶區的隧道建設，減少突水風險；應用于礦山開采，以減少礦山熱害、透水事故風險，提高回采率與礦石質量。

為實現上述目的，本發明提供水刀掘進式盾構機，即一種采用水刀掘進的盾構機，基本組成包括：