[發明專利]一種激光輔助隧道掘進機及其破巖的方法

有效

• 申請號: 201710033902.9
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106884662B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 王崢崢;高陽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;侯明遠

本發明屬于隧道工程技術領域，公開了一種激光輔助隧道掘進機及其破巖的方法。兩種破巖模式：激光?滾刀破巖模式與滾刀破巖模式；通過智能控制系統可實現兩種破巖模式的識別與轉換，硬巖地段使用激光?滾刀破巖模式，可以提高破巖效率，軟巖地段采用滾刀破巖模式；對于激光輔助破巖的破壞模式主要為熱破碎，采用激光器，將激光頭安裝在隧道掘進機的刀盤上，并輔以噴水系統，實現激光照射熱裂并且噴水迅速冷卻輔助破巖、再機械破巖開挖的目的，通過合理選擇破巖模式，提高了掘進機對軟硬相間的復雜地質條件的適應性，既提高了破巖效率，又節省了施工成本。

技術領域

本發明屬于隧道工程技術領域，涉及到一種激光輔助隧道掘進機及其破巖的方法。

背景技術

目前，掘進機法和爆破法是隧道開挖的兩種主要的方式，對于常規的掘進開挖法，是利用大型刀具將巖石剪切擠壓破碎，然后通過配套的運輸設備將碎石運出。由于傳統的掘進機法對軟硬不均的地質條件及不同巖面的適應性差、使用有局限性，且常伴隨著刀具的磨損，降低了掘進效率，增大了施工成本。

發明內容

本發明要解決的技術問題是對于多變的地質條件下，既可以選擇高效的破巖模式，又可以有效的減少滾刀的磨損，從而提高破巖效率。

本發明的技術方案：

一種激光輔助隧道掘進機，在傳統隧道掘進機的基礎上增設激光器、噴水系統、實時監測系統和智能控制系統；

激光器：隧道掘進機的刀盤上安裝有多個激光器，形成熱破碎、熔化及汽化為主的激光-滾刀破巖模式；為了保證高效的輔助破巖，激光器按激光參數(波的類形、波長、強度、脈沖寬度、功率密度等)分為多種工作類型，根據監測系統采集的破巖信息，進行系統對比分析，針對不同種類、不同強度的巖石，切換不同的激光器，從而增加了掘進機的地層適應性；

噴水系統：激光器周圍輔設有噴水系統，利用激光輻射產生高溫、再噴水降溫，利用瞬時的高溫差，使得巖石產生拉應力而破碎，從而實現激光照射熱裂并且噴水迅速冷卻輔助破巖、再機械破巖開挖的目的；

實時監測系統：包括圖像可視模塊、傳感器模塊和信息采集模塊，為了保證激光輔助掘進的安全和適時轉變破壞模式，通過信息采集模塊，實現對各種不同類型的數據實時同步采集，對掘進過程中的不同類型、強度的巖石做出及時的判斷；

智能控制系統：對信息采集模塊輸出的各種物理量信號進行調理和識別，從而對激光器的數量與空間布局、激光器的類型、破巖模式、刀盤的轉速進行智能更變，提高掘進機對不同地質條件適應能力。

一種激光輔助隧道掘進機破巖的方法：

激光輔助隧道掘進機包括兩種破巖模式：激光-滾刀破巖模式和滾刀破巖模式，通過智能控制系統對信息采集模塊輸出數據的識別，刀盤驅動裝置可實現兩種破巖模式間的識別與切換，將復雜地層分為硬巖地段和軟巖地段，在硬巖地段使用激光-滾刀破巖模式，可以提高破巖效率，減少刀具磨損；在軟巖地段，采用滾刀破巖模式，降低施工成本。

本發明的效果和益處是：通過一種激光輔助隧道掘進機及其破巖的方法，提高了掘進機對軟硬相間的復雜地質條件的適應性；通過智能選擇破巖模式，既提高了破巖效率，又節省了施工成本。

附圖說明

圖1是掘進機縱斷面圖。

圖2是滾刀破巖模式刀盤圖I-I斷面。

圖3是激光-滾刀破巖模式刀盤圖I-I斷面。

圖中：1鉆頭；2刀片；3激光器；4傳感器子系統；5轉換中心；

6信息采集模塊；7驅動裝置；8螺旋輸送器；9光纖光柵傳感器；

10刀盤；11噴水系統。

具體實施方式