[發(fā)明專利]一種新型激光破巖模式TBM

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810499574.6
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN110529135A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建斌;趙振威;王穎;張博臻;王之江
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵高新工業(yè)股份有限公司;紐敦光電科技(上海)有限公司
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10
• 代理公司: 31114 上海開祺知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 竺明<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發(fā)明公開了一種新型激光破巖模式TBM，包括刀盤裝置和激光系統(tǒng)，激光系統(tǒng)包括激光發(fā)生器、光纖光纜、分光器和激光頭，將激光頭按照一定規(guī)律均勻搭載在TBM刀盤上，刀盤上布置相對應(yīng)的激光孔，在TBM工作的過程中，激光頭發(fā)出激光束通過各自對應(yīng)的激光孔照射在巖石上產(chǎn)生光斑，巖石吸收激光熱量出現(xiàn)熱破碎自動脫落，然后利用刀盤上刮刀收集破碎的巖石進入溜渣槽，本發(fā)明可降低隧道施工難度，節(jié)省施工成本，同時采用激光照射破巖減少了機械開挖對地層的擾動，提高施工安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道施工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種新型激光破巖模式 TBM。

背景技術(shù)

由于TBM(tunnel boring machine，隧道掘進機)掘進效率高，而且安全性遠遠高于鉆爆法開挖，所以越來越多的山嶺隧道采用TBM進行施工。當(dāng)遇到高強度巖石，如花崗巖、大理石等，TBM掘進效率明顯下降，刀具消耗快，施工成本增加。如何有效提高TBM的破巖效率，是TBM研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

未來10年內(nèi)，各類隧道掘進里程約2萬公里，硬巖TBM設(shè)備需求約 600臺，能有效提高這些TBM設(shè)備的掘進效率，產(chǎn)生的節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟效益將非常顯著。常規(guī)TBM在深層地層高硬度巖石施工方面遇到一定的困難，因此，尋找一個節(jié)能、安全高效的破巖方法是目前研究中的一個熱點。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種新型激光破巖模式TBM，適應(yīng)于深層地層高硬度巖石等地質(zhì)，開挖過程中對地層擾動小，在提高了破巖效率和施工效率的同時提升了施工安全性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種新型激光破巖模式TBM，其包括刀盤裝置和激光系統(tǒng)，激光系統(tǒng)包括光纖光纜和至少一臺與所述TBM相配合的高功率激光發(fā)生器，TBM 在掘進過程中，激光發(fā)生器產(chǎn)生激光，激光通過光纖光纜傳輸至激光頭，由激光頭通過對應(yīng)的激光孔射向巖石形成光斑，巖石吸收光斑高能熱量形成熱破碎。

優(yōu)選的，刀盤上按照一定規(guī)律均勻搭載一定數(shù)量的激光頭，并對應(yīng)布置相應(yīng)的激光孔，激光頭發(fā)出激光通過激光孔射向巖石。

優(yōu)選的，所述刀盤上相對應(yīng)于激光輸出光學(xué)頭具有光學(xué)窗口，所述光學(xué)窗口在刀盤上所連接的位置具有預(yù)定的角度，使激光可按照預(yù)定的角度照射到附近巖石表面。

優(yōu)選的，所述的激光系統(tǒng)包括激光發(fā)生器、光纖光纜、分光器、激光頭和溫度傳感器，激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光通過所述光纖光纜傳輸，在分光器分束后，各束激光分別由相應(yīng)光纖光纜輸出，各輸出光纖光纜分別連接于一個所述的激光頭，激光從激光頭發(fā)出并從刀盤上對應(yīng)的激光孔射出，巖石吸收激光受熱產(chǎn)生熱破碎。

本發(fā)明種新型激光破巖模式TBM在工作過程中，激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光通過所述光纖光纜傳輸，在一種情況下，多臺激光發(fā)生器的激光束分別通過相對應(yīng)的光纖光纜傳輸至所預(yù)定位置，并通過激光頭按要求射在掘進層表面。巖石吸收光斑高能熱量出現(xiàn)熱破碎自動脫落，然后利用刀盤上刮刀收集破碎的巖石進入溜渣槽。另一種情況下，一臺激光發(fā)生器所產(chǎn)生的激光可通過分光器(如光纖分束器)分光，分出的光束相應(yīng)的光纖光纜和相應(yīng)的激光頭輸出；激光頭發(fā)出激光束通過刀盤上各自對應(yīng)的激光孔照射在巖石上產(chǎn)生光斑，巖石吸收光斑高能熱量出現(xiàn)熱破碎自動脫落，然后利用刀盤上刮刀收集破碎的巖石進入溜渣槽。

在此加熱過程中可通過附加機械力輔助巖石的破碎和開裂。這個機械力包括壓力，振動力，側(cè)向力，溫度應(yīng)力等。

本發(fā)明新型激光破巖模式TBM包括刀盤裝置和激光系統(tǒng)，刀盤上按照一定規(guī)律均勻搭載一定數(shù)量的激光頭，并對應(yīng)布置相應(yīng)的激光孔，激光頭發(fā)出激光通過激光孔射向巖石；激光系統(tǒng)包括激光發(fā)生器、光纖光纜、分光器、激光頭和溫度傳感器，激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光通過所述光纖光纜傳輸，在分光器中，光束被分為多束并被分別輸入傳輸光纖光纜，每條輸出光纖光纜連接于一個所述的激光頭，激光從激光頭發(fā)出并從刀盤上對應(yīng)的激光孔射出，巖石吸收激光受熱產(chǎn)生熱破碎。