[發明專利]機械-水力聯合破巖的TBM掘進裝備及其掘進方法

在審

• 申請號: 201910587784.5
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110318766A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 周輝;徐福通;盧景景;張傳慶;邱浩權;高陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D9/10;E21D9/12
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發明公開了一種機械?水力聯合破巖的TBM掘進裝備。它包括刀盤，旋轉驅動，推進油缸，水刀旋轉調節部和水力截割滾刀刀具；所述水力截割滾刀刀具沿周向布置于所述刀盤上；所述水刀旋轉調節部位于所述旋轉驅動前部；所述外機架位于所述旋轉驅動外側；有外機架上撐靴位于所述外機架后方；有后支撐和水倉位于所述外機架上撐靴后方，所述后支撐位于所述外機架上撐靴與所述水倉之間；有水刀外接水管道設于所述水倉上，水倉和水力截割滾刀刀具通過水刀外接水管道和水刀旋轉調節部連通。本發明具有貫入度合適，破巖效率較高，破巖能耗較少的優點。本發明還公開了機械?水力聯合破巖的TBM掘進裝備的掘進方法。

技術領域

本發明涉及隧道及地下工程領域，特別涉及復雜地質條件TBM隧道施工領域。更具體地說它是機械-水力聯合破巖的TBM掘進裝備。本發明還涉及機械-水力聯合破巖的TBM掘進裝備的掘進方法。

背景技術

傳統TBM采用機械滾刀破巖，TBM滾刀在破巖時往往具有三種狀態，即貫入度過小、貫入度合適和貫入度過大。

在一定的滾刀間距條件下，貫入度過小時，刀盤下方產生的裂紋會向破巖自由面(掌子面)上拓展并形成三角形的巖石渣片，亦或者兩相鄰滾刀所產生的水平向裂紋無法交匯，滾刀之間的巖脊無法被切削破壞，需要多次重復破巖才能達到良好的破巖效果，但此方法會造成破巖能耗增加，影響破巖效率；

在一定的滾刀間距條件下，貫入度過大時，相鄰滾刀間的巖石被切削成細小的巖石渣片、顆粒甚至粉末，巖石被過度破碎，造成了能耗的增加和刀具磨碎；

合適的貫入度應該在一定滾刀間距條件下，以最小的能耗和機構磨損，形成最大的破巖范圍。

傳統機械常截面盤形滾刀破巖貫入度由TBM參數確定，針對不同的掌子面巖性種類會做出調整，但是每次只能針對一種掌子面的巖石進行調整，由于底層地質復雜，各種巖性的巖石交錯布置，使用傳統機械進行破巖，效率低、破巖能耗大、易磨損滾刀；且由于施工過程中很難找到合適的TBM貫入度，所以容易造成TBM切削能量的損耗和刀盤的磨損。

現有TBM破巖方法中采用的常規滾刀結構，第一種破巖方式為：采用普通滾輪式滾刀破巖；第二種破巖方式為：在TBM刀盤空白位置上隨機打孔案裝水射流結構，使水射流結構與普通滾輪式滾刀間隔布置，采用水力和機械聯合破巖；

但是采用上述第一種破巖方式進行破巖，破壞巖石所需最大力較大，且易磨損滾刀，破巖效率較低；

采用上述第二種破巖方式進行破巖，如申請號為：201310188881.X，專利名稱為《高壓水射流在掘進機刀盤中的布置方法與結構》；其在傳統TBM刀盤主體結構形式基礎上，在TBM刀盤的空白位置隨機布置若干高壓水噴嘴，具有提高TBM的破巖效率，降低刀盤溫度，對環境防塵降溫；但是，由于其需在TBM刀盤上專門開設安裝高壓水刀的開孔，結構復雜，隨機對機械滾刀進行降溫，并不具有針對性，由于其處于常開狀態，易造成水資源浪費，破巖能耗較高，且達不到預計效果。

如申請號為CN105736006A，專利名稱為《高壓水射流全斷面巖石掘進機刀盤設計方法》，發明人霍軍周、朱冬等改變了傳統圓形刀盤的形狀，采用兩個十字形輻條布局，通過四輻條上水射流的沖擊以及刀具的旋轉擠壓來進行巖石破碎，降低了破巖能耗；但是其對傳統TBM刀盤的改動較大，成本較高，不利于實現及應用。

隨著社會的日益發展，隧道及地下工程對TBM的使用需求越來越高；因此，現亟需開發一種破巖效率較高、破巖能耗較少、機械磨損較低的破巖TBM掘進裝備及其掘進方法。

發明內容

本發明的第一目的是為了提供一種機械-水力聯合破巖的TBM掘進裝備，結構簡單，破巖效率較高，破巖能耗較少；機械磨損較低，有利于提高工程進度和降低工程成本。

本發明的第二目的是為了提供一種機械-水力聯合破巖的TBM掘進裝備的掘進方法。