[發(fā)明專利]一種TBM掘進輔助破巖的實驗系統(tǒng)及試驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910596335.7
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110501145B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 黃興;唐旭海;邵祖亮;劉泉聲;劉濱;潘玉叢
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所;武漢大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N3/58;G01N3/10;G01N3/24;G01N15/08
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發(fā)明公開了一種TBM掘進輔助破巖的實驗系統(tǒng)，包括可滑動支撐平臺、支撐平臺預留孔、可鎖定滾動輪、支撐平臺導軌、熱加載平臺、平臺預留孔、電磁波系統(tǒng)、紅外線測溫儀、刀盤裝置、和刀盤反力架。還公開了一種TBM掘進輔助破巖的實驗方法，可用于研究微波照射高溫加熱+液氮冷卻作用對巖石物理力學性質的影響。

技術領域

本發(fā)明屬于TBM(全斷面隧道掘進機)掘進技術領域，具體涉及一種TBM 掘進輔助破巖的實驗系統(tǒng)，還涉及一種TBM掘進輔助破巖的實驗方法。

背景技術

傳統(tǒng)的隧道工程采用鉆爆法或者TBM掘進工法，然而均存在一定的不足，如鉆爆法存在精度低、工作條件差等問題，而TBM掘進法對于極硬巖開鑿困難。

主要的原因是：

1.鉆爆法對圍巖擾動大，容易造成周邊巖石破壞，存在施工精度低、圍巖支護困難等一系列缺點。

2.TBM掘進法在破碎抗壓強度較高的硬巖時，刀具切削破碎極為困難，刀具磨損消耗量大以及破巖效率低。

因此，對于開鑿抗壓強度較高的硬巖，主要思路是先通過一系列的輔助破巖方法降低掌子面巖體的強度，然后采用TBM機械破巖的方法。當前常規(guī)的思路是將掌子面巖體進行加熱，降低其強度。然而，一方面，傳統(tǒng)的熱源加熱不僅存在熱量利用率低、安全性低的問題，另一方面，由于巖石的導熱系數(shù)低導致傳熱速度慢，導致工作效率低。

由于巖石作為介質材料不同程度地吸收微波能，巖石介質材料與微波電磁場相互耦合，形成各種功率耗散從而使微波能在巖石內部轉化成熱能。微波加熱巖石是通過巖石內部偶極分子的高頻往復運動產生“內摩擦熱”而使巖石溫度升高，不須任何熱傳導過程就能使巖石內外部同時加熱和升溫。巖石的抗拉強度很低，當極高溫度的巖體急劇降溫時，其內部會產生巨大的拉應力和剪應力，此時巖體更易破壞。基于以上分析，從巖石的物理性質以及實際實驗可操作性出發(fā)，本發(fā)明利用“微波照射高溫加熱+液氮急速冷卻”循環(huán)加載的方法進行輔助高效破巖。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是在于針對現(xiàn)有技術的缺陷和不足，提供一種輔助TBM掘進的實驗系統(tǒng)，還提供一種輔助TBM掘進的實驗方法。

為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種TBM掘進輔助破巖的實驗系統(tǒng)，包括平臺支架，還包括設置在平臺支架上的熱加載平臺，熱加載平臺上設置有支撐平臺導軌和刀盤反力架，刀盤反力架上設置有刀盤裝置，可滑動支撐平臺底部通過可鎖定滾動輪設置在支撐平臺導軌上，可滑動支撐平臺為開口朝上的盒體，支撐平臺導軌位于刀盤裝置下方，可滑動支撐平臺底部設置有支撐平臺預留孔，支撐平臺預留孔通過支撐平臺輸?shù)芫€與液氮罐連接，支撐平臺輸?shù)芫€上設置有支撐平臺輸?shù)刂崎y門，熱加載平臺上還設置有電磁波系統(tǒng)和紅外線測溫儀，電磁波系統(tǒng)與導波器連接。

如上所述的刀盤裝置包括油缸、用于監(jiān)測油缸油壓的油壓表、設置在油缸的活塞端的刀盤、以及設置在油缸上用于測量油缸的活塞端的貫入度的刻度表，油缸上設置有進油管和回油管，進油管和回油管分別與刀盤油缸泵連接。

如上所述的熱加載平臺設置在平臺支撐座上，熱加載平臺上還設置有巖芯夾持器放置槽，熱加載平臺上還設置有預留管槽，預留管槽一端與巖芯夾持器放置槽連通，預留管槽另一端與平臺支撐座的側部的平臺預留孔連通，巖芯夾持器放置槽內放置有巖芯夾持器，巖芯夾持器的側部設置有巖芯夾持器預留孔，巖芯輸?shù)芫€一端依次貫穿平臺預留孔、預留管槽后與巖芯夾持器預留孔連通，巖芯輸?shù)芫€另一端與液氮罐連接，巖芯輸?shù)芫€上設置有巖芯輸?shù)刂崎y門。

如上所述的預留管槽與巖芯輸?shù)芫€之間填充有環(huán)氧密封結構膠。

一種TBM掘進輔助破巖的實驗方法，包括以下步驟：

步驟1、將巖石放置在可滑動支撐平臺上；