[發明專利]一種高壓水空化破巖TBM及其施工方法

在審

• 申請號: 201910819612.6
• 申請日: 2019-08-31
• 公開（公告）號: CN110410093A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 譚順輝;郭付軍;李光;周小磊;朱團輝;許順海;馮超強;高可可;張凱;徐志良
• 申請（專利權）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10;E21D9/11
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 高園

本發明公開了一種高壓水空化破巖TBM及其施工方法。本發明包括主機，所述主機的前端設有刀盤，刀盤上設有脈沖空化噴嘴，脈沖空化噴嘴與高壓水系統相連接，刀盤的后部連接有真空排污系統。所述刀盤與設置在主機內部的主驅動相連接，刀盤的前端面上設有進渣口，刀盤的后部設有泥水艙，泥水艙的下部設有出渣口，出渣口與真空排污系統相連接。本發明刀盤合理布置多個脈沖空化噴嘴，高壓水通過空化噴嘴后形成空化水射流，直接沖蝕破碎巖石，實現全斷面純水破巖，提高破巖效率，降低施工風險。本公開采用非接觸式破巖，可以有效減少主驅動扭矩和總推力，降低主驅動功率，同時減小TBM震動，減少刀具磨損和更換。

技術領域

本發明涉及隧道施工技術領域，特別是指一種高壓水空化破巖TBM及其施工方法。

背景技術

長距離山嶺隧道機械化施工中常用TBM掘進，目前TBM多采用滾刀對巖石進行施壓、滾、劈、磨作用，達到破巖的目的。破碎的巖石由刀盤鏟斗刮入皮帶輸送機，皮帶輸送機機將破碎的巖石輸送到運輸機車中或后部銜接的連續皮帶輸送機上，輸送到洞外，完成掘進過程。掘進中遇到硬巖時，滾刀磨損嚴重，換刀頻繁，嚴重影響掘進效率。

基于此種原因，提出多種輔助破巖措施，提高掘進效率，減少刀具磨損，如高壓水輔助破巖。目前高壓水輔助破巖，通常采用超高壓水與滾刀、壓輪鉆頭等相結合進行輔助破巖，雖有效提高的破巖效率。但超高壓水射流輔助破巖，需超高壓水泵，高壓回轉接頭、超高壓管路等，系統設計復雜，風險性大，另外還要考慮與現有TBM結構及施工的兼容性等難題。因此高壓水輔助破巖目前存在很多技術難題，同時也存在可靠性、安全性的問題。

空化水射流是含有空化現象的水射流。一般通過人為地在從噴嘴出來的水射流內誘發空泡初生，并適度地控制噴嘴出口截面與靶物表面之間的距離射流的靶距，使空泡在運動過程中長大，當空泡隨水射流沖擊靶物表面時因滯止壓力的作用而潰滅。空泡潰滅時產生空化效應，即空泡潰滅時在空泡周圍的極小空間內出現熱點，產生瞬時的高溫和高壓，并能形成強烈的沖擊波和速度高達100m/s以上的微射流，這種極端的物理、化學環境能引起多種物理、化學效應，從而作用于物件或周圍物質，達到清洗、切割、破碎以及處理有機物等效果。因此，空化水射流破巖成為破巖新方向，而現有技術中，還沒有上述空化水射流破巖裝置，因此研制一種高效破巖的壓水空化破巖TBM很有必要。

發明內容

針對上述背景技術中的不足，本發明提出了一種高壓水空化破巖TBM及其施工方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種高壓水空化破巖TBM，包括主機，所述主機的前端設有刀盤，刀盤上設有脈沖空化噴嘴，脈沖空化噴嘴與高壓水系統相連接，刀盤的后部連接有真空排污系統。

所述刀盤與設置在主機內部的主驅動相連接，刀盤的前端面上設有進渣口，刀盤的后部設有泥水艙，泥水艙的下部設有出渣口，出渣口與真空排污系統相連接。

所述脈沖空化噴嘴沿刀盤徑向成排設置，出渣口設置在相鄰兩排或四排脈沖空化噴嘴之間，每個脈沖空化噴嘴的兩側均設有耐磨保護塊。

所述高壓水系統包括高壓水泵組，高壓水泵組上設有第一高壓管路，第一高壓管路通過多路高壓回轉組件與刀盤高壓管路相連接，刀盤高壓管路的一端與多路高壓回轉組件轉動連接、另一端與脈沖空化噴嘴相連接。

所述高壓水泵組設置在后部拖車上，高壓水泵組與水箱或外部水管相連接。

所述真空排污系統包括真空射流裝置和渣水分離裝置，真空射流裝置的進渣端通過吸渣管與出渣口相對應，真空射流裝置的進渣端通過排渣管與渣水分離裝置相連接，真空射流裝置上設有空壓管，通過空壓管通入壓縮空氣。

還包括連續皮帶機，連續皮帶機位于渣水分離裝置的出渣口下方，渣水分離裝置的出液端連接有廢水收集箱，廢水收集箱上連接有排污管路，排污管路上設有排污泵。

所述排污管路上設有過濾凈化裝置，過濾凈化裝置上設有出水管，出水管與高壓水泵組相連接。