[發(fā)明專利]水力-機械聯(lián)合破巖TBM裝置及其破巖方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911024059.3
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110985032B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧景景;徐福通;周輝;張傳慶;邱浩權(quán);沈貽歡;馬嘯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11;E21D9/10
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發(fā)明公開了一種水力?機械聯(lián)合破巖TBM裝置。它包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，推進油缸，外機架，油壓缸，外機架上撐靴和TBM刀盤結(jié)構(gòu)；所述TBM刀盤結(jié)構(gòu)安裝在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動前端、且位于所述外機架前側(cè)；所述外機架位于所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動外側(cè)；所述外機架上撐靴位于所述外機架后方、且與所述外機架通過所述推進油缸連接；其特征在于：有機械滾刀結(jié)構(gòu)和水力切割刀具模塊均呈周向布置在所述TBM刀盤結(jié)構(gòu)上；所述機械滾刀結(jié)構(gòu)和所述水力切割刀具模塊均呈間隔設(shè)置；所述水力切割刀具模塊安裝在徑向上間隔設(shè)置的二個所述機械滾刀結(jié)構(gòu)之間。本發(fā)明具有降低噴嘴的磨損，縮短刀具與巖壁之間的距離，提高破巖效率的優(yōu)點。本發(fā)明還公開了水力?機械聯(lián)合破巖TBM裝置的破巖方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道及地下工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及復(fù)雜地質(zhì)條件TBM隧道施工領(lǐng)域，更具體地說它是水力-機械聯(lián)合破巖TBM裝置。本發(fā)明還涉及水力-機械聯(lián)合破巖TBM裝置的破巖方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)TBM采用機械滾刀破巖，TBM滾刀在破巖時往往具有三種狀態(tài)，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(chǎn)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(chǎn)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(fù)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(yīng)該在一定滾刀間距條件下，以最小的能耗和機構(gòu)磨損，形成最大的破巖范圍。

傳統(tǒng)機械常截面盤形滾刀破巖貫入度由TBM參數(shù)確定，針對不同的掌子面巖性種類會做出調(diào)整，但是每次只能針對一種掌子面的巖石進行調(diào)整，由于底層地質(zhì)復(fù)雜，各種巖性的巖石交錯布置，使用傳統(tǒng)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(xiàn)有TBM破巖方法中采用的常規(guī)滾刀結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，使水射流結(jié)構(gòu)與普通滾輪式滾刀間隔布置，采用水力和機械聯(lián)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?zhí)枮椋?01310188881.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(jié)構(gòu)》；其在傳統(tǒng)TBM刀盤主體結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)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(huán)境防塵降溫；但是，由于其需在TBM刀盤上專門開設(shè)安裝高壓水刀的開孔，結(jié)構(gòu)復(fù)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(tài)，易造成水資源浪費，破巖能耗較高，且達不到預(yù)計效果。

如申請?zhí)枮镃N105736006A，專利名稱為《高壓水射流全斷面巖石掘進機刀盤設(shè)計方法》，發(fā)明人霍軍周、朱冬等改變了傳統(tǒng)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(zhuǎn)擠壓來進行巖石破碎，降低了破巖能耗；但是其對傳統(tǒng)TBM刀盤的改動較大，成本較高，不利于實現(xiàn)及應(yīng)用。

隨著社會的日益發(fā)展，隧道及地下工程對TBM的使用需求越來越高；因此，現(xiàn)亟需開發(fā)一種破巖效率較高、破巖能耗較少、機械磨損較低的水力切割刀具及模塊及聯(lián)合破巖TBM裝置及破巖方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的是為了提供一種水力-機械聯(lián)合破巖TBM裝置；降低噴嘴的磨損，縮短刀具與巖壁之間的距離，提高破巖效率；保證水力切割刀具模塊始終緊貼巖石掌子面進行水刀切割，保證噴嘴與掌子面的距離為噴嘴噴射作用力最大的范圍，提高破巖效率，減少破巖能耗，降低機械磨損。

本發(fā)明的第二目的是為了提供所述水力-機械聯(lián)合破巖TBM裝置的破巖方法；提高破巖效率，減少破巖能耗，降低機械磨損，提高工程進度和降低工程成本。