[發明專利]高壓水射流邊刀及其聯合破巖脫困TBM刀盤及方法

在審

• 申請號: 201911025316.5
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110821510A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 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: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11;E21D9/10
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

1.高壓水射流邊刀，其特征在于：包括邊刀機械結構(1)、邊刀高壓水射流管道(2)和邊刀高壓水射流噴嘴(3)；

所述邊刀高壓水射流管道(2)位于所述邊刀機械結構(1)內部；

所述邊刀高壓水射流噴嘴(3)嵌于所述邊刀機械結構(1)內部、且與所述邊刀高壓水射流管道(2)連通。

2.根據權利要求1所述的高壓水射流邊刀，其特征在于：所述邊刀機械結構(1)為梯形齒刀或為扇形面刮刀。

3.根據權利要求1或2所述的高壓水射流邊刀，其特征在于：所述邊刀機械結構(1)設有通孔結構(1.1)；所述邊刀高壓水射流管道(2)和所述邊刀高壓水射流噴嘴(3)均位于所述通孔結構(1.1)內。

4.水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤，包括TBM刀盤結構(5)、機械滾刀結構(6)，其特征在于：還包括權利要求1-3中任一權利要求所述的高壓水射流邊刀(4)；所述高壓水射流邊刀(4)用于致裂造成TBM刀盤結構卡機的巖石地層，使TBM刀盤結構脫困；

所述高壓水射流邊刀(4)傾斜安裝在所述TBM刀盤結構(5)的圓周上；

所述機械滾刀結構(6)呈周向安裝在所述TBM刀盤結構(5)上、且呈間隔布置。

5.根據權利要求4所述的水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤，其特征在于：還包括水力切割刀具(7)；所述水力切割刀具(7)呈周向安裝在所述TBM刀盤結構(5)上、且呈間隔布置；

所述水力切割刀具(7)安裝在徑向上間隔設置的二個所述機械滾刀結構(6)之間。

6.根據權利要求4所述的水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤，其特征在于：所述水力切割刀具(7)安裝在間隔設置的二個所述機械滾刀結構(6)之間的中心位置；

所述高壓水射流邊刀(4)安裝在TBM刀盤結構(5)的外周上。

7.根據權利要求4所述的水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤，其特征在于：所述水力切割刀具(7)包括高壓水管道(7.1)、滾動輪(7.2)和刀具中軸(7.3)；

所述高壓水管道(7.1)設于所述滾動輪(7.2)上；

所述滾動輪(7.2)安裝在所述刀具中軸(7.3)上；

所述刀具中軸(7.3)安裝在所述TBM刀盤結構(5)上。

8.據權利要求4所述的水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤，其特征在于：所述滾動輪(7.2)至少為滾輪、雙滾輪中的一種。

9.水力-機械聯合破巖脫困方法，其特征在于：包括TBM裝置(9)，TBM裝置采用權利要求4-8中任一權利要求所述的水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)；

步驟一：將水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)對準待開挖洞時位置；

步驟二：固定外機架(10)，啟動水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)，TBM裝置(9)向前掘進一個行程；

外機架上撐靴(11)撐緊圍巖洞壁，固定TBM裝置(9)的機架；

水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)由旋轉驅動(12)驅動旋轉，推進油缸(13)向水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)施加推力，TBM被慢慢推出，向前掘進，后支撐(14)提供支撐；

機械滾刀結構(6)和水力切割刀具(7)自身旋轉的同時隨水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)旋轉，同步破碎巖體；

破碎巖體產生的巖渣由鏟斗(15)鏟入皮帶輸送機(16)，最后運至機后卸載；推進油缸(13)伸長一個行程，TBM裝置(9)相應向前移動一個行程；

當水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)卡機時，所述高壓水射流邊刀(4)內的高壓水射流噴嘴增加水壓，提供高壓水射流，破碎致裂造成所述水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)卡機的巖石地層，所述水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤(8)上的機械滾刀結構(6)和水力切割刀具(7)與高壓水射流邊刀(4)協同作業，促使TBM脫困；

步驟三：重復步驟一至步驟二，開始下一個行程作業，直至掘進到指定距離，即完成洞時開挖。

10.據權利要求9所述的水力-機械聯合破巖脫困方法，其特征在于：在步驟二中，機械滾刀結構(6)和水力切割刀具(7)同步破巖，具體如下：

所述水力切割刀具(7)破巖時，滾動輪(7.2)在掌子面上滾動，帶動高壓水管道(7.1)運動；有噴嘴(7.4)設于所述高壓水管道(7.1)上，所述高壓水管道(7.1)通過噴嘴(7.4)噴射高壓水射流至掌子面上，形成水刀切槽(18)；

所述機械滾刀結構(6)在水刀切槽(18)兩側的掌子面巖石上方滾壓，使巖渣崩落。