[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

本發明公開了一種高壓水射流邊刀。它包括邊刀機械結構、邊刀高壓水射流管道和邊刀高壓水射流噴嘴；所述邊刀高壓水射流管道位于所述邊刀機械結構內部；所述邊刀高壓水射流噴嘴嵌于所述邊刀機械結構內部、且與所述邊刀高壓水射流管道連通。本發明具有噴射高壓水致裂巖石，能解決TBM卡機問題的優點。本發明還公開了水力?機械聯合破巖脫困TBM刀盤。本發明還公開了水力?機械聯合破巖脫困方法。

技術領域

本發明涉及隧道及地下工程技術領域，特別涉及復雜地質條件 TBM隧道施工領域，更具體地說它是高壓水射流邊刀。本發明還涉及 聯合破巖脫困TBM刀盤，即水力-機械聯合破巖脫困TBM刀盤。本發 明還涉及聯合破巖脫困TBM刀盤脫困方法，即水力-機械聯合破巖脫 困方法。

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。

且TBM隧道掘進機掘進破巖過程中，由于受到地應力和巖石強度 特性的影響，可能會發生TBM刀盤卡機現象，嚴重影響TBM的掘進效 率，造成重大的設備損壞和財產損失。

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 較低且能解決TBM卡機問題的破巖TBM掘進裝備系統及其破巖方法。

發明內容

本發明的第一目的是為了提供一種高壓水射流邊刀，TBM高壓水 射流邊刀安裝時與TBM刀盤平面有一定的傾角，產生的高壓水射傾斜 噴射高壓水致裂巖石、擴挖掌子面；解決TBM卡機問題。