[發明專利]一種用于硬巖隧道開挖的金屬透鏡天線微波輻射裝置

有效

• 申請號: 202010043819.1
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111163545B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 鄭彥龍;趙堅;趙曉豹;馬中駿;李建春;何磊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21C37/18;E21C37/16;E21B7/00;H05B6/80
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開了一種用于硬巖隧道開挖的金屬透鏡天線微波輻射裝置，包括萬向移動平臺車，微波電源，微波發生器，連接波導，喇叭口天線，金屬透鏡天線，屏蔽箱，激光位移傳感器，紅外熱成像儀等。所述微波電源通過電源連接線與微波發生器連接，所述微波發生器通過連接波導以及法蘭盤與喇叭口天線連接，所述激光位移傳感器和紅外熱成像儀固定于屏蔽箱上，所述喇叭口天線、金屬透鏡天線以及屏蔽箱固定在萬向移動平臺車上，微波發生器產生的微波通過金屬透鏡天線在掌子面聚焦，通過調節萬向移動平臺車的位置和高度，從而使金屬透鏡天線微波輻射裝置作用于隧道掌子面上預先設定的加熱點，實現硬巖隧道高效、經濟的開挖。

技術領域

本發明屬于隧道工程技術領域，具體涉及一種用于硬巖隧道開挖的金屬透鏡天線微波輻射裝置。

背景技術

隨著西部大開發戰略的深入開展與實施，我國計劃修建一大批深埋、特長的隧道。在隧道工程中，巖石破碎技術研究是最重要的課題之一，目前主流的破巖方法主要有爆破法和機械破巖方法。爆破法在施工的過程中對原巖的擾動性大,易造成周邊巖石破壞,存在施工精度低、破碎塊度不均勻、圍巖支護困難等缺點；機械破巖法在面對抗壓強度較高的硬巖時，機械切削破碎極為困難，侵入率極低，刀具磨損嚴重，使得項目工期延長、成本增加。

微波技術由于具備選擇加熱性、體積加熱性、即時性、安全無污染等特點，為硬巖隧道開挖提供了一個新的思路和研究方向。既有研究已發現，微波照射能夠有效降低巖石的強度，提高機械破巖效率，具有較好工程的應用前景。

例如，公開號為107035316A的中國專利申請，提出了一種巖石表面致裂微波聚焦輻射器。但是，該方案中所提出的微波聚焦裝置，隨著出口與巖石之間的距離增加，微波功率密度急劇下降。除此之外，由于隧道在開挖的過程中，掌子面凹凸不平，該方案中的輻射器很難緊貼這隧道的掌子面，從而導致微波輻射效果不佳。所以上述方案中提出的裝置很難適應實際工程中的需求。

因此，為了適應工程實際的需要，同時滿足微波聚焦并應用與隧道開挖的需求，亟需設計一種能夠在天線前方一定的距離實現微波聚焦并滿足微波破巖所需功率的微波輻射器。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種用于硬巖隧道開挖的金屬透鏡天線微波輻射裝置，在實現微波聚焦的同時，保證天線與掌子面之間存在一定的距離，適應工程實際的需要，能夠有效地致裂巖石，實現硬巖隧道高效、經濟的開挖。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于硬巖隧道開挖的金屬透鏡天線微波輻射裝置，包括微波電源、微波發生器，連接波導、喇叭口天線、金屬透鏡天線、屏蔽箱、激光位移傳感器、紅外熱成像儀、萬向移動平臺車，所述微波電源通過電源連接線與微波發生器連接，所述微波發生器通過連接波導以及法蘭盤與喇叭口天線連接，所述喇叭口天線、金屬透鏡天線以及屏蔽箱固定在萬向移動平臺車上，且處于同一軸線上，所述激光位移傳感器和紅外熱成像儀固定于屏蔽箱上。

作為本發明的一種改進，所述微波電源位于移動平臺車后端，遠離隧道掌子面位置。

作為本發明的一種改進，所述微波電源的功率為15kW。

所述微波發生器包括磁控管、環形器、水負載、調諧器等，所述微波發生器產生的微波通過連接波導以及法蘭盤輸入到喇叭口天線，喇叭口天線的喇叭口對準金屬透鏡天線上。

作為本發明的一種改進，所述微波的頻率為2.45GHz，連接波導為BJ26或BJ22標準矩形波導，矩形截面尺寸為86mm×43mm或者109mm×54mm，法蘭盤的型號為FDP26或FDP22。

作為本發明的一種改進，所述萬向移動平臺車為市面上購買的可升降移動的可推車，其臺面上固定有喇叭口天線、金屬透鏡天線以及屏蔽箱，且萬向移動平臺車可上下左右移動，保證金屬透鏡天線微波輻射裝置可以按照預先設定的加熱點加熱整個掌子面。