[發明專利]一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤

在審

• 申請號: 202010065751.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111156017A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 張金良;汪雪英;楊曉箐
• 申請（專利權）人: 黃河勘測規劃設計研究院有限公司
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D9/12
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 潘衛鋒

1.一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，主要包括刀盤主體(1)、滾刀組(2)、集渣斗(3)、輔助鉆頭(4)和供水裝置(5)，

所述滾刀組(2)包括錯落設置在刀盤主體(1)上的多個滾刀頭(21)，刀盤主體(1)在轉動過程中帶動滾刀頭(21)切割巖石，所述滾刀頭(21)的運行軌跡分別落在以刀盤主體(1)的中心為圓心的各個同心圓上，且由內到外的各組滾刀頭(21)的連接軌跡線形成近似螺旋狀，

所述集渣斗(3)設置在刀盤主體(1)外圍的滾刀頭(21)間隙中，集渣斗(3)的出渣口與出渣機連接，用于將滾刀組(2)剝落的巖渣送出隧道，

所述輔助鉆頭(4)共有多個，均凹嵌設置在刀盤主體(1)表面，輔助鉆頭(4)包括用于輔助切割巖石的PDC鉆頭(41)，將PDC鉆頭(41)與所述刀盤主體(1)活動連接的連接基座(42)，與連接基座(42)固定連接用于調節PDC鉆頭(41)角度的角度調節裝置(43)和為PDC鉆頭(41)切割巖石提供動力的電機(44)，

所述供水裝置(5)用于為刀盤主體(1)切割巖石提供冷卻水源，供水裝置(5)包括設置在外部水源內的供水泵(51)，均勻設置在刀盤主體(1)上空隙處的噴水嘴一(52)，分別設置在PDC鉆頭(41)表面的噴水嘴二(53)，所述噴水嘴一(52)、噴水嘴二(53)分別通過供水歧管與所述供水泵(51)連接。

2.根據權利要求1所述的一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，所述滾刀組(2)同一運行軌跡線上的滾刀頭(21)為2-8個。

3.根據權利要求1所述的一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，所述輔助鉆頭(4)的位置均位于所述滾刀頭(21)的運行軌跡上，且同軌跡線上的輔助鉆頭(4)位于滾刀頭(21)運行方向前端。

4.根據權利要求1所述的一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，所述PDC鉆頭(41)采用復合片式切削齒。

5.根據權利要求1所述的一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，所述連接基座(42)包括內部設有嵌槽(421)用于與所述PDC鉆頭(41)連接的連接柱(422)，連接柱(422)通過轉軸(423)與刀盤主體(1)活動連接，連接柱(422)外側設有與所述角度調節裝置(43)通過齒輪咬合連接的旋座(424)，所述旋座(424)與轉軸(423)固定連接。

6.根據權利要求1所述的一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，所述角度調節裝置(43)對PDC鉆頭(41)的角度調節范圍為與刀盤主體(1)夾角1-90°。

7.根據權利要求1所述的一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，所述同軌跡線上的輔助鉆頭(4)位于滾刀頭(21)運行方向前端。

8.根據權利要求1所述的一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，所述TBM刀盤的施工方法包括以下步驟：

S1：對需要切割破碎的掌子面巖石取樣，檢測分析掌子面巖石的組成成分和硬度，根據檢測參數調節輔助鉆頭(4)的旋轉角度，確保輔助鉆頭(4)既可以最大深度對掌子面巖石進行預切削成槽，又不會因為角度過大在切削過程中承力過大而造成損壞；

S2：同步啟動旋轉刀盤主體(1)和電機(44)，刀盤主體(1)轉動時，滾刀頭(21)與PDC鉆頭(41)同步旋轉，PDC鉆頭(41)在電機(44)的帶動下自轉，先行實現對掌子面巖石的切削破碎成槽；

S3：隨著刀盤主體(1)的轉動與推進，滾刀頭(21)壓入已被PDC鉆頭(41)切割成槽或微裂縫的掌子面巖石中，并切割、擠壓、破碎巖石，供水裝置(5)持續為掌子面巖石切割面噴水；

S4：掌子面巖石在PDC鉆頭(41)和滾刀頭(21)的共同切割擠壓作用下剝落脫離巖體，巖渣進入集渣斗(3)后通過出渣機送出隧洞。

9.根據權利要求8所述的一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，其特征在于，所述S2中PDC鉆頭(41)在初始切削時轉速為100-150r/min，后以100r/min的速率升速至2000-3000r/min。