[發(fā)明專利]一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010065751.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111156017A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張金良;汪雪英;楊曉箐
• 申請（專利權(quán)）人: 黃河勘測規(guī)劃設(shè)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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11670
• 代理人: 潘衛(wèi)鋒

本發(fā)明提供了一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，包括刀盤主體、滾刀組、集渣斗、輔助鉆頭和供水裝置，滾刀組包括固定設(shè)置在刀盤主體上的多個滾刀頭，集渣斗設(shè)置在刀盤主體外圍的滾刀頭間隙，輔助鉆頭共有多個，均凹嵌設(shè)置刀盤主體表面，輔助鉆頭包括PDC鉆頭、連接基座、角度調(diào)節(jié)裝置和電機，供水裝置用于為刀盤主體切割巖石提供冷卻水源，供水裝置包括設(shè)置在外部水源內(nèi)的供水泵，均勻設(shè)置在刀盤主體上空隙處的噴水嘴一，分別設(shè)置在PDC鉆頭表面的噴水嘴二。總之，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、安全高效、維修成本低等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤。

背景技術(shù)

當(dāng)今跨流域、跨區(qū)域的引、調(diào)水工程中，長隧洞(如我國南水北調(diào)西線工程中隧洞長度超過200km)常常是工程的首選引(輸)水建筑物，在地形、地質(zhì)條件限制的條件下，為提高隧洞施工速度，縮短工程工期，首選采用TBM施工。傳統(tǒng)TBM僅采用主推力油缸提供的推力將滾刀貫入巖石，滾刀隨著刀盤的運動而被動滾動并切割、擠壓、破碎巖石，從而實現(xiàn)隧洞掘進(jìn)開挖。根據(jù)現(xiàn)有工程資料統(tǒng)計，傳統(tǒng)TBM施工平均月進(jìn)尺為500mm。但是，當(dāng)巖石單軸抗壓強度超過120MPa時，TBM的貫入度極低且刀具磨損嚴(yán)重，使得TBM高效性不能充分發(fā)揮，導(dǎo)致TBM施工效率嚴(yán)重下降。

PDC鉆頭破巖技術(shù)已較成熟，并廣泛應(yīng)用于石油行業(yè)快速鉆井技術(shù)中，到本世紀(jì)初PDC鉆頭已70％～80％取代了牙輪鉆頭，成為我國石油鉆井的主要鉆頭。通過吸收、借鑒石油等行業(yè)的PDC鉆頭破巖技術(shù)，將PDC鉆頭搭載到傳統(tǒng)TBM刀盤上，形成PDC鉆頭輔助破巖的TBM。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，本發(fā)明提供了一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種搭載PDC鉆頭輔助破巖的TBM刀盤，主要包括刀盤主體、滾刀組、集渣斗、輔助鉆頭和供水裝置，

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

所述集渣斗設(shè)置在刀盤主體外圍的滾刀頭間隙中，集渣斗的出渣口與出渣機連接，用于將滾刀組剝落的巖渣送出隧道，

所述輔助鉆頭共有多個，均凹嵌設(shè)置在刀盤主體表面，輔助鉆頭包括用于輔助切割巖石的PDC鉆頭，將PDC鉆頭與所述刀盤主體活動連接的連接基座，與連接基座固定連接用于調(diào)節(jié)PDC鉆頭角度的角度調(diào)節(jié)裝置和為PDC鉆頭切割巖石提供動力的電機，

所述供水裝置用于為刀盤主體切割巖石提供冷卻水源，供水裝置包括設(shè)置在外部水源內(nèi)的供水泵，均勻設(shè)置在刀盤主體上空隙處的噴水嘴一，分別設(shè)置在PDC鉆頭表面的噴水嘴二，所述噴水嘴一、噴水嘴二分別通過供水歧管與所述供水泵連接。

優(yōu)選地，所述滾刀組同一運行軌跡線上的滾刀頭為2-8個，避免同一軌跡線上出現(xiàn)滾刀頭受損而造成刀盤整體需要停車維修的情況。

進(jìn)一步地，所述輔助鉆頭的位置均位于所述滾刀頭的運行軌跡上，且同軌跡線上的輔助鉆頭位于滾刀頭運行方向前端，在運行過程中輔助鉆頭先行對掌子面巖石進(jìn)行預(yù)切削，隨后由滾刀頭進(jìn)行切削破碎，提高破巖效率，極大延長了TBM刀盤的使用壽命。

優(yōu)選地，所述PDC鉆頭采用復(fù)合片式切削齒。

進(jìn)一步地，所述連接基座包括內(nèi)部設(shè)有嵌槽用于與所述PDC鉆頭連接的連接柱，連接柱通過轉(zhuǎn)軸與刀盤主體活動連接，連接柱外側(cè)設(shè)有與所述角度調(diào)節(jié)裝置通過齒輪咬合連接的旋座，所述旋座與轉(zhuǎn)軸固定連接。

進(jìn)一步地，所述角度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)PDC鉆頭的角度調(diào)節(jié)范圍為與刀盤主體夾角1-90°，滿足不同施工條件。