[發明專利]一種隧道掘進機及其沖擊破巖刀盤結構

有效

• 申請號: 202011034042.9
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112012760B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 廖金軍;蔣海華;伍容;孔文;趙貴生;許愛鳳;易達云
• 申請（專利權）人: 中國鐵建重工集團股份有限公司
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王曉坤

本發明公開一種沖擊破巖刀盤結構，包括設置于機身前端并可沿軸向進給及沿周向旋轉的盤體，可軸向伸縮地設置于盤體上并呈多層環狀分布、用于隨盤體旋轉在掌子面上開鑿出若干層環形溝槽的沖擊組件，可軸向伸縮地設置于盤體上并呈多層環狀分布、用于隨盤體旋轉對掌子面上位于相鄰兩層環形溝槽之間的環形巖層進行沖擊破碎的破巖組件。如此，在掘進過程中，利用沖擊組件在巖面上形成的若干層環形溝槽，使得各層破巖組件只需克服巖石較弱的抗剪強度，通過對各層環形巖層的剪切破壞方式實現巖面破碎，降低了對于較大抗壓強度巖石的掘進難度，同時提高了掘進效率，降低了刀具磨損。本發明還公開一種隧道掘進機，其有益效果如上所述。

技術領域

本發明涉及隧道掘進技術領域，特別涉及一種沖擊破巖刀盤結構。本發明還涉及一種隧道掘進機。

背景技術

隨著中國機械工業的發展，越來越多的機械設備已得到廣泛使用。

機械設備的種類很多，在土木及建筑工程中通常需要使用大型工程設備，比如掘進機、挖掘機、龍門吊機等。以盾構機為例，現代盾構機是集光、機、電、液一體的大型高端隧道掘進裝備。

掘進機的切削裝置通常包括滾刀和刀盤，均勻排列在刀盤上的滾刀在推進力的作用下壓向巖體，隨著滾刀的旋轉，巖體被碾出一系列同心圓，直至當滾刀對巖體的擠壓應力超過巖體的抗壓強度極限時，巖體爆裂破碎。掘進機具有掘進質量高、適應性好等優勢，廣泛應用煤礦、隧道挖掘等領域，因此改進掘進機的切削裝置就顯得尤為必要。

隧道施工掘進過程中，常用盾構機或TBM滾刀掘進的方式進行施工，而通常當巖石地層單軸抗壓強度超過100MPa時，容易出現掘進效率低、刀具磨損大、滾刀更換難度大、換刀時間長的問題，從而影響施工進度和成本。其中，掘進機破巖主要由切削裝置完成，包括刀具(滾刀)、刀盤、刀盤驅動裝置以及推進裝置，滾刀破巖時，當其對巖石的擠壓力超過巖石本身抗壓強度后，刀刃部分的合金刀片使巖石破碎，形成一道切削溝槽，刀刃繼續擠壓，巖石便產生龜裂，向周圍擴散，切削溝槽兩側的巖石剝離破碎。當遇到巖石單軸抗壓強度較大時，所需要的推進力也越大，滾刀在巨大的正壓力作用下在巖石表面滾動，通過克服巖石的抗壓強度極限來實現破巖，這無疑加重了刀具磨損，降低了刀具使用壽命的同時，掘進效率也變得緩慢。

然而，在實際掘進過程中，由于現有TBM屬于滾壓破碎巖石，巖石屬于一面臨空，三面受壓的狀態，需要刀具對三向受壓狀態的巖石進行強行破碎，因此，在不良地質施工中，尤其是復雜硬巖、超硬巖地層隧道開挖中，刀盤刀具磨損加劇，嚴重時需要一天一換，成本及能耗消耗巨大，且現有技術中，刀具磨損后需要人工進入掌子面進行吊裝更換，嚴重影響隧道施工效率和增大作業人員的工作強度，不利于隧道施工的安全性。更嚴重的是在超硬巖情況下，滾刀壓裂破巖的效率極低，導致常規TBM遇到極硬巖后施工進展緩慢。

因此，如何有效實現對抗壓強度較大巖石的順利掘進，提高掘進效率，降低刀具磨損，是本領域技術人員所面臨的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種沖擊破巖刀盤結構，能夠有效實現對抗壓強度較大巖石的順利掘進，提高掘進效率，降低刀具磨損。本發明的另一目的是提供一種隧道掘進機。

為解決上述技術問題，本發明提供一種沖擊破巖刀盤結構，包括設置于機身前端并可沿軸向進給及沿周向旋轉的盤體，可軸向伸縮地設置于所述盤體上并呈多層環狀分布、用于隨所述盤體旋轉在掌子面上開鑿出若干層環形溝槽的沖擊組件，可軸向伸縮地設置于所述盤體上并呈多層環狀分布、用于隨所述盤體旋轉對掌子面上位于相鄰兩層所述環形溝槽之間的環形巖層進行沖擊破碎的破巖組件。

優選地，各層所述沖擊組件及各層所述破巖組件均繞所述盤體的圓心同心分布。

優選地，各層所述沖擊組件的沖擊功率小于各層所述破巖組件的沖擊功率。

優選地，相鄰兩層所述沖擊組件的徑向間距相等，相鄰兩層所述破巖組件的徑向間距相等。