[發(fā)明專利]以溫差作為輔助措施的可破巖盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)和作業(yè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011384511.X
• 申請(qǐng)日: 2020-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112539068B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 傅雪松;宮全美;李暉;趙昱;吳遙杰;田志堯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D9/087
• 分類號(hào): E21D9/087;E21D9/06;E21D9/10
• 代理公司: 上?？坡蓪＠硎聞?wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種以溫差作為輔助措施的可破巖盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)，特征是，適用于含有硬巖地層的地下區(qū)間隧道掘進(jìn)，整個(gè)系統(tǒng)包括破巖盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)改造結(jié)構(gòu)、摩擦元件(4)、水噴頭(6)、溫度傳感器(7)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)、伸縮電機(jī)(10)、計(jì)算機(jī)(11)以及若干線路；

所述破巖盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)改造結(jié)構(gòu)，包括一刀盤(pán)，安裝于所述盾構(gòu)機(jī)前端；所述刀盤(pán)(1)上有數(shù)組邊緣滾刀(5)與數(shù)組滾刀(3)；所述刀盤(pán)(1)上共設(shè)有八片刀梁(2)，在其中四片刀梁(2)上裝有摩擦元件(4)；還包括伸縮桿(8)、水噴頭(6)、溫度傳感器(7)；所述摩擦元件(4)通過(guò)焊接與伸縮桿(8)相連；所述伸縮桿(8)上裝有旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)、伸縮電機(jī)(10)；所述水噴頭(6)安裝固定在刀梁(2)兩側(cè)，并接通水管；

所述摩擦元件(4)、水噴頭(6)、溫度傳感器(7)安裝在四片相互垂直的刀梁(2)上；每?jī)蓚€(gè)摩擦元件(4)之間裝有溫度傳感器(7)；每?jī)蓚€(gè)摩擦元件(4)之間安裝有溫度傳感器(7)，所述溫度傳感器(7)安裝在刀梁(2)上，且位于兩水噴頭(6)之間，外側(cè)有一金屬保護(hù)層，擁有良好導(dǎo)熱性，且能保護(hù)傳感器(7)不受巖石破壞；

所述摩擦元件(4)依據(jù)滾刀(3)位置布設(shè)，兩組滾刀或三組滾刀與一個(gè)摩擦元件(4)運(yùn)行軌跡對(duì)應(yīng)一個(gè)同心圓，相互垂直的相鄰刀梁(2)上的摩擦元件(4)相互錯(cuò)開(kāi)，使得盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖面的每一個(gè)圓環(huán)面上都能得到摩擦加熱，減少未加熱的區(qū)域面積；

所述水噴頭(6)均勻的分布在裝有摩擦元件(4)的刀梁(2)兩側(cè)，數(shù)目是摩擦元件(4)的四至六倍；

摩擦元件(4)安裝在刀梁(2)上，伸縮電機(jī)(10)控制著刀梁(2)的位置，摩擦元件(4)的旋轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)驅(qū)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)、伸縮電機(jī)(10)均通過(guò)電線與計(jì)算機(jī)連接，受計(jì)算機(jī)(11)控制；同時(shí)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量的電能，也通過(guò)電線提供；水噴頭(6)通過(guò)電線與計(jì)算機(jī)連接，受到計(jì)算機(jī)(11)作為開(kāi)關(guān)控制；同時(shí)通過(guò)水管與蓄水池(12)相連；所述溫度傳感器(7)通過(guò)電線與計(jì)算機(jī)連接，將溫度信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)智能控制；溫度傳感器(7)實(shí)時(shí)將信息提供給計(jì)算機(jī)，當(dāng)溫度達(dá)到計(jì)算機(jī)初始設(shè)定的溫度上限時(shí)由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令觸發(fā)水噴頭(6)進(jìn)行噴水降溫；反之，在溫度降至計(jì)算機(jī)設(shè)定的溫度下限時(shí)發(fā)出指令關(guān)閉噴頭；摩擦元件(4)能在旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)的作用下以伸縮桿(8)為軸繞自身進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，與巖石摩擦產(chǎn)生大量的熱；摩擦元件(4)能在伸縮電機(jī)(10)作用下進(jìn)行伸縮，在需要加熱巖石時(shí)優(yōu)先接觸巖石，在開(kāi)挖軟土?xí)r則通過(guò)計(jì)算機(jī)(11)控制收回；

將溫差破巖與盾構(gòu)機(jī)刀具開(kāi)挖相結(jié)合，所述系統(tǒng)的控制運(yùn)行算法：

S1.啟動(dòng)伸縮電機(jī)(10)，將摩擦元件(4)伸至滾刀同一垂直面；

S2.啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)，使摩擦元件(4)在隨盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，自身也在高速旋轉(zhuǎn)，與巖石摩擦產(chǎn)生大量熱量，加熱巖石至200度，使巖石產(chǎn)生初步裂解，同時(shí)滾刀(3)也在進(jìn)行初步的巖石切割；

S3.溫度傳感器(7)在感受到溫度達(dá)到200度時(shí)，給計(jì)算機(jī)(11)發(fā)出信號(hào)，計(jì)算機(jī)(11)控制伸縮電機(jī)(10)將摩擦元件(4)與刀具收回，同時(shí)開(kāi)啟水噴頭(6)，大量冷卻水從盾構(gòu)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中的蓄水池(12)中抽出被噴至巖石上，使巖石降溫產(chǎn)生拉應(yīng)力，巖石進(jìn)一步裂解，滾刀繼續(xù)開(kāi)挖；

S4.待溫度傳感器(7)感受到溫度低于20度后，信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)(11)，將水噴頭(6)關(guān)閉；

循環(huán)1-4步驟，摩擦升溫-降溫切削破巖這一過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)減少刀具磨損，更為高效的破巖。