[發明專利]以溫差作為輔助措施的可破巖盾構機系統和作業方法

有效

• 申請號: 202011384511.X
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112539068B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 傅雪松;宮全美;李暉;趙昱;吳遙杰;田志堯
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D9/06;E21D9/10
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本申請以溫差作為輔助措施的可破巖盾構機系統和作業方法，主要包括：盾構機刀盤、滾刀、摩擦原件、伸縮桿、伸縮電機、旋轉電機、溫度傳感器、水噴頭、計算機；所述摩擦原件與伸縮桿焊接，安裝在盾構機的刀梁上，并受到伸縮電機以及旋轉電機的控制；所述溫度傳感器安裝在兩相鄰摩擦原件之間，便于及時感知溫度，觸發噴水裝置；本申請可以充分利用盾構機運轉所產生的熱量，并與摩擦元件產生的熱量相結合進行輔助破巖，通過冷熱交替使巖石產生大量裂隙，從而降低滾刀破巖的難度，減少刀具的磨耗，降低工程成本，提高盾構機在硬巖地層掘進效率。

技術領域

本申請涉及地下工程施工技術領域。

背景技術

隨著全國城市軌道交通的高速發展，對地下掘進的效率要求也越來越高，但與此同時，盾構施工過程中面臨的地下情況也愈發復雜多變，通常來說，盾構機適用于開挖以軟土、砂土為主的地層，可如今許多城市例如南京、廣州等的地下工程中，掘進線路中往往會有含有大量的硬巖地層的地段，這就需要采用復合式盾構機進行掘進，可面對較為堅硬的巖石地層，復合式盾構機在推進過程中也往往會給刀具造成很大的磨耗，增加換刀頻率，反復的換刀將嚴重增加施工成本并降低施工效率。

另外，盾構機在開挖過程中會產生大量的熱，這些熱能往往是被注入的泥水帶走，以保障控制室內溫度的適宜，造成大量的能源及資源損耗，而若我們將這些熱量保留，并額外用摩擦元件進行進一步的加熱，再進行降溫，使巖石受到溫差應力作用而發生裂解，將會有效利用刀具摩擦產生的這部分熱量。如今，地下工程越來越得到重視，傳統的盾構機無法在含有較硬巖層的地段使用，復合式盾構機遇到較硬巖層也會大大降低運轉效率。因此，很有必要發明一種改進的盾構機以適應更為復雜的土層，在遇到硬巖時可以降低刀具磨耗、提高施工效率、降低成本。

發明內容

基于目前盾構機中的不足之處，本申請目的充分利用了盾構機運轉過程中產生的熱量，在達到所需溫度后噴射冷卻液，使巖石在冷熱交替效應下產生裂解，并將之與滾刀破巖相結合，給出了技術方案一：提供了一種以溫差作為輔助措施的可破巖盾構機刀盤改造結構，進一步給出技術方案以溫差作為輔助措施的可破巖盾構機系統和作業方法。本申請具有很高的工程應用價值。

技術方案一

一種破巖盾構機刀盤改造結構，其特征在于：適用于含有硬巖地層的地下區間隧道掘進；包括一刀盤，安裝于所述盾構機前端；所述刀盤(1)上有數組邊緣滾刀(5)與數組滾刀(3)；所述刀盤(1)上共設有八片刀梁(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)通過焊接與伸縮桿(8)相連；所述伸縮桿(8)上裝有旋轉電機(9)、伸縮電機(10)；所述水噴頭(6)安裝固定在刀梁(2)兩側，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；每兩個摩擦元件(4)之間裝有溫度傳感器(7)；每兩個摩擦元件(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，外側有一金屬保護層，擁有良好導熱性，且能保護傳感器 (7)不受巖石破壞。

所述摩擦元件(4)依據滾刀(3)位置布設，兩組滾刀或三組滾刀與一個摩擦元件(4)運行軌跡對應一個同心圓，相互垂直的相鄰刀梁(2)上的摩擦元件 (4)相互錯開，使得盾構機旋轉開挖過程中，開挖面的每一個圓環面上都能得到摩擦加熱，減少未加熱的區域面積。

所述滾刀(3)以同心圓方式布置；所述摩擦原件(4)與伸縮桿(8)焊接后安裝在盾構機刀梁(2)上。

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，數目是摩擦元件(4)的四至六倍。

在每兩個摩擦元件(4)的中心處安裝有溫度傳感器(7)，以保證及時感知巖石附近溫度，所述溫度傳感器(7)外層有一導熱系數良好的金屬保護，可保護傳感器不會受到碎石的損傷。