[發明專利]微波加熱與高壓水切割聯合輔助破巖的硬巖隧道掘進機

有效

• 申請號: 202110520401.X
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113107516B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 盧高明;周建軍;潘東江;張理蒙;李帥遠;李宏波;楊延棟;范文超
• 申請（專利權）人: 盾構及掘進技術國家重點實驗室;中鐵隧道局集團有限公司
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種微波加熱與高壓水切割聯合輔助破巖的硬巖隧道掘進機，其特征在于：包括掘進機主體、微波加熱輔助破巖系統及高壓水切割輔助破巖系統；所述微波加熱輔助破巖系統設置在掘進機主體上，通過微波加熱輔助破巖系統對巖石進行加熱致裂；所述高壓水切割輔助破巖系統設置在掘進機主體上，通過高壓水切割輔助破巖系統對巖石進行水力切割；破巖順序為：先通過微波加熱輔助破巖系統對巖石進行加熱致裂，再通過高壓水切割輔助破巖系統對巖石進行水力切割，然后通過掘進機主體對巖石進行擠壓破碎；

所述微波加熱輔助破巖系統包括微波發生器、隔離器、調配器、第一傳輸波導、轉彎波導、旋轉波導、第一功率分配器、第二傳輸波導、第二功率分配器、第三傳輸波導及微波加熱器；所述第二傳輸波導的數量為兩根，所述第二功率分配器的數量為兩個，所述第三傳輸波導的數量為四根，所述微波加熱器的數量為四個；所述旋轉波導安裝在掘進機主體的刀盤中心處，旋轉波導的微波輸出端與微波輸入端采用同軸套裝結構，旋轉波導的微波輸出端相對于微波輸入端具有回轉自由度，旋轉波導的微波輸出端與刀盤固定連接；所述微波發生器固定安裝在掘進機主體的主梁上，微波發生器的微波輸出端與旋轉波導的微波輸入端依次通過隔離器、調配器、第一傳輸波導及轉彎波導相連；所述隔離器用于吸收未被巖石吸收而反射回的微波能量；所述調配器用于對阻抗進行自動匹配調節，使微波發生器產生的微波能量被巖石充分吸收；所述第一功率分配器的微波輸入端與旋轉波導的微波輸出端相連，第一功率分配器的微波輸出端分兩路進行輸出，每一路均與一根第二傳輸波導相連，每一根第二傳輸波導的微波輸出端均連接有一個第二功率分配器；所述第二功率分配器的微波輸入端與第二傳輸波導的微波輸出端相連，第二功率分配器的微波輸出端也分兩路進行輸出，每一路均與一根第三傳輸波導相連，每一根第三傳輸波導的微波輸出端均連接有一個微波加熱器；所述微波加熱器固定嵌裝在刀盤上的微波加熱通孔內，微波加熱器的微波輸出端與巖石表面正對；

所述高壓水切割輔助破巖系統包括高壓水增壓裝置、第一高壓水管、回轉接頭、分流器、第二高壓水管及高壓水噴頭；所述第二高壓水管的數量為四根，所述高壓水噴頭的數量為四個；所述分流器安裝在掘進機主體的刀盤中心處，分流器采用圓環形結構，分流器同心套在旋轉波導的外側，分流器與刀盤固定連接；所述回轉接頭采用圓環形結構，回轉接頭同心套裝在分流器上，回轉接頭與分流器轉動密封連接，分流器與回轉接頭相連通，分流器相對于回轉接頭具有回轉自由度；所述高壓水增壓裝置固定安裝在掘進機主體的主梁上，高壓水增壓裝置的出水端與回轉接頭的進水端通過第一高壓水管相連通；所述分流器的出水端分四路輸出，每一路均與一根第二高壓水管相連通，每一根第二高壓水管的出水端均連接有一個高壓水噴頭；所述高壓水噴頭固定嵌裝在刀盤上的高壓水噴射通孔內，高壓水噴頭的噴射端與巖石表面正對；

在所述微波加熱器與高壓水噴頭之間的刀盤上設置有擋水板，高壓水噴頭與刀盤上的滾刀相鄰，微波加熱器、擋水板、高壓水噴頭及滾刀順序設置在滾刀切削軌跡上，微波加熱器、擋水板及高壓水噴頭位于滾刀切削軌跡的前方；所述微波加熱器、擋水板、高壓水噴頭及滾刀在刀盤上的布置方式有兩種；第一種分布方式為：在所有切削軌跡上的微波加熱器、擋水板、高壓水噴頭及滾刀之間的間距均相等；第二種分布方式為：所有切削軌跡上的微波加熱器沿刀盤上的同一直徑方向分布，所有切削軌跡上的高壓水噴頭沿刀盤上的同一直徑方向分布。