[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

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，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；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；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。本發明能夠在微波加熱和高壓水切割共同作用下實現“一熱一冷”的聯合輔助破巖，充分發揮隧道掘進機開挖硬巖隧道的優勢，進一步降低機械刀具磨損，大幅度提高破巖效率。

技術領域

本發明屬于巖土及隧道工程技術領域，特別是涉及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。

背景技術

隧道掘進機在開挖硬巖隧道時，機械刀具磨損嚴重是硬巖隧道掘進過程中的關鍵工程難題，不但會增大檢修時間和檢修成本，而且容易造成工期延誤。為此，高壓水切割、微波加熱等輔助破巖技術被逐漸引入隧道掘進機的設計中。

對于高壓水切割輔助破巖技術來說，技術已經較為成熟，應用領域也較為廣泛，可應用于石油、采礦、頁巖氣開采等領域。高壓水切割輔助破巖具有清潔環保、低能高效、易于實現等特點。已有研究表明，利用高壓水切割輔助破巖能夠降低刀具切削機械力和熱應力、減少刀具磨損、延長刀具壽命、提升破巖性能、提高破巖效率以及降低破巖成本。但是，現階段應用的高壓水切割輔助破巖技術仍存在破巖效率較低的問題。

對于微波加熱輔助破巖技術來說，具有高效、節能、選擇性加熱等特點，通過微波加熱可以使巖石內部產生微觀和宏觀裂紋，以降低巖石強度，在巖石強度的降低后，便可以增加機械破巖刀具的貫入度和使用壽命，從而降低機械刀具磨損，減少了機械破巖設備的檢修時間，進而提高了破巖效率。但是，目前的微波加熱輔助破巖技術仍停留在實驗室階段，還有能夠真正與隧道掘進機實現工程結合，也沒有真正投入到現場工程中。

因此，為了在現場工程中進一步提高硬巖隧道掘進機的掘進效率，有必要將高壓水切割輔助破巖技術與微波加熱輔助破巖技術融合到同一臺隧道掘進機中，以充分發揮高壓水切割輔助破巖技術與微波加熱輔助破巖技術的優勢。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供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，能夠在微波加熱和高壓水切割共同作用下實現“一熱一冷”的聯合輔助破巖，充分發揮隧道掘進機開挖硬巖隧道的優勢，進一步降低機械刀具磨損，大幅度提高破巖效率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：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，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。