CN109653758A - 搭载于tbm上的射流辅助滚刀破岩装置及应用 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置及应用，包括设置在TBM刀盘上的滚刀件，所述滚刀件旁设置有至少一射流喷嘴，所述射流喷嘴能够和加压供水装置连通，以喷射高压水射流，产生冲蚀、致裂以及与滚刀件的耦合破岩作用，辅助滚刀件进行破岩工作。克服了传统隧道掘进机在施工时，尤其在硬岩段掘进时由于滚刀磨损严重，更换频率增加造成的掘进速度慢、效率低、施工成本高、工期滞后等缺点。

Description

搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置及应用

技术领域

本公开涉及一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置及应用。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着人类社会的进步发展，基础设施建设的需求日益增加，由于传统的施工方法已无法应对隧道开挖过程中复杂多变的地质条件，全断面隧道掘进机(TBM)应运而生。TBM通过推进刀盘旋转进行开挖掘进，同时破碎洞内围岩，实现隧道掘进一次成型、初期支护、出碴运输，集机、电、液、气为一体的一种高效的大型隧道施工机械。该机械主要由主机、连接桥、后配套组成。

目前，我国多采用滚压式全断面掘进机，适用于中硬岩至硬岩，通过推进油缸的推进压力作用，使电动机驱动刀盘旋转，切压破碎岩石，且破碎岩石由勺斗卸至运输皮带上。掘进破岩过程中，滚刀与岩石间相互作用产生摩擦力，长时间持续不间断的掘进施工，且施工现场通风较差，滚刀与岩石摩擦积聚的热量无法有效耗散，致使滚刀温度过高，加快了滚刀的磨损速度，使用寿命缩短，滚刀更换频率增加，使刀具成本占总成本的比例提高，且工人更换滚刀过程复杂、耗费时间长，极易造成工期滞后等不利影响。

同时，虽然目前存在将水加以高压，再经由具有细小孔径的喷射装置喷出，形成一束高速的水流束，通过高压水射流的冲蚀、致裂作用，使岩石裂隙张拉开裂，形成新的岩石碎块，以辅助破岩的研究理论，但是由于对高压水射流破岩机理的研究相对匮乏，破岩过程的复杂多变性，制约着高压水射流破岩技术的进一步发展，且由于多方面的限制因素，高压水射流破岩技术在实际应用过程中无法达到理想效果。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置及应用，本公开将滚刀挤压破碎岩石的作用与高压水射流破岩技术相结合，使得在破岩过程中能同时发挥两者的优势，极大程度的提高施工效率。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，包括设置在TBM刀盘上的滚刀件，所述滚刀件旁设置有至少一射流喷嘴，所述射流喷嘴能够和加压供水装置连通，以喷射高压水射流，产生冲蚀、致裂以及与滚刀件的耦合破岩作用，辅助滚刀件进行破岩工作。

当然，在本公开中，高压水射流是指经过一定增压后的流体，由喷嘴流出后，在足够大的空间内，不再受固体边界限制而继续扩散的流动方式，或形成的流体束。

经过上述技术方案，能够保证滚刀件挤压破碎岩石的作用与高压水射流破岩技术相结合，使得在破岩过程中能同时发挥两者的优势，极大程度的提高施工效率。

作为进一步的限定，所述射流喷嘴与TBM刀盘之间为可拆卸连接。

经过上述技术方案，能够保证滚刀件挤压破碎岩石的作用与高压水射流破岩作用能够灵活结合，根据TBM掘进前方具体岩石的情况来自由选择是否需要将上述两种作用进行结合。

作为一种可实施方案，所述射流喷嘴布置在滚刀件前沿并紧靠滚刀切割着力点。

将射流喷嘴设置于滚刀件前方，能够使得射流在岩面上先形成冲蚀槽或损伤区，极大程度提高了滚刀贯入度，同时在射流与滚刀共同作用下，在岩体上形成极高应力区，利于岩石破碎成块，提高破岩效率。

作为进一步的限定，所述射流喷嘴与滚刀的刀圈之间的最小间距大于0.5倍的刀圈厚度，且与掌子面的最小间距应控制在设定范围内。

上述方案主要是要保证射流破岩的喷射靶距，且不破坏滚刀自身的作用和滚刀的结构。

作为另一种可实施方案，所述射流喷嘴布置在滚刀件正后方，喷射出的高压水射流冲击方向和水平方向间呈一夹角。

将射流喷嘴设置于滚刀件正后方，能够使射流通过滚刀与岩石间的缝隙进入岩石的裂隙中，不仅在裂隙内产生张力使岩石破碎形成碎块，且在扩张裂隙过程中，始终直接冲击裂隙的前沿，减少射流与岩石撞击时的能量损失，充分利用射流能量。

该夹角能够使得射流冲击作用点靠近滚刀着力点，充分发挥射流冲击力与滚刀挤压力的耦合破岩作用；同时，水射流冲击由滚刀作用产生的岩石裂隙，充分发挥水射流的水压致裂作用。

作为优选的实施例，所述射流喷嘴的喷射方向与滚刀刀圈的水平夹角α为30°～60°，与刀盘面的垂直夹角β为15°～45°。

控制射流角度在上述范围之内，既能确保当射流达到滚刀贯入岩体位置周围一平方厘米范围内的位置，其靶距保持在设定距离以内，也可控制射流扩散角在合理的范围之内，避免了因靶距过大，射流束扩散过大，有效压力骤减致使破岩效率急剧降低的现象。

作为进一步的限定，所述滚刀件包括刀座和滚刀，所述刀座固定于TBM刀盘上，所述滚刀通过轴或轴承设置于刀座内，所述滚刀能够沿轴或轴承转动。

这种设置方式主要是保证滚刀的转动自由度。

作为更进一步的限定，所述滚刀件还包括保护机构，具体包括支架和贴壁滑扣，所述刀座的内壁设置有滑槽，所述支架通过贴壁滑扣与刀座滑动连接，所述贴壁滑扣与滑槽相适配，所述支架上设置有翼状结构，使得支架能够沿滑槽上下移动，遮挡滚刀和射流喷嘴，起到一定的保护作用。

保护机构能够保证掘进过程中，喷射的流体、岩石碎屑等不会破坏滚刀件/喷嘴的结构，同时减少喷嘴的堵塞、磨损。

作为进一步的限定，所述保护机构的表面尺寸应覆盖整个射流喷嘴，其翼状结构边缘应超出喷头尖端一端距离，其覆盖面积应在不影响换刀的前提下尽可能大，以防止岩片剥落、泥沙淤积干扰射流装置的正常工作。为了防止刀圈损坏影响射流装置的正常工作，应在其边缘与刀圈之间留出适当的安全距离。

作为进一步的限定，所述保护机构的翼状结构上设置有固定件，以固定射流喷嘴。

当然，本领域技术人员应该知晓，在其他实施例中，可以有多种方式将喷嘴固定，如使用固定夹等，且固定件的位置需根据喷嘴的位置要求焊接在翼状结构的临空翼面。

固定件的安装位置，根据射流喷嘴与滚刀的相对位置确定，且距离喷嘴尖端一段距离；

优选的，所述直角梯形板表面应覆盖整个射流喷嘴和部分滚刀，其上底边和直角腰边的边缘应超出射流喷嘴的尖端一定距离，以便覆盖整个射流喷嘴且留有一定的安全距离。

作为一种可选择的方案，所述保护机构的翼状结构包括直角梯形板、三角形板和矩形板，直角梯形板的下底长边与矩形板长边焊接，三角形板的长边与直角梯形板的长腰边焊接，三角形板的短边与所述滚刀的轴线平行，所述直角梯形板与矩形板的夹角为一个钝角，且形成的角度能够使直角梯形板不干涉滚刀的正常工作。

一种TBM刀盘，设置有上述射流辅助滚刀破岩装置。

一种全断面隧道掘进机，包括上述刀盘和加压供水装置，所述射流喷嘴和加压供水装置通过输水硬管连通。

采用输水硬管，是因为硬管具有一定的刚性，且其弯曲和伸缩变形忽略不计。有助于保证射流的稳定性和准确性。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开将滚刀与高压水射流破岩技术相结合，通过在破岩过程中发挥两者的优势，克服传统隧道掘进机在施工时，尤其在硬岩段掘进时由于滚刀磨损严重，更换频率增加造成的掘进速度慢、效率低、施工成本高、工期滞后等缺点。

本公开摒弃了滚刀单一破岩的模式，利用高压水射流辅助滚刀进行破岩，通过高压水射流的冲蚀、致裂以及与滚刀耦合破岩作用，极大程度上降低了破岩工作的难度，提高了掘进速度，同时降低刀盘震动及滚刀磨损程度，延长主轴承和滚刀的寿命；

本公开通过设置保护机构，保证其覆盖面积应在不影响换刀的前提下尽可能大，以防止岩片剥落、泥沙淤积干扰射流装置的正常工作。

本公开通过控制喷嘴的设置位置以及射流角度，既能确保当射流达到滚刀贯入岩体位置周围一平方厘米范围内的位置，其靶距保持在6cm以内，也可控制射流扩散角在合理的范围之内，避免了因靶距过大，射流束扩散过大，有效压力骤减致使破岩效率急剧降低的现象。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置局部示意图；

图2为高压水射流终端示意图；

图3(a)为第一种实施例中滚刀与射流联合破岩装置的侧视图；

图3(b)为第一种实施例中滚刀与射流联合破岩装置的俯视图；

图4(a)为第二种实施例中滚刀与射流联合破岩装置的侧视图；

图4(b)为第二种实施例中滚刀与射流联合破岩装置的俯视图；

图5为第三种实施例中滚刀与射流联合破岩装置的俯视图。

图6为第三种实施例中滚刀与射流联合破岩装置的正视图

图7为第三种实施例中滚刀与射流联合破岩装置的侧视图

图8为第三种实施例中保护机构的示意图；

其中，1、刀盘，2、破岩滚刀，3、输水硬管，4、射流喷嘴，5、夹固装置，6、耐磨套筒，7、高压水射流终端，8、滚刀座，9、滚刀轴承，10、滑槽，11、保护机构，12、加压供水机构，13、贴壁滑扣，14、水管固定夹，15、两翼支撑，16、喷头固定夹；17、直角梯形板；18、三角板；19、矩形板；20、卡扣；21、楔块。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

为方便本领域技术人员对本技术方案进行详细理解，下面以不同的实施例对技术方案进行进一步的说明。

为了方便本领域技术人员理解本公开的方案，在此进行必要的名词定义，即在本公开中，刀盘内侧和刀盘背面均表示刀盘背离TBM掘进机掘进方向的一侧，刀盘外侧和刀盘正面均表示刀盘与掌子面相接触的一侧。

首先，对第一种实施例、第二种实施例和第三种实施例中所共性的结构进行详细的叙述。

如图1所示，一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置(在后面的描述中，可以简称为射流辅助装置)，包括破岩滚刀2和高压水射流终端7。其中，破岩滚刀2(即滚刀件/滚刀)搭载于TBM刀盘1上，在破岩过程中起主要作用，射流喷嘴4或喷头，喷射出的高压水射流通过冲蚀、致裂以及与滚刀耦合破岩作用，辅助滚刀进行破岩工作。

射流喷嘴4中喷射出的高压水射流冲击方向和水平方向间为一夹角，该夹角的角度设置需要满足：能够使得射流冲击作用点靠近滚刀着力点，充分发挥射流冲击力与滚刀挤压力的耦合破岩作用；同时，水射流冲击由滚刀作用产生的岩石裂隙，充分发挥水射流的水压致裂作用。

射流喷嘴4布置在刀圈的两侧并与输水硬管连接，输水硬管布置在滚刀安装通道的后部。保护机构11安装在刀盘临空面侧，用于保护射流喷嘴4，保护机构具有一定的厚度和硬度，且设有固定夹，提高射流喷嘴在使用过程中的稳定性。

射流喷嘴4与刀圈之间的最小间距要大于0.5倍的刀圈厚度，且与掌子面的最小间距应控制在4.5cm左右。

如图2所示，高压水射流终端7包括射流喷嘴4和输水硬管3，射流喷嘴4内嵌于TBM刀盘1，利用夹固装置5固定喷嘴位置，防止喷嘴移动。同时，在喷嘴前端安装耐磨套筒6，减少喷嘴的堵塞、磨损。

射流喷嘴的喷射方向与滚刀刀圈的水平夹角α为30°～60°，与刀盘面的垂直夹角β为15°～45°。控制射流角度在上述范围之内，既能确保当射流达到滚刀贯入岩体位置周围一平方厘米范围内的位置，其靶距保持在6cm以内，也可控制射流扩散角在合理的范围之内，避免了因靶距过大，射流束扩散过大，有效压力骤减致使破岩效率急剧降低的现象。

对于距离回转中心较近的滚刀，由于其滚压的线速度较低，相对于边刀破岩能力较强，但施工过程中易出现滚刀偏磨的情况，据此对于刀盘回转中心处滚刀应酌情安装单侧射流喷嘴或不安装射流装置，以保证掌子面平整，防止因滚刀损坏干扰射流系统的正常工作。

对于本领域技术人员来说，容易理解，在其他实施例中，具有多种方式可以将喷头固定，如可拆卸螺栓等。当然，如果使用固定件，一般在刀盘上需要附加于固定件相适配的结构。如固定件为螺栓时，相适配的结构为螺孔。

在第一实施例中，如图3(a)和图3(b)所示，一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，高压水射流终端7布置在破岩滚刀2前沿并紧靠滚刀切割着力点。此种布置方式使得射流在岩面上先形成冲蚀槽或损伤区，极大程度提高了滚刀贯入度，同时在射流与滚刀共同作用下，在岩体上形成极高应力区，利于岩石破碎成块，提高破岩效率。

如图4(a)和图4(b)所示，提供本公开的第二种实施例，当然，在第二种实施例中，未进行详细说明的部分，或附图标记一致的部分，与第一种实施例的结构、设置方式基本一致，在此不再赘述了。

不同点在于：在第二种实施例中，高压水射流终端7布置在破岩滚刀2正后方，由喷嘴中喷射出的高压水射流冲击方向和水平方向间为一合适夹角α。此种布置方式射流通过滚刀与岩石间的缝隙进入岩石的裂隙中，不仅在裂隙内产生张力使岩石破碎形成碎块，且在扩张裂隙过程中，始终直接冲击裂隙的前沿，减少射流与岩石撞击时的能量损失，充分利用射流能量。

下面对第三种实施例进行详细说明。

图5至图8显示了射流辅助破岩装置，如图5所示，本实施例中的破岩装置，整体包括刀座8、滚刀2、水射流系统和保护机构11，刀座8焊接在刀盘1上。射流喷头、输水硬管与保护机构11固定，通过保护机构11的安装，使水射流装置达到理想的喷射角度和喷射靶距。水射流装置在滚刀2两侧对称布置，其包括喷头4和输水硬管3和加压供水机构12，其中输水硬管3的安装和工作不能影响滚刀2的安装和正常使用。

保护机构11为类三角支架结构，包括两个相对设置的部件，每个部件具有翼部，其两翼厚度在5mm左右，其贴近刀座的一侧有贴壁滑扣，使保护机构可以沿刀座内壁的滑道上移并固定在内壁顶部。

支架处还设置有翼部支撑15。

保护机构11的表面尺寸应覆盖整个射流喷嘴4和部分滚刀，其A、B边缘应超出射流喷嘴4的尖端5mm，其覆盖面积应在不影响换刀的前提下尽可能大，以防止岩片剥落、泥沙淤积干扰射流装置的正常工作。为了防止刀圈损坏影响射流喷嘴4的正常工作，应在B边缘与刀圈之间留出适当的安全距离。

保护机构11的临空翼面，设有固定夹，以固定喷头，且固定夹的位置需根据喷头位置参数焊接在临空翼面。

当然，在本实施例中，保护机构11为类似三角支架的结构，由带有喷头固定夹16的临空翼板和带有给水管固定夹14和贴壁滑扣13的内壁支持板组成。

在其他实施例中，其形状可以替换为其他形状，如椭圆形、贝壳状、翅状、曲线状等等。

在此部分，就第一种实施例、第二种实施例和第三种实施例涉及的射流辅助滚刀破岩装置可以共通地使用的保护机构11进行示例性说明。

保护机构11用途是固定射流喷头和输水硬管，有效防止在TBM掘进过程中因岩片剥落和泥沙堆积导致射流系统损坏，减小因震动而给射流的流束带来的扰动，提高射流的破岩效率。

如图7所示，保护机构11由直角梯形板17、三角形板18和矩形板19焊接而成，直角梯形板17的下底长边与矩形板19长边焊接，三角形板18的长边与直角梯形板17的长腰边焊接。其中直角梯形板17与矩形板19的夹角为一个钝角，角度范围为120-140°，且形成的角度能够使直角梯形板17在连接输水硬管3后不干涉滚刀的正常工作。三角形板18的短边与滚刀2的轴线平行。

直角梯形板17厚度大于5mm，且设有喷头固定夹16，起到固定射流喷嘴4和输水硬管3的作用。喷头固定夹的安装位置，应根据射流喷嘴与滚刀的相对位置确定，且距离喷嘴尖端1-2厘米，使保护机构可以和射流喷嘴与输水硬管牢牢固定，减轻因震动和干扰带来的流束流量不稳定和喷头位置改变的情况。直角梯形板17表面尺寸应覆盖整个射流喷嘴4和部分滚刀2，其上底边A、直角腰边B的边缘应超出射流喷嘴4的尖端5mm，以便覆盖整个射流喷嘴4且留有一定的安全距离。其覆盖面积应在不影响换刀的前提下尽可能大，以防止岩片剥落、泥沙淤积干扰射流装置的正常工作。为了防止刀圈损坏影响射流喷嘴4的正常工作，应在B边缘与刀圈之间留出适当的安全距离。

矩形板19上设有水管固定夹14和贴壁滑扣13，水管固定夹14用于固定输水硬管3，水管固定夹14焊接于矩形板19上，安装位置应使得输水硬管3与保护机构固定后不妨碍滚刀2的正常使用为宜。贴壁滑扣13将保护机构与刀盘连接固定，矩形板一边长度为梯形铁片17下底长度，另一边长度为用于固定滚刀的把合螺栓长度的三分之一且投影面积可以覆盖用于固定滚刀主轴的楔块。其上设有两个沿矩形铁片横向对称轴对称放置的贴壁滑扣13，刀盘上的滚刀安装孔内壁设置有和贴壁滑扣13相匹配的滑槽，滑槽的顶部设有锁扣20，可以使得保护机构通过滑槽10从刀盘内部推至刀盘外侧并固定。其过程与滚刀的安装过程相似。

三角形板18起到辅助固定保护机构的作用，其短边与刀盘设有可拆卸的固定锁扣，使三角形板与刀盘铰接。防止TBM工作时直角梯形板17悬臂震动过大影响水射流装置的正常工作。

在矩形板19和梯形板17之间还可根据情况焊接两翼支撑15，增强保护机构的稳定性和抗震能力。

当然，正如前面所述的，保护机构11形状可以替换为其他形状，如椭圆形、贝壳状、翅状、曲线状等等。

也可以不是由多个模块焊接而成，可以是一体式结构。当然，具体如何制备等，可以使用现有技术或装备，如注塑、模具压制等等，在此不再赘述。

在此部分，就第一种实施例、第二种实施例和第三种实施例涉及的射流辅助滚刀破岩装置可以共通地使用的加压供水机构12进行详细的说明。

加压供水机构12可以包括动力机构、过滤器及储水器，过滤器与储水器之间均采用低压软管相连接；过滤器通过低压软管将TBM施工用水引入，以供使用。

储水器储存的液体经过动力机构的加压，动力机构可以选用电动机、增压泵等现有设备。在此不再赘述。

当然，在动力机构上还可以增加安全阀等附加元件，这些为本领域技术人员容易想到的，在此也不再赘述。

同时，上述元器件连接过程中，存在必然需要的管路、管道、阀门等等，在此也不再赘述。

加压供水机构12与射流喷嘴4之间通过输水硬管连接。

选择输水硬管的原因是，硬管具有一定的刚性，能够承受经过增压后的流体的压力，且保证具有压力的流体的运输的稳定性，减少压力的衰减。

在下面部分，就第一种实施例、第二种实施例和第三种实施例涉及的射流辅助滚刀破岩装置共通的安装过程进行示例性说明。

当TBM遭遇硬岩地质时，可在更换滚刀的同时安装该辅助破岩装置，具体的安装过程如下：当然，为方便本领域技术人员的理解，下面的步骤是以单个边滚刀为例进行说明的。

1、TBM停机时，松开滚刀把合螺栓，将滚刀通过安装洞孔从刀盘1的背面撤出；

2、将射流喷嘴4与输水硬管连接后固定于保护机构11上，射流喷嘴4通过喷头固定夹16连接于直角梯形板17，输水硬管的一端通过水管固定夹14连接于矩形板19；

3、将保护机构11的矩形板19设有的贴壁滑扣13对入滚刀安装孔内壁的滑槽10。

4、滑槽10的顶端设有卡扣，将贴壁滑扣13推至滑槽10顶端，贴壁滑扣13就会被卡扣锁死，这样保护机构11就由刀盘1内侧固定至刀盘1外侧。

5、将破岩滚刀2安装至刀盘1外侧，检查破岩滚刀2和辅助破岩装置是否有物理碰撞。

6、将楔块21顶上，锁死把合螺栓，这样破岩滚刀2就被安装固定，同时楔块21也对保护机构11起到挤压固定作用。

7、将输水硬管的另一端与加压供水机构12连接，完成安装。

当然，TBM掘进中，辅助破岩装置提供水流束冲击滚刀掘进岩石的贯入点，产生冲蚀和流固耦合效应，从而提高TBM掘进效率。

当需要更换损坏的射流辅助破岩装置的部件或地质条件较好无需射流辅助时，可逆向执行上述过程将该射流辅助破岩装置拆卸，这种更换方式效率高，安全可靠。

当然，上述装置的工作过程，必然需要一些控制算法或控制次序。如，当需要进行滚刀挤压破碎岩石的作用与高压水射流破岩技术相结合来破岩时，先进行安装，后进行加压供水机构12的启动、压力调整，以及射流和滚刀的同步工作，这些过程中的控制策略选用现有控制策略即可，在此不再赘述。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，其特征是：包括设置在TBM刀盘上的滚刀件，所述滚刀件旁设置有至少一射流喷嘴，所述射流喷嘴能够和加压供水装置连通，以喷射高压水射流，产生冲蚀、致裂以及与滚刀件的耦合破岩作用，辅助滚刀件进行破岩工作。

2.如权利要求1所述的一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，其特征是：所述射流喷嘴与TBM刀盘之间为可拆卸连接。

3.如权利要求1所述的一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，其特征是：所述射流喷嘴布置在滚刀件前沿并紧靠滚刀切割着力点。

4.如权利要求1所述的一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，其特征是：所述射流喷嘴与滚刀的刀圈之间的最小间距大于0.5倍的刀圈厚度，且与掌子面的最小间距控制在设定范围内。

5.如权利要求1所述的一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，其特征是：所述射流喷嘴布置在滚刀件正后方，喷射出的高压水射流冲击方向和水平方向间呈一夹角。

6.如权利要求1所述的一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，其特征是：所述滚刀件包括刀座和滚刀，所述刀座固定于TBM刀盘上，所述滚刀通过轴或轴承设置于刀座内，所述滚刀能够沿轴或轴承转动；

优选的，所述滚刀件还包括保护机构，具体包括支架和贴壁滑扣，所述刀座的内壁设置有滑槽，所述支架通过贴壁滑扣与刀座滑动连接，所述贴壁滑扣与滑槽相适配，所述支架上设置有翼状结构；使得支架能够沿滑槽上下移动，遮挡滚刀和射流喷嘴，起到一定的保护作用；

更为优选的，所述保护机构的翼状结构上设置有固定件，以固定射流喷嘴。

7.如权利要求6所述的一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，其特征是：所述保护机构的翼状结构包括直角梯形板、三角形板和矩形板，直角梯形板的下底长边与矩形板长边焊接，三角形板的长边与直角梯形板的长腰边焊接，三角形板的短边与所述滚刀的轴线平行，所述直角梯形板与矩形板的夹角为一个钝角，且形成的角度能够使直角梯形板不干涉滚刀的正常工作。

8.如权利要求6或7所述的一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，其特征是：所述固定件的安装位置，根据射流喷嘴与滚刀的相对位置确定，且距离喷嘴尖端一端距离；

优选的，所述直角梯形板表面应覆盖整个射流喷嘴和部分滚刀，其上底边和直角腰边的边缘应超出射流喷嘴的尖端一定距离，以便覆盖整个射流喷嘴且留有一定的安全距离。

9.一种TBM刀盘，其特征是：设置有权利要求1-8中任一项所述的射流辅助滚刀破岩装置。

10.一种全断面隧道掘进机，其特征是：包括权利要求9所述的刀盘和加压供水装置，所述射流喷嘴和加压供水装置通过输水硬管连通。