CN110700849A - 隧洞硬岩掘进机及其掘进机刀盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧洞硬岩掘进机及其掘进机刀盘，掘进机刀盘包括：刀盘(1)；设置于所述刀盘(1)的工作面的滚刀(2)；设置于所述刀盘(1)的工作面的高压水喷嘴(5)；设置于所述刀盘(1)的工作面且用于清除积渣的刮刀(6)，所述刮刀(6)设置于所述高压水喷嘴(5)的周边。本发明提供的掘进机刀盘，在刀盘的工作面还设置用于清除积渣的刮刀，刮刀设置于高压水喷嘴的周边，清除刀盘与掌子面之间的土石渣，保证了高压水喷嘴喷出的水射流可以直接作用于掌子面，有效切割岩石，提高了高压水破岩效率，进而提高了掘进效率；刮刀阻挡积渣向高压水喷嘴运动，有效防止积渣对水力设备(高压水喷嘴)造成堵塞，提高喷嘴使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及掘进机设备技术领域，特别涉及一种隧洞硬岩掘进机及其掘进机刀盘。
背景技术
在跨流域及跨区域的引调水工程中，长隧洞(如南水北调西线工程中隧洞长度超过200km)常常是工程的首选引(输)水建筑物，在地形、地质条件限制的条件下，为提高隧洞施工速度，缩短工程工期，首选施工方案为采用隧洞硬岩掘进机(TBM，Tunnel BoringMachine)施工。根据现有工程资料统计，常规TBM施工平均月进尺为500m～800m，少数工程个别月进尺会超过1000m。因此，长隧洞施工工期一般长达数年到十多年，现有TBM施工效率严重制约着工程工期。
目前，高压水力射流辅助破岩技术已较成熟，并广泛应用于石油及煤炭等行业快速钻井技术中。通过吸收借鉴在石油及煤炭等行业的高压水力射流技术，将传统TBM的掘进技术和高压水力射流技术结合起来，形成了一种新型的高压水力辅助破岩的TBM高效施工设备。以便于提高TBM的施工效率，缩短工期，提高经济效益。
但是，在掘进过程中，TBM的刀盘底部积渣现象普遍，特别在遇到岩体完整性差的地层时，积渣更严重。这种情况下，高压水喷嘴形成的水射流将首先作用在积渣上，无法直接切割岩石，对高压水的破岩效果影响极大，影响掘进效率；并且，积渣对水力设备(高压水喷嘴)可能造成的堵塞，影响高压水喷嘴的使用寿命。
因此，如何提高掘进效率及使用寿命，是本技术领域人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种掘进机刀盘，提高掘进效率及使用寿命。本发明还提供了一种隧洞硬岩掘进机。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种掘进机刀盘，包括：
刀盘；
设置于所述刀盘的工作面的滚刀；
设置于所述刀盘的工作面的高压水喷嘴；
设置于所述刀盘的工作面且用于清除积渣的刮刀，所述刮刀设置于所述高压水喷嘴的周边。
可选地，上述掘进机刀盘中，所述刮刀设置于所述高压水喷嘴的前进方向的前侧。
可选地，上述掘进机刀盘中，所述刮刀为燕尾刮刀；
所述燕尾刮刀包括两个对称设置的三角刀片，两个所述三角刀片的第一边与所述刀盘的工作面连接，两个所述三角刀片的第二边相互连接，所述第二边沿远离其与所述第一边的交点的方向向远离所述刀盘的工作面的方向延伸，两个所述三角刀片的第三边朝向所述高压水喷嘴。
可选地，上述掘进机刀盘中，所述高压水喷嘴沿所述滚刀的运行轨迹线布置；
或，所述高压水喷嘴布置于所述滚刀的运行轨迹线的两侧。
可选地，上述掘进机刀盘中，所述刀盘的工作面设置有用于收集岩渣的集渣口。
可选地，上述掘进机刀盘中，所述集渣口的数量为多个且对称设置于所述刀盘工作面的边缘处。
可选地，上述掘进机刀盘中，所述刮刀的高度低于或等于所述滚刀的高度。
可选地，上述掘进机刀盘中，所述高压水喷嘴的出口端伸出所述刀盘的工作面，所述压水喷嘴的出口端伸出高度低于所述刮刀的高度；
或，所述高压水喷嘴的出口端与所述刀盘的工作面平齐。
本发明还提供了一种隧洞硬岩掘进机，包括掘进机刀盘，所述掘进机刀盘为如上述任一项所述的掘进机刀盘。
可选地，上述隧洞硬岩掘进机中，还包括：
与所述高压水喷嘴连通的中心旋转接头，所述中心旋转接头设置于所述掘进机刀盘的回转中心；
用于连通所述中心旋转接头与高压水发生装置的高压管路；
设置于所述掘进机刀盘的背面的喷嘴固定架，所述高压水喷嘴通过所述喷嘴固定架固定连接。
本发明提供的掘进机刀盘，采用高压水喷嘴与滚刀耦合，有效提高了TBM的施工效率，缩短了工期，提高了经济效益。并且，在刀盘的工作面还设置用于清除积渣的刮刀，刮刀设置于高压水喷嘴的周边，清除刀盘与掌子面之间的土石渣，保证了高压水喷嘴喷出的水射流可以直接作用于掌子面，有效切割岩石，提高了高压水破岩效率，进而提高了掘进效率；并且，刮刀阻挡积渣向高压水喷嘴运动，有效防止积渣对水力设备(高压水喷嘴)造成堵塞，提高喷嘴使用寿命。即，本发明实施例提供的掘进机刀盘，将现有技术中高压水喷嘴周边无任何保护装置而仅靠TBM被动出渣的结构现状，更改变为高压水喷嘴周边通过物理部件(刮刀)硬隔离，主动阻挡积渣对高压水喷嘴的影响，使得高压水射流直接喷射于掌子面进行劈裂破岩，保证了水射流的破岩效果，同时，防止喷嘴堵塞；并且，高压水喷嘴的水射流辅助破岩，能够提高滚刀的贯入速度，减小了滚刀的磨损，延长滚刀的换刀周期，减少滚刀更换几率，节省了TBM设备的运行维护费，为工程节省了成本。
本发明还提供了一种隧洞硬岩掘进机，包括掘进机刀盘，掘进机刀盘为如上述任一种掘进机刀盘。由于上述掘进机刀盘具有上述技术效果，具有上述掘进机刀盘的隧洞硬岩掘进机也应具有同样地技术效果，在此不再详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的掘进机刀盘的结构示意图；
图2为本发明实施例中的掘进机刀盘的局部示意图；
图3为本发明实施例中的掘进机刀盘的局部剖视图；
图4为本发明实施例中的掘进机刀盘的整体剖视图。
具体实施方式
本发明公开了一种掘进机刀盘，提高掘进效率及使用寿命。本发明还提供了一种隧洞硬岩掘进机。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1-图4所示，本发明实施例提供了一种掘进机刀盘，包括：刀盘1、滚刀2、高压水喷嘴5及刮刀6。滚刀2及高压水喷嘴5均设置于刀盘1的工作面；刮刀6设置于刀盘1的工作面且用于清除积渣，刮刀6设置于高压水喷嘴5的周边。
本发明实施例提供的掘进机刀盘，采用高压水喷嘴5与滚刀2耦合，有效提高了TBM的施工效率，缩短了工期，提高了经济效益。并且，在刀盘1的工作面还设置用于清除积渣的刮刀6，刮刀6设置于高压水喷嘴5的周边，清除刀盘与掌子面之间的土石渣，保证了高压水喷嘴5喷出的水射流可以直接作用于掌子面，有效切割岩石，提高了高压水破岩效率，进而提高了掘进效率；并且，刮刀6阻挡积渣向高压水喷嘴5运动，有效防止积渣对水力设备(高压水喷嘴5)造成堵塞，提高喷嘴使用寿命。即，本发明实施例提供的掘进机刀盘，将现有技术中高压水喷嘴周边无任何保护装置而仅靠TBM被动出渣的结构现状，更改变为高压水喷嘴5周边通过物理部件(刮刀6)硬隔离，主动阻挡积渣对高压水喷嘴5的影响，使得高压水射流直接喷射于掌子面进行劈裂破岩，保证了水射流的破岩效果，同时，防止喷嘴堵塞；并且，高压水喷嘴5的水射流辅助破岩，能够提高滚刀2的贯入速度，减小了滚刀2的磨损，延长滚刀2的换刀周期，减少滚刀2更换几率，节省了TBM设备的运行维护费，为工程节省了成本。
可以理解的是，掌子面是坑道施工中的一个术语。即开挖坑道(采煤、采矿或隧道工程中)不断向前推进的工作面。积渣为刀盘与掌子面之间掉落的土石渣。
本实施例中，刮刀6设置于高压水喷嘴5的前进方向的前侧。通过上述设置，有效优化了刮刀6阻挡积渣向高压水喷嘴5运动的作用。也可以将刮刀6设置于高压水喷嘴5的外侧或高压水喷嘴5的内侧，甚至是高压水喷嘴5的后侧，同样可以在一定程度上起到阻挡积渣向高压水喷嘴5运动的作用。
上述高压水喷嘴5的外侧为其远离刀盘1的回转中心的一侧，高压水喷嘴5的内侧为其靠近刀盘1的回转中心的一侧，高压水喷嘴5的后侧为高压水喷嘴5的前进方向的后侧。
如图2及图3所示，刮刀6为燕尾刮刀；燕尾刮刀包括两个对称设置的三角刀片，两个三角刀片的第一边与刀盘1的工作面连接，两个三角刀片的第二边相互连接，第二边沿远离其与第一边的交点的方向向远离刀盘1的工作面的方向延伸，两个三角刀片的第三边朝向高压水喷嘴5。其中，图2中箭头的方向为掘进机刀盘的前进方向。通过上述设置，进一步提高了刮刀6阻挡积渣向高压水喷嘴5运动的效果，并且，两个三角刀片的第一边与第二边的交点朝向掘进机刀盘的前进方向，能够有效提高对积渣的阻挡及刮削作用，降低刮刀6受损的几率。
本实施例中，高压水喷嘴5位于两个三角刀片的第三边形成的夹角的投影中。其中，上述投影为第三边形成的夹角向刀盘1的工作面方向的投影。通过上述设置，确保高压水喷嘴5喷出的高压水射流不受刮刀6的阻挡而流出，也可以使得高压水喷嘴5尽可能靠近刮刀6，确保刮刀6对高压水喷嘴5的前侧、内侧及外侧的保护，在三个方向阻挡积渣向高压水喷嘴5运动。
在一种实施例中，高压水喷嘴5沿滚刀2的运行轨迹线4布置。通过上述设置，高压水喷嘴5辅助滚刀2共同作用在运行轨迹线4对应的掌子面区域进行破岩操作。
在另一种实施例中，高压水喷嘴5布置于滚刀2的运行轨迹线4的两侧。即，高压水喷嘴5作用在运行轨迹线4的两侧对应的掌子面区域，而滚刀2作用在运行轨迹线4对应的掌子面区域，进而实现了破岩操作。
本实施例中，刀盘1的工作面设置有用于收集岩渣的集渣口3。通过设置集渣口3，以便于对岩渣进行导向式的收集，并将开挖岩渣高效送至TBM出渣斗，同时也进一步减少了掉落积渣和对高压水喷嘴5及滚刀2的阻碍。其中，岩渣包括上述积渣，也包括没有掉落在刀盘与掌子面之间的土石渣。
本发明实施例提供的掘进机刀盘中，集渣口3的数量为多个且对称设置于刀盘1工作面的边缘处。本实施例中，集渣口3的数量为四个。也可以设置为其他数量。将集渣口3设置于刀盘1工作面的边缘处，能够更有利于对离心作用下的积渣进行收集。
如图4所示，为了提高刮刀6的使用寿命，刮刀6的高度低于或等于滚刀2的高度。其中，刮刀6的高度为刮刀6距离刀盘1工作面的最远距离；滚刀2的高度为滚刀2距离刀盘1工作面的最远距离。
本实施例中，高压水喷嘴5的出口端伸出刀盘1的工作面，压水喷嘴5的出口端伸出高度低于刮刀6的高度。通过将高压水喷嘴5的出口端伸出刀盘1的工作面，确保了高压水喷嘴5的固定强度。
也可以将高压水喷嘴5的出口端与刀盘1的工作面平齐。还可以使高压水喷嘴5的出口端收缩到刀盘1中，并不超出刀盘1的工作面。
本发明还提供了一种隧洞硬岩掘进机，包括掘进机刀盘，掘进机刀盘为如上述任一种掘进机刀盘。由于上述掘进机刀盘具有上述技术效果，具有上述掘进机刀盘的隧洞硬岩掘进机也应具有同样地技术效果，在此不再详细说明。
本发明实施例提供的隧洞硬岩掘进机，还包括中心旋转接头、高压管路及喷嘴固定架。中心旋转接头与高压水喷嘴5连通，中心旋转接头设置于掘进机刀盘的回转中心；高压管路用于连通中心旋转接头与高压水发生装置；喷嘴固定架设置于掘进机刀盘的背面，高压水喷嘴5通过喷嘴固定架固定连接。通过上述设置，确保了掘进机刀盘在转动过程中高压水喷嘴5能够稳定喷出水射流。
其中，高压水发生装置布置于隧洞硬岩掘进机后配套的滑车(如1号滑车)内，高压水发生装置由过滤系统、增压柱塞泵、稳压器、动力电机及控制系统组成。在隧洞硬岩掘进机后配套与主机的交接区域及主驱动与掘进机刀盘的交接区域用的高压管路为高压软管，其它部位用的高压管路为高压硬管。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种掘进机刀盘，其特征在于，包括：
刀盘(1)；
设置于所述刀盘(1)的工作面的滚刀(2)；
设置于所述刀盘(1)的工作面的高压水喷嘴(5)；
设置于所述刀盘(1)的工作面且用于清除积渣的刮刀(6)，所述刮刀(6)设置于所述高压水喷嘴(5)的周边。
2.如权利要求1所述的掘进机刀盘，其特征在于，所述刮刀(6)设置于所述高压水喷嘴(5)的前进方向的前侧。
3.如权利要求2所述的掘进机刀盘，其特征在于，所述刮刀(6)为燕尾刮刀；
所述燕尾刮刀包括两个对称设置的三角刀片，两个所述三角刀片的第一边与所述刀盘(1)的工作面连接，两个所述三角刀片的第二边相互连接，所述第二边沿远离其与所述第一边的交点的方向向远离所述刀盘(1)的工作面的方向延伸，两个所述三角刀片的第三边朝向所述高压水喷嘴(5)。
4.如权利要求1-3任一项所述的掘进机刀盘，其特征在于，所述高压水喷嘴(5)沿所述滚刀(2)的运行轨迹线(4)布置；
或，所述高压水喷嘴(5)布置于所述滚刀(2)的运行轨迹线(4)的两侧。
5.如权利要求1所述的掘进机刀盘，其特征在于，所述刀盘(1)的工作面设置有用于收集岩渣的集渣口(3)。
6.如权利要求5所述的掘进机刀盘，其特征在于，所述集渣口(3)的数量为多个且对称设置于所述刀盘(1)工作面的边缘处。
7.如权利要求1所述的掘进机刀盘，其特征在于，所述刮刀(6)的高度低于或等于所述滚刀(2)的高度。
8.如权利要求1所述的掘进机刀盘，其特征在于，所述高压水喷嘴(5)的出口端伸出所述刀盘(1)的工作面，所述压水喷嘴(5)的出口端伸出高度低于所述刮刀(6)的高度；
或，所述高压水喷嘴(5)的出口端与所述刀盘(1)的工作面平齐。
9.一种隧洞硬岩掘进机，包括掘进机刀盘，其特征在于，所述掘进机刀盘为如权利要求1-8任一项所述的掘进机刀盘。
10.如权利要求9所述的隧洞硬岩掘进机，其特征在于，还包括：
与所述高压水喷嘴(5)连通的中心旋转接头，所述中心旋转接头设置于所述掘进机刀盘的回转中心；
用于连通所述中心旋转接头与高压水发生装置的高压管路；
设置于所述掘进机刀盘的背面的喷嘴固定架，所述高压水喷嘴(5)通过所述喷嘴固定架固定连接。
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