CN110821510A - 高压水射流边刀及其联合破岩脱困tbm刀盘及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压水射流边刀。它包括边刀机械结构、边刀高压水射流管道和边刀高压水射流喷嘴;所述边刀高压水射流管道位于所述边刀机械结构内部;所述边刀高压水射流喷嘴嵌于所述边刀机械结构内部、且与所述边刀高压水射流管道连通。本发明具有喷射高压水致裂岩石,能解决TBM卡机问题的优点。本发明还公开了水力‑机械联合破岩脱困TBM刀盘。本发明还公开了水力‑机械联合破岩脱困方法。
Description
技术领域
本发明涉及隧道及地下工程技术领域,特别涉及复杂地质条件 TBM隧道施工领域,更具体地说它是高压水射流边刀。本发明还涉及 联合破岩脱困TBM刀盘,即水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘。本发 明还涉及联合破岩脱困TBM刀盘脱困方法,即水力-机械联合破岩脱 困方法。
背景技术
传统TBM采用机械滚刀破岩,TBM滚刀在破岩时往往具有三种状 态,即贯入度过小、贯入度合适和贯入度过大。在一定的滚刀间距条 件下,贯入度过小时,刀盘下方产生的裂纹会向破岩自由面(掌子面) 上拓展并形成三角形的岩石渣片,亦或者两相邻滚刀所产生的水平向 裂纹无法交汇,滚刀之间的岩脊无法被切削破坏,需要多次重复破岩 才能达到良好的破岩效果,但此方法会造成破岩能耗增加,影响破岩 效率;在一定的滚刀间距条件下,贯入度过大时,相邻滚刀间的岩石 被切削成细小的岩石渣片、颗粒甚至粉末,岩石被过度破碎,造成了 能耗的增加和刀具磨碎;合适的贯入度应该在一定滚刀间距条件下, 以最小的能耗和机构磨损,形成最大的破岩范围。
传统机械常截面盘形滚刀破岩贯入度由TBM参数确定,针对不同 的掌子面岩性种类会做出调整,但是每次只能针对一种掌子面的岩石 进行调整,由于底层地质复杂,各种岩性的岩石交错布置,使用传统 机械进行破岩,效率低、破岩能耗大、易磨损滚刀;且由于施工过程 中很难找到合适的TBM贯入度,所以容易造成TBM切削能量的损耗和 刀盘的磨损。
现有TBM破岩方法中采用的常规滚刀结构,第一种破岩方式为: 采用普通滚轮式滚刀破岩;第二种破岩方式为:在TBM刀盘空白位置 上随机打孔案装水射流结构,使水射流结构与普通滚轮式滚刀间隔布 置,采用水力和机械联合破岩;
但是采用上述第一种破岩方式进行破岩,破坏岩石所需最大力较 大,且易磨损滚刀,破岩效率较低;
采用上述第二种破岩方式进行破岩,如申请号为: 201310188881.X,专利名称为《高压水射流在掘进机刀盘中的布置方 法与结构》;其在传统TBM刀盘主体结构形式基础上,在TBM刀盘的 空白位置随机布置若干高压水喷嘴,具有提高TBM的破岩效率,降低 刀盘温度,对环境防尘降温;但是,由于其需在TBM刀盘上专门开 设安装高压水刀的开孔,结构复杂,随机对机械滚刀进行降温,并不 具有针对性,由于其处于常开状态,易造成水资源浪费,破岩能耗较 高,且达不到预计效果。
如申请号为CN105736006A,专利名称为《高压水射流全断面岩 石掘进机刀盘设计方法》,发明人霍军周、朱冬等改变了传统圆形刀 盘的形状,采用两个十字形辐条布局,通过四辐条上水射流的冲击以 及刀具的旋转挤压来进行岩石破碎,降低了破岩能耗;但是其对传统 TBM刀盘的改动较大,成本较高,不利于实现及应用。
且TBM隧道掘进机掘进破岩过程中,由于受到地应力和岩石强度 特性的影响,可能会发生TBM刀盘卡机现象,严重影响TBM的掘进效 率,造成重大的设备损坏和财产损失。
随着社会的日益发展,隧道及地下工程对TBM的使用需求越来越 高;因此,现亟需开发一种破岩效率较高、破岩能耗较少、机械磨损 较低且能解决TBM卡机问题的破岩TBM掘进装备系统及其破岩方法。
发明内容
本发明的第一目的是为了提供一种高压水射流边刀,TBM高压水 射流边刀安装时与TBM刀盘平面有一定的倾角,产生的高压水射倾斜 喷射高压水致裂岩石、扩挖掌子面;解决TBM卡机问题。
本发明的第二目的是为了提供水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘, 在TBM掘进工作时协助破碎TBM刀盘周向岩石;在TBM开机被困时, 高压水射流边刀可以协助TBM刀盘脱困。
本发明的第三目的是为了提供水力-机械联合破岩脱困方法,易 于脱困,提高破岩效率,减少破岩能耗,降低机械磨损,提高工程进 度和降低工程成本。
为了实现上述本发明的第一目的,本发明的技术方案为:高压水 射流边刀,其特征在于:包括边刀机械结构、边刀高压水射流管道和 边刀高压水射流喷嘴;
所述边刀高压水射流管道位于所述边刀机械结构内部;
所述边刀高压水射流喷嘴嵌于所述边刀机械结构内部、且与所述 边刀高压水射流管道连通。
在上述技术方案中,所述边刀机械结构为梯形齿刀或为扇形面刮 刀。
在上述技术方案中,所述边刀机械结构设有通孔结构;所述边刀 高压水射流管道和所述边刀高压水射流喷嘴均位于所述通孔结构内。
为了实现上述本发明的第二目的,本发明的技术方案为:水力- 机械联合破岩脱困TBM刀盘,包括TBM刀盘结构、机械滚刀结构,其 特征在于:还包括所述的高压水射流边刀;所述高压水射流边刀用于 致裂造成TBM刀盘结构卡机的岩石地层,使TBM刀盘结构脱困;
所述高压水射流边刀倾斜安装在所述TBM刀盘结构的圆周上;
所述机械滚刀结构呈周向安装在所述TBM刀盘结构上、且呈间隔 布置。
在上述技术方案中,还包括水力切割刀具;所述水力切割刀具呈 周向安装在所述TBM刀盘结构上、且呈间隔布置;
所述水力切割刀具安装在径向上间隔设置的二个所述机械滚刀 结构之间。
在上述技术方案中,所述水力切割刀具安装在间隔设置的二个所 述机械滚刀结构之间的中心位置。
在上述技术方案中,所述高压水射流边刀安装在TBM刀盘结构的 外周上;
所述水力切割刀具包括高压水管道、滚动轮和刀具中轴;
所述高压水管道设于所述滚动轮上;
所述滚动轮安装在所述刀具中轴上;
所述刀具中轴安装在所述TBM刀盘结构上。
在上述技术方案中,所述滚动轮至少为滚轮、双滚轮中的一种。
为了实现上述本发明的第三目的,本发明的技术方案为:水力- 机械联合破岩脱困方法,其特征在于:包括TBM装置,TBM装置采用 所述的水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘;
步骤一:将水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘对准待开挖洞时位 置;
步骤二:固定外机架,启动水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘, TBM装置向前掘进一个行程;
外机架上撑靴撑紧围岩洞壁,固定TBM装置的机架;
水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘由旋转驱动驱动旋转,推进油 缸向水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘施加推力,TBM被慢慢推出, 向前掘进,后支撑提供支撑;
机械滚刀结构和水力切割刀具自身旋转的同时随水力-机械联合 破岩脱困TBM刀盘旋转,同步破碎岩体;
破碎岩体产生的岩渣由铲斗铲入皮带输送机,最后运至机后卸载; 推进油缸伸长一个行程,TBM装置相应向前移动一个行程;
当水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘卡机时,所述高压水射流边 刀内的高压水射流喷嘴增加水压,提供高压水射流,破碎致裂造成所 述水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘卡机的岩石地层,所述水力-机械 联合破岩脱困TBM刀盘上的机械滚刀结构和水力切割刀具与高压水 射流边刀协同作业,促使TBM脱困;
步骤三:重复步骤一至步骤二,开始下一个行程作业,直至掘进 到指定距离,即完成洞时开挖。
在上述技术方案中,在步骤二中,机械滚刀结构和水力切割刀具 同步破岩,具体如下:
所述水力切割刀具破岩时,滚动轮在掌子面上滚动,带动高压水 管道运动;有喷嘴设于所述高压水管道上,所述高压水管道通过喷嘴 喷射高压水射流至掌子面上,形成水刀切槽;
机械滚刀结构在水刀切槽两侧的掌子面岩石上方滚压,使岩渣崩 落。
所述机械滚刀结构、TBM刀盘均为现有技术。
本发明具有如下优点:
(1)本发明设置高压水射流管道和喷嘴,其作用包括:扩挖隧道, 降低掌子面的扩挖时的难度;在TBM卡机时辅助脱困;高压水在边刀 内部流动,以及喷嘴喷射时形成的水雾可以为边刀降温,减少边刀机 械刀具磨损;高压水射流边刀的喷射角度可以调整,以适应卡机时多 角度的喷射;
(2)本发明设置高压水射流边刀,当TBM刀盘卡机时,高压水射 流边刀内的高压水射流喷嘴增加水压,提供更高强度的水压力,破碎 致裂造成TBM刀盘卡机的岩石地层,结合TBM刀盘上其他刀具的协同 作业,促使TBM脱困;本发明高压水射流边刀安装在TBM刀盘最外侧 圆周上,起到扩挖破碎岩石的作用;本发明边刀高压水射流管道位于 边刀机械结构内部,边刀高压水射流喷嘴嵌于边刀机械结构内部,边 刀高压水射流管道和边刀高压水射流喷嘴受边刀机械结构保护,防止 损坏;
(3)本发明高压水射流边刀在安装时与TBM刀盘平面呈一定的倾 角,因此,边刀高压水射流喷嘴可以倾斜喷射高压水致裂岩石;TBM 刀盘上安装高压水射流边刀,高压水射流边刀具有两个作用,其一是 TBM掘进工作时协助破碎TBM刀盘周向岩石(根据实际需要,高压水 射流边刀内的高压水射流可以控制开闭);其二是TBM开机时,高压 水射流边刀可以协助TBM刀盘脱困;避免因地应力和岩石强度特性的 影响,发生TBM刀盘卡机现象,严重影响TBM的掘进效率,造成重大 的设备损坏和财产损失的情况;
(4)本发明高压水射流喷嘴及管道设置了保护机构,可以起到降 低喷嘴磨损的作用;本发明高压水射流喷嘴可以更换,延长了刀具的 使用寿命;
(5)本发明创新出一种新的水力-机械联合破岩TBM刀盘的布置 方式,利用刀盘上机械滚刀间距中心位置加装水力切割刀具替换现有 TBM刀盘高压水射流喷嘴与机械滚刀在刀盘上的简单叠加组合方式, 在不改变现有TBM支护推进方式的前提下,调整水力管道的适应性, 提高高压水射流的破岩能力,对水力-机械联合破岩TBM的掘进工作 方法重新定义;
(6)本发明能够提高破岩效率,减少破岩能耗,降低机械磨损, 对提高工程进度和降低工程成本具有较大的意义;
(7)本发明在现有的TBM刀盘上基础上不做大幅变动就能实现, 工业上的可实现程度更高。
附图说明
图1为本发明高压水射流边刀俯视结构示意图。
图2为本发明高压水射流边刀侧视结构示意图。
图3为本发明水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘俯视结构示意图。
图4为本发明水力-机械联合破岩脱困方法采用的TBM装置工作 示意图。
图5为本发明水力切割刀具破岩示意图。
图6为本发明水力切割刀具为滚轮的结构示意图。
图4中,E表示切削前岩石表面(即:掌子面;掌子面仅仅代表 一个面,是TBM前方暴露的岩石面(隧道没有打通前正对着的石壁), E是TBM前进方向上的待开挖岩体)。
图5中,M表示TBM转动方向;T1表示第一号水力切割刀具后方 的水刀切槽痕迹及方向(即:由第一号水力切割刀具采用高压水射流 切割岩石形成的水刀切槽痕迹及方向);S1表示第一号水力切割刀具; T2表示第二号水力切割刀具后方的水刀切槽痕迹及方向;S2表示第 二号水力切割刀具;T3表示第三号水力切割刀具后方的水刀切槽痕 迹及方向;S3表示第三号水力切割刀具;T4表示第四号水力切割刀 具后方的水刀切槽痕迹及方向;S4表示第四号水力切割刀具;T5表 示第五号水力切割刀具后方的水刀切槽痕迹及方向;S5表示第五号 水力切割刀具;T6表示第六号水力切割刀具后方的水刀切槽痕迹及 方向;S6表示第六号水力切割刀具。
图中1-边刀机械结构,1.1-通孔结构,2-边刀高压水射流管道,3- 边刀高压水射流喷嘴,4-高压水射流边刀,5-TBM刀盘结构,6-机械滚 刀结构,7-水力切割刀具,7.1-高压水管道,7.2-滚动轮,7.3-刀具中 轴,7.4-喷嘴,8-TBM刀盘,9-TBM装置,10-外机架,11-外机架上撑 靴,12-旋转驱动,13-推进油缸,14-后支撑,15-铲斗,16-皮带输送 机,17-掌子面,18-水刀切槽。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况,但它们并不构成对本 发明的限定,仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚 和容易理解。
参阅附图可知:高压水射流边刀,包括边刀机械结构1、边刀高 压水射流管道2和边刀高压水射流喷嘴3;
所述边刀高压水射流管道2位于所述边刀机械结构1内部;
所述边刀高压水射流喷嘴3嵌于所述边刀机械结构1内部、且与 所述边刀高压水射流管道2连通;边刀高压水射流喷嘴3用于喷射高 压水致裂岩石(如图2所示)。
进一步地,所述边刀机械结构1为梯形齿刀或为扇形面刮刀;梯 形齿刀或为扇形面刮刀为常用刮刀和齿刀的结构形态,具有良好的力 学结构特性。
进一步地,所述边刀机械结构1设有通孔结构1.1;所述边刀高 压水射流管道2和所述边刀高压水射流喷嘴3均位于所述通孔结构 1.1内(如图1、图2所示);边刀机械结构1用于保护边刀高压水射 流管道2和边刀高压水射流喷嘴3,降低边刀高压水射流管道2和边刀高压水射流喷嘴3的磨损。
参阅附图可知:水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘,包括TBM刀 盘5、机械滚刀结构6,其特征在于:还包括所述的高压水射流边刀 4;高压水射流边刀4用于致裂造成TBM刀盘5卡机的岩石地层,使 TBM刀盘5刀盘脱困;
所述高压水射流边刀4倾斜安装在所述TBM刀盘5上、且位于所 述TBM刀盘5的圆周上;高压水射流边刀4在安装时与TBM刀盘平面 呈一定的倾角,因此,边刀高压水射流喷嘴可以倾斜喷射高压水致裂 岩石;TBM刀盘上安装高压水射流边刀,高压水射流边刀具有两个作 用,其一是TBM掘进工作时协助破碎TBM刀盘周向岩石(根据实际需 要,高压水射流边刀内的高压水射流可以控制开闭);其二是TBM开 机时,高压水射流边刀可以协助TBM刀盘脱困;
所述机械滚刀结构6呈周向安装在所述TBM刀盘结构5上、且呈 间隔布置(如图3、图4所示)。
进一步地,还包括水力切割刀具7;所述水力切割刀具7呈周向 安装在所述TBM刀盘结构5上、且呈间隔布置;
所述水力切割刀具7安装在径向上间隔设置的二个所述机械滚 刀结构6之间;采用机械、水力联合破岩,提高破岩效率。
进一步地,所述水力切割刀具7安装在间隔设置的二个所述机械 滚刀结构6之间的中心位置;水力切割刀具及其内置高压水射流喷嘴 工作时水射流可以依照程序设置,通过设置的高压水射流通道阀门控 制预先或同步机械滚刀结构工作,起到联合破岩的目的,提高破岩效 率。
进一步地,所述高压水射流边刀4安装在TBM刀盘结构5的外周 上,即安装在刀盘外圈上;所述刀盘外圈的内径与所述TBM刀盘5的 内径相等;高压水射流边刀4安装在TBM刀盘最外侧圆周上,起到扩 挖破碎岩石的作用。
进一步地,所述水力切割刀具7包括高压水管道7.1、滚动轮7.2 和刀具中轴7.3;
所述高压水管道7.1设于所述滚动轮7.2上或安装在所述刀具中 轴7.3上;
所述滚动轮7.2安装在所述刀具中轴7.3上;
所述刀具中轴7.3安装在所述TBM刀盘结构5上(如图3、图6 所示)。
进一步地,所述滚动轮7.2至少为滚轮、双滚轮中的一种。
当滚动轮7.2为滚轮时,所述水力切割刀具7与申请人申报的申 请号为:201921011944.3,专利名称为机械-水力联合破岩的TBM掘 进装备的专利中记载的水力截割滚刀刀具结构相同(如图6所示);
当滚动轮7.2为双滚轮时,与申请人申报的申请号为: 201921012070.3,专利名称为:水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚 刀掘进装备的专利中记载的水力截割双滚刀刀具的结构相同。
滚动轮7.2还可以根据破岩需要设置呈其它结构。
参阅附图可知:水力-机械联合破岩脱困方法,包括TBM装置9, TBM装置采用所述的水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘8;
步骤一:将水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘8对准待开挖洞时 位置(即:掌子面17);
步骤二:固定外机架10,启动水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘 8,TBM装置9向前掘进一个行程;
外机架上撑靴11撑紧围岩洞壁,固定TBM装置9的机架;
水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘8由旋转驱动12驱动旋转,推 进油缸13向水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘8施加推力,TBM被慢 慢推出,向前掘进,后支撑14提供支撑;
机械滚刀结构6和水力切割刀具7自身旋转的同时随水力-机械 联合破岩脱困TBM刀盘8旋转,同步破碎岩体;
破碎岩体产生的岩渣由铲斗15铲入皮带输送机16,最后运至机 后卸载;推进油缸13伸长一个行程,TBM装置9相应向前移动一个 行程;
当水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘8卡机时,所述高压水射流 边刀4内的高压水射流喷嘴增加水压,提供更高强度的水压力(根据 实际开挖的地质条件选择合适的超高压水发生器),破碎致裂造成所 述水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘8卡机的岩石地层,所述水力- 机械联合破岩脱困TBM刀盘8上的机械滚刀结构6和水力切割刀具7 与高压水射流边刀4协同作业,促使TBM脱困(如图3、图4所示);
步骤三:重复步骤一至步骤二,开始下一个行程作业,直至掘进 到指定距离,即完成洞时开挖(如图4所示);联合破岩TBM用以隧 洞开挖,该TBM工作时,由工人将机械滚刀结构和高压水力切割刀具 安装到联合破岩TBM刀盘上,该TBM刀盘上配有的刀具有足够的强度 和刚度,能够承受主机掘进时由于刀盘旋转推进所产生的巨大反作用 力和剪切应力。旋转驱动控制联合破岩TBM刀盘旋转,推进油缸推进 TBM刀盘向前掘进。掘进过程中,外机架上撑靴用于撑紧围岩洞壁, 固定TBM机架,后支撑用于支撑联合破岩TBM,方便掘进;铲斗用于 铲起经刀盘破碎的岩渣,由皮带运输机运输到洞外。
在上述掘进过程中,TBM刀盘后方的支护装置通过喷浆锚固等方 式,将隧道管片与周围岩体紧密连接,形成完整的支护系统。
更进一步地,在步骤二中,机械滚刀结构6和水力切割刀具7同 步破岩,具体如下:
所述水力切割刀具7破岩时,滚动轮7.2在掌子面17上滚动, 带动高压水管道7.1运动;有喷嘴7.4设于所述高压水管道7.1上, 所述高压水管道7.1通过喷嘴7.4喷射高压水射流至掌子面17上, 形成水刀切槽18(如图4、图5所示);
机械滚刀结构6在水刀切槽18两侧的掌子面岩石上方滚压,使 岩渣崩落。
所述TBM装置9,其包括TBM刀盘,外机架10,外机架上撑靴 11,旋转驱动12,推进油缸13,后支撑14,铲斗15,皮带输送机 16,护盾、油压缸,可伸缩水管,水刀旋转调节部和水仓;所述TBM 刀盘结构23安装在所述旋转驱动12前端、且位于所述外机架17前 侧;所述外机架17位于所述旋转驱动12外侧;所述护盾18位于所 述外机架17侧方、且与所述外机架17通过所述油压缸19连接;所 述外机架上撑靴20位于所述外机架17后方、且与所述外机架17通 过所述推进油缸13连接;所述后支撑14位于所述外机架上撑靴20 后方;所述皮带输送机22位于所述外机架17内侧,所述铲斗21位 于所述皮带输送机22前端、且位于所述外机架17前端;水刀旋转调 节部的高压水管道对接口为外部高压水和破岩高压水的连接结构;所述水仓位于所述后支撑后方;水仓位于TBM后端已铺设轨道上,可以 保证水量供给;水仓内有加压装置及调节装置,可以为水力切割提供 高压水,并能够通过调节高压水的水压控制高压水的流速;所述可伸 缩水管一端与所述水刀旋转调节部连通、另一端与所述水仓连通、且 与所述边刀高压水射流管道连通;本发明所述的TBM装置9采用的 TBM刀盘为本发明所述的水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘8;所述边 刀高压水射流管道2一端与边刀高压水射流喷嘴连通、另一端与高压 水管道7.1上邻近水刀旋转调节部的一端连通(如图4所示)。
所述TBM装置9的旋转驱动位于所述联合破岩TBM刀盘之后,所 述推进油缸位于TBM机架外,位于外机架之后,用于推进TBM;所述 旋转调节部位于所述旋转驱动前部,可以随所述旋转驱动装置同步旋 转;所述联合破岩TBM工作系统包括传动箱体、液压进给系统;所述 旋转驱动内装有电机、扭矩转速传感器、减速器,该扭矩转速传感器 两端分别连接电机和减速器,用以控制联合破岩TBM刀盘的旋转,液 压进给系统包括推进油缸,所述推进油缸与推力杆铰接,并连接压力 传感器,实现进刀和退刀。
为了能够更加清楚的说明本发明所述的高压水射流边刀及其联 合破岩脱困TBM刀盘及方法与现有的TBM掘进装备系统及其破岩方法 相比所具有的优点,工作人员将这两种技术方案进行了对比,其对比 结果如下表:
由上表可知,本发明所述的高压水射流边刀及其联合破岩脱困 TBM刀盘及方法与现有的TBM掘进装备系统及其破岩方法相比,能够 提高破岩效率,减少破岩能耗,降低机械磨损,提高工程进度,降低 工程成本,当TBM刀盘卡机时,其高压水射流边刀能促使TBM脱困。
其它未说明的部分均属于现有技术。
Claims (10)
1.高压水射流边刀,其特征在于:包括边刀机械结构(1)、边刀高压水射流管道(2)和边刀高压水射流喷嘴(3);
所述边刀高压水射流管道(2)位于所述边刀机械结构(1)内部;
所述边刀高压水射流喷嘴(3)嵌于所述边刀机械结构(1)内部、且与所述边刀高压水射流管道(2)连通。
2.根据权利要求1所述的高压水射流边刀,其特征在于:所述边刀机械结构(1)为梯形齿刀或为扇形面刮刀。
3.根据权利要求1或2所述的高压水射流边刀,其特征在于:所述边刀机械结构(1)设有通孔结构(1.1);所述边刀高压水射流管道(2)和所述边刀高压水射流喷嘴(3)均位于所述通孔结构(1.1)内。
4.水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘,包括TBM刀盘结构(5)、机械滚刀结构(6),其特征在于:还包括权利要求1-3中任一权利要求所述的高压水射流边刀(4);所述高压水射流边刀(4)用于致裂造成TBM刀盘结构卡机的岩石地层,使TBM刀盘结构脱困;
所述高压水射流边刀(4)倾斜安装在所述TBM刀盘结构(5)的圆周上;
所述机械滚刀结构(6)呈周向安装在所述TBM刀盘结构(5)上、且呈间隔布置。
5.根据权利要求4所述的水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘,其特征在于:还包括水力切割刀具(7);所述水力切割刀具(7)呈周向安装在所述TBM刀盘结构(5)上、且呈间隔布置;
所述水力切割刀具(7)安装在径向上间隔设置的二个所述机械滚刀结构(6)之间。
6.根据权利要求4所述的水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘,其特征在于:所述水力切割刀具(7)安装在间隔设置的二个所述机械滚刀结构(6)之间的中心位置;
所述高压水射流边刀(4)安装在TBM刀盘结构(5)的外周上。
7.根据权利要求4所述的水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘,其特征在于:所述水力切割刀具(7)包括高压水管道(7.1)、滚动轮(7.2)和刀具中轴(7.3);
所述高压水管道(7.1)设于所述滚动轮(7.2)上;
所述滚动轮(7.2)安装在所述刀具中轴(7.3)上;
所述刀具中轴(7.3)安装在所述TBM刀盘结构(5)上。
8.据权利要求4所述的水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘,其特征在于:所述滚动轮(7.2)至少为滚轮、双滚轮中的一种。
9.水力-机械联合破岩脱困方法,其特征在于:包括TBM装置(9),TBM装置采用权利要求4-8中任一权利要求所述的水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8);
步骤一:将水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8)对准待开挖洞时位置;
步骤二:固定外机架(10),启动水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8),TBM装置(9)向前掘进一个行程;
外机架上撑靴(11)撑紧围岩洞壁,固定TBM装置(9)的机架;
水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8)由旋转驱动(12)驱动旋转,推进油缸(13)向水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8)施加推力,TBM被慢慢推出,向前掘进,后支撑(14)提供支撑;
机械滚刀结构(6)和水力切割刀具(7)自身旋转的同时随水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8)旋转,同步破碎岩体;
破碎岩体产生的岩渣由铲斗(15)铲入皮带输送机(16),最后运至机后卸载;推进油缸(13)伸长一个行程,TBM装置(9)相应向前移动一个行程;
当水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8)卡机时,所述高压水射流边刀(4)内的高压水射流喷嘴增加水压,提供高压水射流,破碎致裂造成所述水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8)卡机的岩石地层,所述水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘(8)上的机械滚刀结构(6)和水力切割刀具(7)与高压水射流边刀(4)协同作业,促使TBM脱困;
步骤三:重复步骤一至步骤二,开始下一个行程作业,直至掘进到指定距离,即完成洞时开挖。
10.据权利要求9所述的水力-机械联合破岩脱困方法,其特征在于:在步骤二中,机械滚刀结构(6)和水力切割刀具(7)同步破岩,具体如下:
所述水力切割刀具(7)破岩时,滚动轮(7.2)在掌子面上滚动,带动高压水管道(7.1)运动;有喷嘴(7.4)设于所述高压水管道(7.1)上,所述高压水管道(7.1)通过喷嘴(7.4)喷射高压水射流至掌子面上,形成水刀切槽(18);
所述机械滚刀结构(6)在水刀切槽(18)两侧的掌子面岩石上方滚压,使岩渣崩落。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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