CN114151095B - 一种同轴异速的盾构机/tbm搭载高压水射流结构及盾构机/tbm - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构及盾构机/TBM。同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构包括：刀盘；设置在刀盘上的容置导轨；以及滑动连接于容置导轨的移动喷座，所述移动喷座内设有安置腔，所述安置腔内设有水刀喷头，所述水刀喷头通过管路连接高压水路；工作时，允许移动喷座沿着容置导轨自由移动，允许水刀喷头与刀盘间有切向的相对运动，实现水刀喷头与刀盘的同轴异速转动。本发明解决了现有水射流搭载于盾构机/TBM时水刀喷头移动速度过快，冲蚀时间不足，射流破岩效率过低的问题。
Description
技术领域
本发明属于隧道掘进技术领域，具体涉及一种同轴异速的盾构机 /TBM搭载高压水射流结构及盾构机/TBM。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成现有技术。
全断面岩石掘进机盾构机/TBM以安全高效的优势得到广泛应用，其在隧道开挖施工中具有掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业的能力，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工。
但是现有TBM技术水平下，其只在中等强度、中等磨蚀性岩体中具有显著优势。当TBM遭遇高磨蚀性硬岩、复合地层等复杂条件时，往往出现刀具消耗十分严重，速度十分缓慢、效益十分低下的突出问题。针对上述重大难题，学术界及工程界提出了以水射流、激光等与机械刀具联合破岩，研制TBM四代半、五代机的前沿思想。将水射流搭载于盾构机进行盾构切桩也已有部分研究。
但是目前四代半典型机型，均将水射流搭载于盾构机/TBM刀盘，水射流喷头与刀盘同轴同速转动，这就导致了水射流喷嘴移动线速度较大，而喷嘴移动速度的实质是反映射流冲蚀岩石的作用时间，有研究表明，当其大于2.9mm/s时，随着移动速度的加快，冲蚀效果明显降低，这将严重影响水射流破岩的效果。想要提高水射流破岩效率就必须降低水射流喷头线速度，但由于射流与刀盘同速，降速后刀盘机械破岩效率将会严重下降，此时就陷入了机械刀盘需要高速运转，水射流喷头需要低速运转的矛盾。
目前，针对此现状，并没有较为良好的设计方法被提出。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种同轴异速的盾构机/TBM 搭载高压水射流结构及盾构机/TBM，本发明能够提高水射流的破岩效率。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
第一个方面，本发明提供了一种同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构。
一种同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构，包括：
刀盘；
设置在刀盘上的容置导轨；
以及滑动连接于容置导轨的移动喷座，所述移动喷座内设有安置腔，所述安置腔内设有水刀喷头，所述水刀喷头通过管路连接高压水路；
工作时，允许移动喷座沿着容置导轨自由移动，允许水刀喷头与刀盘间有切向的相对运动，实现水刀喷头与刀盘的同轴异速转动。
进一步地，所述刀盘的外圈与内圈通过爪型结构连为整体，以实现在刀盘上设置容置导轨。
进一步地，所述水刀喷头朝向所述刀盘的外侧设置。
进一步地，所述容置导轨沿所述刀盘的切向设置。
进一步地，移动喷座包括：喷座本体，所述喷座本体内设有所述安置腔和滑块。
更进一步地，所述滑块连接于所述喷座本体，所述滑块在所述容置导轨上滑动。
更进一步地，所述容置导轨至少设有一条，每条所述容置导轨沿平行于所述刀盘的盘面方向且形成一闭合圆环，使得移动喷座沿多条容置导轨自由移动时，不同容置导轨上的移动喷座可以有不同的线速及工作区域。可以扩大射流切割工作范围。
更进一步地，所述喷座本体靠近水刀喷头一端与掌子面接触的端面一周设有与刀具相同材料的硬质合金材料。其能保护喷嘴，防止喷嘴损坏。
进一步地，所述的移动喷座俯视图为一扇形，纵向拉伸形成扇形体。
第二个方面，本发明提供了一种盾构机/TBM。
一种盾构机/TBM，包括第一个方面所述的同轴异速的盾构机 /TBM搭载高压水射流结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过在刀盘上开设容置导轨，容置导轨内设置移动喷座，将水刀喷头安装于移动喷座内，一方面实现了高压水射流切割技术与现有盾构机/TBM的金属刀具互相辅助切割原有的地下的强度大的高强岩石或钢筋混凝土结构，利用高压水流来冲蚀或者切割高强硬岩或钢筋混凝土，以此减小了金属刀具的损耗，提高了工程的施工效率；另一方面，安装有水刀喷头的移动喷座的位置可调节，其可以允许喷头与刀盘间有切向的相对运动，实现喷头与刀盘的同轴异速以及实现喷头的低速移动，从而延长射流冲蚀作用的时间，提高水射流破岩、破钢筋混凝土的效率。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明搭载同轴异速的高压水射流结构的盾构机搭载示意图；
图2为本发明搭载同轴异速的高压水射流结构的TBM的结构示意图；
图3为同轴异速的盾构机搭载高压水射流结构的刀盘的结构示意图；
图4为同轴异速的TBM搭载高压水射流结构的刀盘的结构示意图；
图5为本发明所述刀盘外圈与内圈的爪型连接结构；
图6为本发明同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构的移动喷座的结构示意图；
图7为图3中径向的剖视图；
其中，1、刀盘，2、移动喷座，3、水刀喷头，4、容置导轨，210、安置腔；
为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“前”、“后”、“外侧”、“内侧”字样，仅表示与附图本身的前、后、外侧、内侧方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固定”、“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发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
实施例一
本实施例提供了一种同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构。
一种同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构，包括：
刀盘1；
设置在刀盘1上的容置导轨4；
以及滑动连接于容置导轨4的移动喷座2，所述移动喷座2内设有安置腔210，所述安置腔内设有水刀喷头3，所述水刀喷头通过管路连接高压水路；
工作时，允许移动喷座2沿着容置导轨4自由移动，允许水刀喷头3与刀盘1间有切向的相对运动，实现水刀喷头3与刀盘1的同轴异速转动。
参照图1至图7所示，本实施例提供了一种同轴异速的盾构机 /TBM搭载高压水射流结构，包括可转动的刀盘1、移动喷座2和水刀喷头3。刀盘上形成有容置导轨4(容置导轨可以是一条，也可以是多条，可以是环形，也可以有其他变形)。移动喷座2滑设于容置导轨4内。移动喷座2在刀盘1前方的端面上开设有喷水口，移动喷座2内设有安装水射流喷嘴的安置腔210，移动喷座2四周包裹与金属刀具同材料合金，以保护喷头。水刀喷头3安装固定于安置腔210 内。水刀喷头3朝向刀盘1的外侧。水刀其他设备，如泵站、沙箱、水源等均设于刀盘后方，图中未展示。高压水通过管路及分水器连接于水刀喷头3。容置导轨4沿刀盘的圆周方向贯通于刀盘。由于容置导轨4的设置，可以使得移动喷座2沿容置导轨4自由移动，使得移动喷座2以较低的速度运转。
移动喷座2包括：喷座本体，所述喷座本体内设有所述安置腔 210；以及滑块，一端嵌固连接于所述喷座本体、一段嵌套连接于所述容置导轨4的侧壁设有滑槽，从而实现所述移动喷座2嵌套于滑槽并可沿滑槽移动的目标。所述容置轨道沿平行于所述刀盘的盘面方向且形成一闭合圆环。
本发明所述的同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构通过在刀盘1上开设的容置导轨4，容置导轨4内滑动连接于移动喷座2，将水刀喷头3安装于移动喷座2内，一方面实现了高压水射流切割技术与现有盾构机/TBM的金属刀具互相辅助切割原有的地下的强度大的高强岩石或钢筋混凝土结构，利用高压水流来冲蚀或者切割高强硬岩或钢筋混凝土，以此减小了金属刀具的损耗，提高了工程的施工效率。另一方面，安装有水刀喷头3的移动喷座2的位置可调节，其可以允许水刀喷头3与刀盘1间有切向的相对运动，从而实现水刀喷头 3与刀盘1的同轴异速，从而实现水刀喷头3的低速移动，从而延长射流冲蚀作用的时间，从而提高水射流破岩、破钢筋混凝土的效率。
在本实施例中，在刀盘1上设置一圈与刀盘1同轴的容置导轨4，允许移动喷座2沿着容置导轨4自由移动，当刀盘1转动时，通过移动喷座2与刀盘1间的相对移动，可以实现移动喷座1的绝对自由调节。
实施例二
本实施例提供了一种盾构机/TBM。
一种盾构机/TBM，包括实施例一所述的同轴异速的盾构机/TBM 搭载高压水射流结构。
水射流是由喷嘴流出形成的不同形状的高速水流束，射流的流速取决于喷嘴出口截面前后的压力降。泵站通过对水完成一个吸、排过程，将一定量的水泵送到高压管路，使其以一定能量到达喷嘴。喷嘴的孔径比高压管路小很多，因此到达喷嘴水流就会被加速。这样，经过喷嘴孔加速凝聚的水就形成了高速水射流。本实施例所述的盾构机/TBM采用水刀喷头以利用高速水射配合原有金属刀具，并且本发明通过容置导轨4，实现了水刀喷头3的低速移动，从而增加水射流的冲蚀作用时间，提高水射流的切割效率，解决现有水射流搭载方式下，水射流效率低下的难题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构，其特征在于，包括：
刀盘；
设置在刀盘上的容置导轨；
以及滑动连接于容置导轨的移动喷座，所述移动喷座内设有安置腔，所述安置腔内设有水刀喷头，所述水刀喷头通过管路连接高压水路；
工作时，允许移动喷座沿着容置导轨自由移动，允许水刀喷头与刀盘间有切向的相对运动，实现水刀喷头与刀盘的同轴异速转动；
在刀盘上设置一圈与刀盘同轴的容置导轨，允许移动喷座沿着容置导轨自由移动，当刀盘转动时，通过移动喷座与刀盘间的相对移动，实现移动喷座的绝对自由调节；
所述刀盘的外圈与内圈通过爪型结构连为整体，以实现在刀盘上设置容置导轨；
所述容置导轨沿所述刀盘的切向设置，所述容置导轨至少设有一条，每条所述容置导轨沿平行于所述刀盘的盘面方向且形成一闭合圆环，使得移动喷座沿多条容置导轨自由移动时，不同容置导轨上的移动喷座有不同的线速度；安装有水刀喷头的移动喷座的位置可调节，允许水刀喷头与刀盘间有切向的相对运动，实现喷头与刀盘的同轴异速。
2.根据权利要求1所述的同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构，其特征在于，所述水刀喷头朝向所述刀盘的外侧设置。
3.根据权利要求1所述的同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构，其特征在于，移动喷座包括：喷座本体，所述喷座本体内设有所述安置腔和滑块。
4.根据权利要求3所述的同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构，其特征在于，所述滑块连接于所述喷座本体，所述滑块在所述容置导轨上滑动。
5.根据权利要求3所述的同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构，其特征在于，所述喷座本体靠近水刀喷头一端与掌子面接触的端面一周设有与刀具相同材料的硬质合金材料。
6.根据权利要求1所述的同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构，其特征在于，所述的移动喷座俯视图为一扇形，纵向拉伸形成扇形体。
7.一种盾构机/TBM，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的同轴异速的盾构机/TBM搭载高压水射流结构。
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