CN209670976U - 一种利用加压水破岩的掘进机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用加压水破岩的掘进机，解决的是随着岩石强度的增加，滚刀异常磨损和更换频率的增加，随之带来盾构掘进效率的降低，掘进成本增加等问题。本实用新型包括掘进机主机，掘进机主机上设有刀盘，所述的刀盘上设有加压水发生装置。本实用新型采用水刀代替传统的金属刀具，不仅破岩效率大大提升，同时在掘进上软下硬等严重不均匀地质时，解决了传统的金属刀具极易发生异常损坏的难题，从而节约了刀具成本及换刀风险，而且采取悬切破岩或挤压破岩的方式，大大提升了开挖效率，降低了开挖成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及隧道掘进机领域，具体涉及一种利用加压水破岩的掘进机。
背景技术
目前隧道掘进针对于岩层来讲，主要是依靠盘型滚刀挤压岩石达到破碎岩体的目的，其主要克服的是岩石的抗压强度，针对一般强度的岩层，其破岩效率尚可，但随着岩石强度的增加，滚刀挤压破岩的效率逐步下降，滚刀异常磨损和更换频率的增加，随之带来盾构掘进效率的降低，掘进成本增加。同时在掘进上软下硬等严重不均匀地质时，传统的金属刀具极易发生异常损坏。
加压水射流技术的原理是以水或者其他液体为工作介质，通过增压设备加压到数百兆帕后通过特定形状的喷嘴，最后以极高的速度喷出的一股能量高度集中的加压水流束，这种加压水流束具有很强的破坏性。
实用新型内容
本实用新型为了解决背景技术中所存在的技术问题，提供一种利用加压水破岩的掘进机。
为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种利用加压水破岩的掘进机，包括掘进机主机，掘进机主机上设有刀盘，所述的刀盘上设有加压水发生装置。
所述的加压水发生装置包括加压水发射喷嘴，加压水发射喷嘴设置在刀盘上。
所述的刀盘为锥形刀盘，加压水发射喷嘴的中轴线与掌子面之间不垂直设置。
所述的刀盘为平面刀盘，加压水发射喷嘴的中轴线与掌子面垂直设置。
与所述的加压水发射喷嘴相连设有加压水输出系统，所述的加压水输出系统包括加压泵站，加压泵站通过加压管路与加压水发射喷嘴连接。
所述的加压水发生装置还包括箱体，箱体固定在刀盘上，箱体一端与加压水发射喷嘴连接、另一端与加压管路连接。
所述的箱体一端与加压水发射喷嘴可拆卸连接。
一种利用加压水破岩的掘进机的掘进方法，包括以下步骤：①启动加压水输出系统：加压水输出系统启动后，加压泵站对水流增压后输出加压水流束，至加压水流束的压力达到切割岩石所需的压力；
②启动掘进机主机：刀盘系统的刀盘受驱动系统驱动开始旋转，进而带动加压水发射喷嘴开始旋转，加压水输出系统输出的加压水流束通过加压水发射喷嘴射出，加压水流束形成水刀；
③水刀开挖掌子面：步骤②形成的水刀切割掌子面岩石进行破岩。本实用新型破岩后的岩渣与水经出渣系统排出，同时步进系统驱动掘进机主机继续移动，直至破岩工程结束。
步骤②所述的水刀为倾斜的水刀或垂直的水刀。
步骤③所述的水刀切割掌子面岩石：刀盘为锥形刀盘时，水刀为倾斜的水刀，掌子面为临空面，当掌子面岩石受到水刀的作用力超过掌子面岩石的抗拉强度后，岩石从掌子面岩石的临空面一侧脱落。
步骤③所述的水刀切割掌子面岩石：刀盘为平面刀盘时，水刀为垂直的水刀，水刀贯入掌子面岩石并侵入岩石节理，当掌子面岩石受到水刀的作用力超过掌子面岩石的抗压强度后，掌子面岩石上产生切槽，同时加压水流束迫使岩石节理扩展而破碎，进而岩石从掌子面剥落。
本实用新型采用水刀代替传统的金属刀具，不仅破岩效率大大提升，同时在掘进上软下硬等严重不均匀地质时，解决了传统的金属刀具极易发生异常损坏的难题，从而节约了刀具成本及换刀风险，而且采取悬切破岩或挤压破岩的方式，大大提升了开挖效率，降低了开挖成本。
附图说明
图1是刀盘为锥形刀盘时的本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型刀盘为锥形刀盘时的刀盘正面结构示意图；
图3是图2中加压水发生装置的结构示意图；
图4是刀盘为平面刀盘时的本实用新型结构示意图；
图5是本实用新型刀盘为平面刀盘时的刀盘正面结构示意图；
图6是图5中加压水发生装置的结构示意图；
图7是本实用新型加压水输出系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和图4所示，一种利用加压水破岩的掘进机，包括掘进机主机，掘进机主机上设有刀盘301，所述的刀盘301上设有加压水发生装置2。
所述的加压水发生装置2包括加压水发射喷嘴201，加压水发射喷嘴设置在刀盘上。
如图1至图3、图7所示，所述的刀盘301为锥形刀盘，加压水发射喷嘴201的中轴线与掌子面不垂直设置。锥形刀盘的设置，保证加压水发射喷嘴201内喷射出的加压水与掌子面之间的夹角小于90°，本实用新型加压水发射喷嘴201沿刀盘301圆心向外侧径向倾斜的角度为15度~25度之间，使得本实用新型采用悬切破岩方式进行破岩，悬切破岩方式的主要特点在于破岩力与掌子面之间存在一定的角度，不再是垂直关系，因此会在掌子面一侧形成临空面，当破岩力作用于岩体后，由于一侧是掌子面凌空的，此时破岩克服的主要是岩石的抗拉强度。而岩石的抗拉强度远远低于岩石的抗压强度，因此悬切破岩的效率要远高于挤压破岩。
如图4至图7所示，所述的刀盘301为平面刀盘，加压水发射喷嘴201的中轴线与掌子面垂直设置。本实施例中加压水发射喷嘴201随刀盘301转动一圈形成切槽203；同一切槽203至少由一个加压水发射喷嘴201切割产生。平面刀盘是指刀盘301与掌子面的接触面为平面的圆形刀盘，平面刀盘的设置，保证加压水发射喷嘴201内喷射出的加压水与掌子面成垂直设置，使得本实用新型采用挤压破岩方式进行破岩，加压水流束贯入掌子面岩石并侵入岩石节理，当掌子面岩石受到加压水流束的作用力超过掌子面岩石的抗压强度后，掌子面上的岩石形成切槽，同时加压水流束迫使岩石节理扩展、破碎进而从掌子面剥落。
如图1至图7所示，与所述的加压水发射喷嘴201相连设有加压水输出系统8，所述的加压水输出系统8包括加压泵站801，加压泵站801通过加压管路4与加压水发射喷嘴201连接。刀盘301上加压水发射喷嘴201的水流通路的总进水口设在刀盘301的中部。所述的加压管路4上还设有增压器，增压器与加压泵站801之间还设有蓄能器。增压器用于对加压管路中的流体介质进行增压；蓄能器用于调节管路压力。
所述的加压水发生装置2还包括箱体202，箱体202固定在刀盘301上，箱体202一端与加压水发射喷嘴201连接、另一端与加压管路4连接。
所述的箱体一端与加压水发射喷嘴可拆卸连接。本实用新型箱体202对加压水发射喷嘴201起固定和支撑作用，箱体202的布置方式是呈螺旋形均匀分布在刀盘上，形成螺旋形轨迹，达到加压水发射喷嘴201对开挖断面的全覆盖，随着刀盘的旋转，加压水发生装置可以实现全断面开挖；箱体的布置方式也可以采用其它的布置方式，如均匀布置、环形布置等。因为加压水发射喷嘴长期处在刀盘外侧，脱落的岩屑易损坏加压水发射喷嘴201，箱体202与加压水发射喷嘴201设置为可拆卸连接，方便加压水发射喷嘴201的随时更换。本实用新型还包括刀盘系统3、出渣系统6和步进系统7，刀盘301设置在刀盘301上，与刀盘系统3相配合设有刀盘的驱动系统5，掘进机主机内部设有与刀盘系统3配合的出渣系统6，掘进机主机上设有步进系统7。
一种利用加压水破岩的掘进机的掘进方法，包括以下步骤：①启动加压水输出系统8：加压水输出系统8启动后，加压泵站801对水流增压后输出加压水流束，至加压水流束的压力达到切割岩石所需的压力；本实用新型对水流增压后保证加压水流束的出水速度不小于100m/s。
②启动掘进机主机：刀盘系统3的刀盘301受驱动系统5驱动开始旋转，进而带动加压水发射喷嘴201开始旋转，加压水输出系统8输出的加压水流束通过加压水发射喷嘴201射出，加压水流束形成水刀；
③水刀开挖掌子面：步骤②形成的水刀切割掌子面岩石1进行破岩。本实用新型破岩后的岩渣与水经出渣系统6排出，同时步进系统7驱动掘进机主机继续移动，直至破岩工程结束。
步骤③所述的水刀切割掌子面岩石1：刀盘为锥形刀盘时，水刀为倾斜的水刀，掌子面为临空面，当掌子面岩石1受到水刀的作用力超过掌子面岩石1的抗拉强度后，岩石从掌子面岩石1的临空面一侧脱落。
一种利用加压水破岩的掘进机的掘进方法，步骤③所述的水刀切割掌子面岩石1：刀盘为平面刀盘时，水刀为垂直的水刀，水刀贯入掌子面岩石1并侵入岩石节理，当掌子面岩石1受到水刀的作用力超过掌子面岩石1的抗压强度后，掌子面岩石1上产生切槽，同时加压水流束迫使岩石节理扩展而破碎，进而岩石从掌子面剥落。
步骤①所述的加压泵站801对水流压缩后输出加压水流束经过压力传感器测出实时输出水压值，根据测出的实时输出水压值调节加压泵站801的输出功率，直至加压水流束的压力达到切割岩石的水刀破岩所需压力。
Claims (6)
1.一种利用加压水破岩的掘进机，包括掘进机主机，掘进机主机上设有刀盘（301），其特征在于：所述的刀盘（301）上设有加压水发生装置（2）；所述的加压水发生装置（2）包括加压水发射喷嘴（201），加压水发射喷嘴（201）设置在刀盘（301）上；箱体（202）的布置方式是呈螺旋形均匀分布在刀盘上。
2.根据权利要求1所述的利用加压水破岩的掘进机，其特征在于：所述的刀盘（301）为锥形刀盘，加压水发射喷嘴（201）的中轴线与掌子面（9）不垂直设置。
3.根据权利要求1所述的利用加压水破岩的掘进机，其特征在于：所述的刀盘（301）为平面刀盘，加压水发射喷嘴（201）的中轴线与掌子面（9）垂直设置。
4.根据权利要求2或3所述的利用加压水破岩的掘进机，其特征在于：与所述的加压水发射喷嘴（201）连接设有加压水输出系统（8），所述的加压水输出系统（8）包括加压泵站（801），加压泵站（801）通过加压管路（4）与加压水发射喷嘴（201）连接。
5.根据权利要求4所述的利用加压水破岩的掘进机，其特征在于：所述的箱体（202）一端与加压水发射喷嘴（201）连接、另一端与加压管路（4）连接。
6.根据权利要求5所述的利用加压水破岩的掘进机，其特征在于：所述的箱体（202）一端与加压水发射喷嘴（201）可拆卸连接。
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