CN210685992U - 水力-机械tbm刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水力‑机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备。它包括TBM刀盘，旋转驱动，推进油缸，水刀旋转调节部和水力截割双滚刀刀具；所述水力截割双滚刀刀具有多个；多个所述水力截割双滚刀刀具呈间隔设置；所述水力截割双滚刀刀具呈周向布置于所述TBM刀盘上；周向布置的相邻二个所述水力截割双滚刀刀具沿周向错开一个滚刀身位；所述水刀旋转调节部位于所述旋转驱动前部；所述外机架位于所述旋转驱动外侧；有水刀外接水管道设于所述水仓上，所述水仓和所述水力截割双滚刀刀具通过所述水刀外接水管道和所述水刀旋转调节部连通。本实用新型具有贯入度合适，破岩效率较高，破岩能耗较少的优点。

Description

水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备

技术领域

本实用新型涉及隧道及地下工程领域，特别涉及复杂地质条件TBM隧道施工领域。更具体地说它是水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备。

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；然而，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；

中国专利号：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》，实用新型人霍军周、朱冬等公开了一种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的岩石掘进机刀盘，体现在刀盘布置上，降低了破岩能耗；但其对刀盘的整体结构形式改变较大，工业上的可实现程度不高。

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，机械磨损较低的破岩TBM掘进装备。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，结构简单，破岩效率较高，破岩能耗较少。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：所述的双滚刀水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的TBM掘进装备，其特征在于：包括TBM刀盘，旋转驱动，推进油缸，水刀旋转调节部和水力截割双滚刀刀具；

所述水力截割双滚刀刀具有多个；多个所述水力截割双滚刀刀具呈间隔设置；

所述水力截割双滚刀刀具呈周向布置于所述TBM刀盘上；周向布置的相邻二个所述水力截割双滚刀刀具沿周向错开一个滚刀身位；

所述旋转驱动位于所述TBM刀盘后端；

所述推进油缸位于外机架外侧、且连接于所述外机架后端；

所述水刀旋转调节部位于所述旋转驱动前部；

所述外机架位于所述旋转驱动外侧；

有外机架上撑靴位于所述外机架后方，所述推进油缸分别固定于所述外机架和所述外机架上撑靴上；

有后支撑和水仓位于所述外机架上撑靴后方，所述后支撑位于所述外机架上撑靴与所述水仓之间；

有水刀外接水管道设于所述水仓上，所述水仓和所述水力截割双滚刀刀具通过所述水刀外接水管道和所述水刀旋转调节部连通。

在上述技术方案中，所述水力截割双滚刀刀具包括刀具主体，刀具中轴，刀具加强部位，高压水注水孔，中部连接装置和高压水射流通道；

二个所述刀具主体并列连接；

所述刀具中轴位于所述刀具主体的中心线上；

所述刀具加强部位分别位于所述刀具主体两侧面上；

所述高压水注水孔位于所述刀具中轴内、且横向贯穿并列连接的二个所述刀具主体；

所述中部连接装置位于所述高压水注水孔中部、且位于并列连接的二个所述刀具主体的连接面中心上；

所述高压水射流通道布置于并列连接的二个所述刀具主体的连接面上、且与所述中部连接装置相连通。

在上述技术方案中，所述高压水射流通道有多个；所述高压水射流通道以所述中部连接装置为中心呈辐射布置；

所述高压水射流通道上设有喷嘴；所述喷嘴与所述高压水射流通道连通、且设于并列连接的二个所述刀具主体的连接面的外周上；

所述高压水射流通道上设有水流控制阀；所述水流控制阀位于所述中部连接装置与所述喷嘴之间。

在上述技术方案中，有刀具转向传感器设于并列连接的二个所述刀具主体外侧面上；

有传感线路通道位于所述刀具主体和所述刀具加强部位内、且位于所述水流控制阀与所述刀具转向传感器之间；

所述传感线路通道呈中空结构；

有传感线路设于所述传感线路通道内；

所述水流控制阀与所述刀具转向传感器通过所述传感线路连接。

在上述技术方案中，所述水刀旋转调节部包括高压水管道对接口和水刀旋转调节部圆盘；

所述水刀旋转调节部位于所述旋转驱动的前部、且与所述旋转驱动共轴；所述高压水管道对接口与所述水刀外接水管道对应连接；

所述高压水管道对接口位于所述水刀旋转调节部圆盘上；所述水刀旋转调节部圆盘外周固定于所述旋转驱动内壁上。

在上述技术方案中，所述高压水管道对接口包括高压水管道对接口前端和高压水管道对接口后端；

所述高压水管道对接口后端与所述水刀外接水管道连通；所述高压水管道对接口前端与所述水力截割双滚刀刀具连通。

在上述技术方案中，所述水刀外接水管道为可伸缩水管；

所述旋转驱动内装有电机、扭矩转速传感器和减速器，所述扭矩转速传感器两端分别连接电机和减速器；

有传动输送机位于所述外机架内侧；有铲斗位于所述传动输送机前端；

有护盾和油压缸设于所述外机架外侧，所述油压缸两端分别连接所述外机架外壁和所述护盾内壁。

在上述技术方案中，所述高压水射流通道有六条。

刀具主体为用于机械滚压的机械滚刀，机械滚刀为现有技术。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型能提高破岩效率，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；

(2)本实用新型在破岩顺序上是先切槽后切削，在时间上，两者却是同时工作的，水射流能够降低TBM刀盘部分的温度，对减少机械磨损同样具有积极意义；与简单叠加方式相比，本实用新型水力截割滚刀的水雾覆盖机械刀具部分更加均匀，且有水流在刀具内部流动，降温效果更好；

(3)本实用新型加装水力截割滚刀，由滚刀的水力切割部分(即高压水射流)在刀盘滚动方向的前方预切槽，水力切割会形成一定宽度和深度的槽(即水力切槽)，水力切割过程会对掌子面的岩石形成初步破碎，在此基础上，TBM的水力截割滚刀的刀具主体(即机械滚刀)跟进，滚压切削水力切槽；水力截割滚刀的机械滚刀跟进使水力切槽形成的岩石裂隙延伸拓展，相邻水力截割滚刀之间的裂隙交汇；相邻水力截割滚刀之间的岩块被切削成三角形岩石渣片和椭圆形或板形岩石渣片；由于切割力的叠加作用，本实用新型破岩时安装有水力截割滚刀的机械刀盘贯入度相对较小；

(4)本实用新型水力截割刀具采用双滚刀结构，周向布置的相邻二个水力截割双滚刀刀具沿周向错开一个刀身，前边的一组水力截割双滚刀刀具负责水力切割，后边的一组水力截割双滚刀刀具负责机械滚压，并列连接的刀具主体用作机械滚刀切割岩石；在破岩顺序上，前一组水力截割双滚刀刀具上位于刀具主体连接部位中部的喷嘴先通过高压水射流破岩，形成水力切槽，后一组水力截割双滚刀刀具的滚刀(即并列连接的刀具主体)在水力切槽上滚压破岩；本实用新型所述的水力截割双滚刀刀具将高压水射流设于机械刀具上，使高压水射流和机械刀具有机结合，联合破岩，简化了联合破岩水力、机械破岩分开布置的刀盘布置结构形式；且高压水射流喷出的水雾对机械刀具的降温防磨损的效果更好；在实现同等破岩效果的基础上，本实用新型采用水力截割滚刀，能够减少TBM刀盘上的开孔数量(将高压水射流和机械刀具简单叠加需要专门为高压水射流喷嘴开孔)，对于TBM的刀盘稳定性和强度要求有益，降低了TBM刀盘制造和材料工艺难度；

(5)本实用新型将机械滚刀结构和高压水射流结构集成布置，优化了刀盘布置方式，形成一种新的刀具；本实用新型所述的水力截割双滚刀刀具仅需更换刀具，无需重新布置刀盘，维修方便，降低了经济成本；本实用新型在现有的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为本实用新型工作结构示意图。

图2为图1的A处放大图。

图3为本实用新型安装有水力截割滚刀刀具的刀盘结构示意图。

图4为本实用新型水力截割双滚刀刀具在刀盘垂直方向上布置的局部结构示意图。

图5为本实用新型水刀旋转调节部结构示意图。

图6为本实用新型高压水管道对接口结构示意图。

图7为本实用新型水力截割双滚刀刀具主视结构示意图。

图8为水力截割双滚刀刀具左视局部透视结构示意图。

图9为图8的A处放大图。

图10为本实用新型水力截割滚刀刀具在掌子面上破岩示意图。

图11为传统机械刀具破岩示意图。

图12为本实用新型水力截割双滚刀刀具破岩示意图。

图13为本实用新型水刀外接水管道结构示意图。

图14为现有技术机械破岩时岩石欠破碎状态结构示意图。

图15为现有技术机械破岩时岩石最佳破碎状态结构示意图。

图16为现有技术机械破岩时岩石过破碎状态结构示意图。

图17为本实用新型刀具主体压入前水力切割产生水力切槽的工作状态图。

图18为本实用新型联合破岩TBM刀盘贯入工作状态图。

图10中，A向为本实用新型TBM运动方向；

T1表示第一个水力截割双滚刀刀具，S1表示第二个水力截割双滚刀刀具水力切槽；T1滚压S1；

T2表示第二个水力截割双滚刀刀具，S2表示第三个水力截割双滚刀刀具水力切槽；T2滚压S2；

T3表示第三个水力截割双滚刀刀具，S3表示第四个水力截割双滚刀刀具水力切槽；T3滚压S3；

T4表示第四个水力截割双滚刀刀具，S4表示第五个水力截割双滚刀刀具水力切槽；T4滚压S4；

T5表示第五个水力截割双滚刀刀具，S5表示第六个水力截割双滚刀刀具水力切槽；T5滚压S5；

T6表示第六个水力截割双滚刀刀具，S6表示第一个水力截割双滚刀刀具水力切槽；T6滚压S6。

图11中，FN表示为推动力；FR表示为滚动力；M表示为切削前岩石表面；N表示为切削后岩石表面；Z表示为传统机械刀具破岩时的运动方向。

图12中，FN表示为推动力；FR表示为滚动力；M表示为切削前岩石表面；N表示为切削后岩石表面；Z表示为本实用新型水力截割双滚刀刀具破岩时的运动方向；

N1表示为水力截割双滚刀刀具上的第一个喷嘴；

N2表示为水力截割双滚刀刀具上的第二个喷嘴；

N3表示为水力截割双滚刀刀具上的第三个喷嘴；

N4表示为水力截割双滚刀刀具上的第四个喷嘴；

N5表示为水力截割双滚刀刀具上的第五个喷嘴；

N6表示为水力截割双滚刀刀具上的第六个喷嘴；

O→P表示喷嘴的喷射段；

图12中，N2(第二个喷嘴)正在喷射，N3(第三个喷嘴)即将喷射；N1(第一个喷嘴)、N4(第四个喷嘴)、N5(第五个喷嘴)、N6(第六个喷嘴)不喷射。

图14为岩石贯入度过小状态图；图14中，B表示未交汇的水平裂纹；C表示三角形岩石渣片；D表示密实核；M表示现有技术TBM刀盘上的机械滚刀；

图15为岩石贯入度合适状态图；图15中，D表示密实核；E表示椭圆形或板形岩石渣片；M表示现有技术TBM刀盘上的机械滚刀；

图16为岩石贯入度过大状态图；图16中，D表示密实核；F表示层叠板形岩石渣片；G表示横向棒片形岩石渣片；M表示现有技术TBM刀盘上的机械滚刀；

图17中，H表示本实用新型破岩时水射流致裂裂纹；

图18表示本实用新型刀具主体压入破岩的工作状态图，其中，D表示密实核，P表示三角形岩石渣片；H表示水射流致裂裂纹；J表示椭圆形或板形岩石渣片；图18中，联合破岩岩石破碎状态为椭圆形或板形岩石渣片，贯入度相对较小。

参与附图14-图18可知：在采用两种相同贯入度的情况下，传统机械破岩方式仅仅能够切削出三角形岩石渣片；

而采用本实用新型水力截割双滚刀的联合破岩方式能够较好的完成更大程度的破岩。

本实用新型利用加装水力截割双滚刀的水力-机械联合破岩TBM，由滚刀的水力切割部分(高压水射流)在刀盘滚动方向的前方预切槽，水力切割会形成一定宽度和深度的槽(即水力切槽)，水力切割过程会对掌子面的岩石形成初步破碎，在此基础上，TBM机械截割双滚刀刀具主体跟进，滚压切削水力切槽，形成机械滚刀轨迹；TBM机械截割双滚刀的跟进使水力切槽形成的岩石裂隙延伸拓展，相邻滚刀之间的裂隙交汇；在相邻水力截割双滚刀之间的岩块被切削成三角形岩石渣片和椭圆形或板形岩石渣片。

相对于现有技术，本实用新型采用的联合破岩方式能够提高破岩效率，减少破岩能耗；同时，本实用新型水力截割双滚刀在破岩顺序上是先切槽后切削，在时间上，两者却是同时工作的；与简单叠加方式相比，本发明水力截割滚刀的水雾覆盖机械刀具部分更加均匀，且有水流在刀具内部流动，降温效果更好，对减少机械磨损同样具有积极意义。

图中1-TBM刀盘,2-旋转驱动,3-推进油缸,4-水刀旋转调节部，4.1-高压水管道对接口,4.11-高压水管道对接口前端,4.12-高压水管道对接口后端,4.2-水刀旋转调节部圆盘,5-水力截割双滚刀刀具,5.1-刀具主体,5.2-刀具中轴,5.3-刀具加强部位,5.4-高压水注水孔,5.5-中部连接装置,5.6-高压水射流通道,5.61-喷嘴,5.7-水流控制阀,5.8-刀具转向传感器,5.9-传感线路通道,5.10-传感线路,6-外机架,7-外机架上撑靴,8-后支撑,9-水仓,10-水刀外接水管道,11-传动输送机,12-铲斗,13-护盾,14-油压缸,15-准掌子面,16-水力切槽。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：所述的双滚刀水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的TBM掘进装备，包括TBM刀盘1，旋转驱动2，推进油缸3，水刀旋转调节部4和水力截割双滚刀刀具5；

所述水力截割双滚刀刀具5有多个；多个所述水力截割双滚刀刀具5呈间隔设置；水力截割双滚刀刀具5通过水刀旋转调节部4调节高压水流节射流方向，位于同一个刀盘1上的水力截割双滚刀刀具5的射流方向或相同或不同，针对性地喷射高压水流，提高破岩效率，减少能耗，节省成本；

所述水力截割双滚刀刀具5呈周向布置于所述TBM刀盘1上；周向布置的相邻二个所述水力截割双滚刀刀具5沿周向错开一个滚刀身位(如图4所示)；便于实现位于前一个水力截割双滚刀刀具5中部的喷嘴喷射高压水流破岩，形成水力切槽，位于后一个水力截割双滚刀刀具5的刀具主体(即机械滚刀)滚压水力切槽，二者协同作用，提高破岩效率；

所述旋转驱动2位于所述TBM刀盘1后端；旋转驱动2控制联合破岩TBM的刀盘1旋转，推进油缸3推进TBM刀盘1向前掘进；

所述推进油缸3位于外机架6外侧、且连接于所述外机架6后端；用于推进TBM，实现进刀和退刀；

所述水刀旋转调节部4位于所述旋转驱动2前部；水刀旋转调节部4可以随旋转驱动装置同步旋转；

所述外机架6位于所述旋转驱动2外侧；起支撑保护作用；

有外机架上撑靴7位于所述外机架6后方，所述推进油缸3分别固定于所述外机架6和所述外机架上撑靴7上；掘进过程中，外机架上撑靴用于撑紧围岩洞壁，固定TBM机架；

有后支撑8和水仓9位于所述外机架上撑靴7后方，所述后支撑8位于所述外机架上撑靴7与所述水仓9之间；后支撑用于支撑联合破岩TBM，方便掘进；

有水刀外接水管道10设于所述水仓9上，所述水仓9和水力截割双滚刀刀具5通过所述水刀外接水管道10和水刀旋转调节部4连通(如图1、图2、图3所示)；水仓位于TBM后端已铺设轨道上，可以保证水量供给。

所述水力截割双滚刀刀具5包括刀具主体5.1，刀具中轴5.2，刀具加强部位5.3，高压水注水孔5.4，中部连接装置5.5和高压水射流通道5.6；

所述刀具主体5.1为双滚轮机械滚刀；

二个所述刀具主体5.1并列连接；

刀具主体5.1自身的双滚轮结构构成了水力截割双滚刀刀具5的机械滚刀；

刀具主体5.1上布置的高压水注水孔5.4、高压水射流通道5.6和喷嘴5.61等结构构成了水力截割双滚刀刀具5的水力滚刀；

所述刀具中轴5.2位于所述刀具主体5.1的中心线上，为所述刀具主体5.1的轴承部分；所述刀具主体可以以刀具中轴为旋转中心滚动；

所述刀具加强部位5.3分别位于所述刀具主体5.1两侧面上；刀具主体5.1即为机械双滚刀，刀具加强部位位于刀具两侧面成对称分布，起到加强刀具强度的作用；

所述高压水注水孔5.4位于所述刀具中轴5.2内、且横向贯穿并列连接的二个所述刀具主体5.1；高压水注水孔5.4将高压水流注入多个高压水射流通道5.6破岩；

所述中部连接装置5.5位于所述高压水注水孔5.4中部、且位于并列连接的二个所述刀具主体5.1的连接面中心上；中部连接装置位于所述高压水注水孔的交汇处，所述中部连接装置位于刀具的中心，所述中部连接装置具有分流作用；

所述高压水射流通道5.6布置于并列连接的二个所述刀具主体5.1的连接面上、且与所述中部连接装置5.5相连通；高压水注水孔位于所述刀具主体中轴中心处，与所述刀具中轴同心；高压水注水孔5.4通过中部连接装置5.5将高压水注入高压水射流通道5.6中，经由喷嘴5.61喷射破岩。

所述高压水射流通道5.6有多个；所述高压水射流通道5.6以所述中部连接装置5.5为中心呈辐射布置(如图4所示)；实现水力-机械联合破岩，位于前后的水力截割双滚刀刀具5错开一个滚刀身位；前一个水力截割双滚刀刀具5的刀具主体5.1连接处的喷嘴喷射高压水破岩，形成水力预切槽，紧随其后的刀具主体5.1(即双滚刀的机械刀具部分)滚压前一个高压水射流喷嘴形成的水力预切槽，破碎经喷嘴破岩形成水力预切槽之后的岩石试样，达到破碎的时间更短，因此破岩效率更高；刀具主体5.1(即双滚刀的机械刀具部分)施加的最大力减小，刀具所承受的反力相应减少，对刀具的磨损相应减少；破岩速度更快。

所述高压水射流通道5.6上设有喷嘴5.61；所述喷嘴5.61与所述高压水射流通道5.6连通、且设于并列连接的二个所述刀具主体5.1的连接面的外周上；

所述高压水射流通道5.6上设有水流控制阀5.7；所述水流控制阀5.7位于所述中部连接装置5.5与所述喷嘴5.61之间；水流控制阀用以控制高压水射流通道的开闭，所述水流控制阀数目与高压水射流通道一致。所述刀具转向控制器位于刀具表面，所述刀具转向控制器具有检测判别刀具转动角度的作用。

有刀具转向传感器5.8设于并列连接的二个所述刀具主体5.1的外侧面上；有传感线路通道5.9位于所述刀具主体5.1内和所述刀具加强部位5.3内、且位于所述水流控制阀5.7与所述刀具转向传感器5.8之间；传感线路通道用以传感线路的通过；所述传感线路通道5.9呈中空结构，便于传感线路5.10通过；

有传感线路5.10设于所述传感线路通道5.9内；所述水流控制阀5.7与所述刀具转向传感器5.8通过所述传感线路5.10连接；传感线路用以连接所述水流控制阀和所述刀具转向传感器，刀具转向控制器通过传感线路传递信号，用以控制所述水流控制阀的开闭。

水力截割双滚刀刀具5自身旋转的同时随TBM刀盘1旋转、破碎岩体；

水力截割双滚刀刀具5破岩时，由位于前一水力截割双滚刀刀具5中间连接位置的喷嘴5.61喷出高压水射流，高压水射流在水力截割双滚刀刀具5转动方向上先进行水力预裂，形成水力切槽16；

水力截割双滚刀刀具5转向方向上后一位置的滚刀在前一滚刀形成的切槽水力切槽16上方滚压，形成机械滚刀轨迹，使岩渣崩落；

崩落的岩渣由铲斗12铲入传动输送机11，运至机后卸载。

所述水刀旋转调节部4包括高压水管道对接口4.1和水刀旋转调节部圆盘4.2；

所述水刀旋转调节部4位于所述旋转驱动2的前部，且与所述旋转驱动2共轴；水刀旋转调节部4的所述高压水管道对接口4.1与所述水刀外接水管道10连接、且与所述刀盘1上的水刀位置相对应；高压水管道对接口4.1为外部高压水和破岩高压水的连接结构；高压水管道对接口与联合破岩TBM刀盘上的水刀位置一一对应；在TBM工作时，水刀外接水管道可以通过高压水管道对接口的对接，与TBM刀盘实现同步旋转；

所述高压水管道对接口4.1位于所述水刀旋转调节部圆盘4.2上；所述水刀旋转调节部圆盘4.2外周固定于所述旋转驱动2内壁上；旋转驱动2驱动所述水刀旋转调节部圆盘转动，达到与TBM滚刀同步旋转的目的。

所述高压水管道对接口4.1包括高压水管道对接口前端4.11和高压水管道对接口后端4.12；

所述高压水管道对接口后端4.12与所述水刀外接水管道10连通；高压水管道对接口后端；所述高压水管道对接口前端4.11与所述水力截割双滚刀刀具5连通；防止水刀外接水管道10缠绕，影响工作效率；水仓9通过水刀外接水管道10和水刀旋转调节部4为水力截割双滚刀刀具5的高压水注水孔5.4提供高压水流；

所述高压水管道对接口前端4.11与所述水刀旋转调节部4同步旋转，从而与TBM刀盘同步旋转；防止水刀外接水管道10缠绕，影响水刀外接水管道10的正常工作；

工作时，水刀外接水管道10与高压水管道对接口后端4.12对接，高压水注水孔5.4与高压水管道对接口前端4.11对接(如图1、图2、图5、图6所示)，可以保证高压水旋转和进水的同步实现；防止水刀外接水管道10缠绕，影响破岩掘进工作的正常进行。

所述水刀外接水管道10为可伸缩水管(如图7、图8、图9所示)；

可伸缩水管自TBM后部的水仓供水，所述可伸缩水管可以随着TBM的掘进，自由调节水管长度；

所述水仓9内设有加压装置和调节装置，可以为水力截割双滚刀刀具提供高压水，并能够通过调节高压水的水压控制高压水的流速。

所述旋转驱动2内装有电机、扭矩转速传感器和减速器，所述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；

有传动输送机11位于所述外机架6内侧；有铲斗12位于所述传动输送机11前端；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；

有护盾13和油压缸14设于所述外机架6外侧，所述油压缸14两端分别连接所述外机架6外壁和所述护盾13内壁(如图1所示)，保障述外机架6的稳定性。

所述高压水射流通道5.6布置于所述刀具主体5.1纵向中心面上；所述高压水射流通道5.6有六条；根据实际工作需求，可以调整高压水射流通道5.6的数量。

以尺寸150mm×150mm×100mm的白砂岩试样为例，对白砂岩试样进行贯入试验(TBM滚刀破岩的主要法向力)；

直接采用现有技术机械滚刀对白砂岩试样进行贯入试验，破坏白砂岩试样所需最大力达到140KN；

采用本实用新型对白砂岩试样进行贯入实验，本实用新型对白砂岩试样进行水刀预切槽处理后，再进行滚刀贯入试验，破坏白砂岩试样所需最大力仅为40KN，破岩力降低了70％以上，且切槽预处理之后的白砂岩试样达到破碎的时间更短，因此破岩效率更高，破岩速度更快；同样地，由于刀具施加的最大力减小，刀具所承受的反力相应减少，对刀具的磨损相应减少；

本实用新型破岩时，通过水刀切割造成白砂岩试样初步破坏产生裂隙，再经过滚刀切割，施加的力减小，破岩时间缩短，破岩难度相对较低。

为了能够更加清楚的说明本实用新型所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备与现有技术(机械破岩装备和现有的TBM刀盘上高压水射流喷嘴与机械滚刀在刀盘上采用简单叠加组合方式破岩装备)结构相比所具有的优点，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，本实用新型所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备与现有技术(机械破岩装置和现有的TBM刀盘上高压水射流喷嘴与机械滚刀在刀盘上采用简单叠加组合方式破岩装置)结构相比，破岩效率较高，破岩能耗较小，刀盘损耗率较小。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (8)

1.水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，其特征在于：包括TBM刀盘(1)，旋转驱动(2)，推进油缸(3)，水刀旋转调节部(4)和水力截割双滚刀刀具(5)；

所述水力截割双滚刀刀具(5)有多个；多个所述水力截割双滚刀刀具(5)呈间隔设置；

所述水力截割双滚刀刀具(5)呈周向布置于所述TBM刀盘(1)上；周向布置的相邻二个所述水力截割双滚刀刀具(5)沿周向错开一个滚刀身位；

所述旋转驱动(2)位于所述TBM刀盘(1)后端；

所述推进油缸(3)位于外机架(6)外侧、且连接于所述外机架(6)后端；

所述水刀旋转调节部(4)位于所述旋转驱动(2)前部；

所述外机架(6)位于所述旋转驱动(2)外侧；

有外机架上撑靴(7)位于所述外机架(6)后方，所述推进油缸(3)分别固定于所述外机架(6)和所述外机架上撑靴(7)上；

有后支撑(8)和水仓(9)位于所述外机架上撑靴(7)后方，所述后支撑(8)位于所述外机架上撑靴(7)与所述水仓(9)之间；

有水刀外接水管道(10)设于所述水仓(9)上，所述水仓(9)和所述水力截割双滚刀刀具(5)通过所述水刀外接水管道(10)和所述水刀旋转调节部(4)连通。

2.根据权利要求1所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，其特征在于：所述水力截割双滚刀刀具(5)包括刀具主体(5.1)，刀具中轴(5.2)，刀具加强部位(5.3)，高压水注水孔(5.4)，中部连接装置(5.5)和高压水射流通道(5.6)；

二个所述刀具主体(5.1)并列连接；

所述刀具中轴(5.2)位于所述刀具主体(5.1)的中心线上；

所述刀具加强部位(5.3)分别位于所述刀具主体(5.1)两侧面上；

所述高压水注水孔(5.4)位于所述刀具中轴(5.2)内、且横向贯穿并列连接的二个所述刀具主体(5.1)；

所述中部连接装置(5.5)位于所述高压水注水孔(5.4)中部、且位于并列连接的二个所述刀具主体(5.1)的连接面中心上；

所述高压水射流通道(5.6)布置于并列连接的二个所述刀具主体(5.1)的连接面上、且与所述中部连接装置(5.5)相连通。

3.根据权利要求2所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，其特征在于：所述高压水射流通道(5.6)有多个；所述高压水射流通道(5.6)以所述中部连接装置(5.5)为中心呈辐射布置；

所述高压水射流通道(5.6)上设有喷嘴(5.61)；所述喷嘴(5.61)与所述高压水射流通道(5.6)连通、且设于并列连接的二个所述刀具主体(5.1)的连接面的外周上；

所述高压水射流通道(5.6)上设有水流控制阀(5.7)；所述水流控制阀(5.7)位于所述中部连接装置(5.5)与所述喷嘴(5.61)之间。

4.根据权利要求3所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，其特征在于：有刀具转向传感器(5.8)设于并列连接的二个所述刀具主体(5.1)外侧面上；

有传感线路通道(5.9)位于所述刀具主体(5.1)和所述刀具加强部位(5.3)内、且位于所述水流控制阀(5.7)与所述刀具转向传感器(5.8)之间；

所述传感线路通道(5.9)呈中空结构；

有传感线路(5.10)设于所述传感线路通道(5.9)内；

所述水流控制阀(5.7)与所述刀具转向传感器(5.8)通过所述传感线路(5.10)连接。

5.根据权利要求4所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，其特征在于：所述水刀旋转调节部(4)包括高压水管道对接口(4.1)和水刀旋转调节部圆盘(4.2)；

所述水刀旋转调节部(4)位于所述旋转驱动(2)的前部、且与所述旋转驱动(2)共轴；所述高压水管道对接口(4.1)与所述水刀外接水管道(10)对应连接；

所述高压水管道对接口(4.1)位于所述水刀旋转调节部圆盘(4.2)上；所述水刀旋转调节部圆盘(4.2)外周固定于所述旋转驱动(2)内壁上。

6.根据权利要求5所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，其特征在于：所述高压水管道对接口(4.1)包括高压水管道对接口前端(4.11)和高压水管道对接口后端(4.12)；

所述高压水管道对接口后端(4.12)与所述水刀外接水管道(10)连通；所述高压水管道对接口前端(4.11)与所述水力截割双滚刀刀具(5)连通。

7.根据权利要求6所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，其特征在于：所述水刀外接水管道(10)为可伸缩水管；

所述旋转驱动(2)内装有电机、扭矩转速传感器和减速器，所述扭矩转速传感器两端分别连接电机和减速器；

有传动输送机(11)位于所述外机架(6)内侧；有铲斗(12)位于所述传动输送机(11)前端；

有护盾(13)和油压缸(14)设于所述外机架(6)外侧，所述油压缸(14)两端分别连接所述外机架(6)外壁和所述护盾(13)内壁。

8.根据权利要求7所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩的双滚刀掘进装备，其特征在于：所述高压水射流通道(5.6)有六条。

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