[发明专利]一种新型破岩方法及破岩滚刀

说明书

技术领域

本发明涉及隧道掘进技术领域，具体地说是一种片削破岩方法及适用于片削破岩的破岩滚刀。 

背景技术

隧道掘进装备在修建地铁、轨道交通、煤矿巷道等地下工程建设中的使用越来越广泛。隧道掘进装备的刀盘上安装的盘形滚刀是掘进过程中破碎岩石的重要刀具，目前，盘形滚刀的结构主要包括滚刀刀圈、刀毂、紧固盖、端盖、刀轴、轴承和密封装置。盘形滚刀破岩时承受巨大的载荷和冲击，同时承受岩石剧烈的摩擦，并产生大量的渣土和碎石。盘形滚刀各外露的零件表面均受到磨损，尤其是滚刀刀圈和刀毂，进而导致各部分连接性能被破坏，润滑油及橡胶密封件的性能降低，致使刀具逐渐失去破岩能力，造成刀具的提前报废。尤其是遇到50～250MPa全断面硬岩地质时，滚刀的破坏更显突出，这直接影响到工程的施工进度，耗费大量的人力、物力与财力。 

现有滚刀的破岩方法为：安装在刀盘上的盘形滚刀在盾构千斤顶的作用下紧压在岩面上，盘形滚刀的推力垂直于掌子面；随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，另一方面绕自身轴线自转。盘形滚刀在刀盘的推力和扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆。当推力超过岩石的抗压强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，掌子面上岩石被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽。随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，当滚刀压力超过岩石的剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片崩落，完成盘形滚刀的破岩过程。该破岩方法下，破岩载荷 具有一定的周期性和波动性，对滚刀的破坏性较大。1、滚刀单轴抗压强度大，滚刀圈刀刃磨损快，寿命短。2、破岩速度较慢，掘进效率低。3、掘进装备消耗的功率较大。 

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种新型破岩方法，应用于隧道破岩作业中，用于解决现有破岩方法滚刀磨损严重、刀具寿命短的问题；本发明的目的之二在于提供一种适用于新型破岩方法的破岩滚刀。 

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种新型破岩方法，其特征是，包括以下步骤， 

(1)将盘形滚刀安装在隧道掘进设备上，然后将所述盘形滚刀移动到破岩初始位置； 

(2)保持盘形滚刀的刀刃与掌子面的法线之间成一夹角β，且所述夹角β值为10度到20度； 

(3)通过隧道掘进设备施加压力于盘形滚刀上，此时，在滚刀刀刃的前端形成密实核，所述密实核不断扩大并撕裂密实核周围的岩石形成破碎区，所述破碎区不断扩大将悬空面上的岩石片削下来，完成第一层破碎面的破岩过程； 

(4)所述第一层破碎面成为新悬空面，将盘形滚刀的刀刃向远离新悬空面的一侧移动，重复步骤(2)和(3)，完成第二层破碎面的破岩过程； 

(5)重复步骤(2)至(4)，完成第三、第四…层破碎面的破岩过程。 

进一步地，所述夹角β值为15度。 

一种应用所述新型破岩方法的破岩滚刀，包括刀圈、滚刀刀毂、滚刀轴承、滚刀挡圈和滚刀紧固盖，在滚刀轴的一端固定安装有滚刀轴承，在所述滚刀轴承的外部套置并固定安装有滚刀刀毂，在所述滚刀刀毂外壁安装有刀圈，并在所述滚刀刀毂上安装有限制刀圈轴向位移的滚刀挡圈，在所述滚刀 轴的另一端安装有滚刀紧固盖，其特征是，所述刀圈固定安装在滚刀刀毂的一侧。 

进一步地，所述刀圈为两端大小不等的盘形金属件，在所述刀圈的大端设有刀刃。 

进一步地，在所述滚刀刀毂一端的外壁上设有一圆环形的突起，在所述刀圈的中心设有一台阶孔，所述台阶孔的大孔与所述突起接触配合，所述台阶孔的小孔与所述滚刀刀毂接触配合；在所述突起一侧的滚刀刀毂上设有一环形槽，在所述环形槽中安装一滚刀挡圈，所述滚刀挡圈的一端面与所述刀圈的小端面接触配合。 

进一步地，所述刀圈大端的直径为480mm至635mm。 

进一步地，所述刀圈大端与刀圈小端通过圆弧过渡。 

进一步地，所述刀圈大端的直径为560mm。 

本发明的有益效果是：本发明提供的片削破岩法，盘形滚刀的刀刃与掌子面的法线之间具有一夹角β，将压力施加在盘形滚刀上后，刀刃贯入岩石中，在刀刃前端产生密实核，密实核不断的扩大撕裂周围的岩石，并形成破碎区，破碎区的扩大将悬空面上的岩石片削下来；盘形滚刀的刀刃主要承受剪力，且岩石抗剪强度为岩石抗压强度的6％-9％。片削破岩的优点在于：(1)滚刀刃主要克服岩石的抗剪强度，滚刀单轴抗压强度大大降低，滚刀圈刀刃磨损慢，滚刀使用寿命长。(2)破岩速度快，掘进效率高，特别适用于全断面硬岩地质的开挖掘进。(3)掘进装备消耗的功率较小。