[实用新型]一种高压脉冲放电-机械联合破岩的全断面隧道掘进机

说明书

本实用新型公开了一种高压脉冲放电‑机械联合破岩的全断面隧道掘进机，解决的是隧洞工程中采用传统的机械破碎工作方式掘进速度慢，刀具磨损快等问题。本实用新型包括掘进机主机，掘进机主机上设有刀盘刀具系统，所述的刀盘刀具系统上设有电极。本实用新型设计了兼具高压脉冲放电和刮削能力的新型电极刮刀；高压脉冲放电控制系统的电极与滚刀等其他机械刀具耦合作用，提高破岩效率，减小刀具磨损。

技术领域

本实用新型涉及隧道施工中的全断面隧道掘进机领域，具体涉及一种提高破岩效率，减小刀具磨损的基于高压脉冲放电-机械联合破岩的新型全断面隧道掘进机用刀盘。

背景技术

目前全断面隧道掘进机是铁道、水电交通、矿山、市政等硬岩隧洞工程中普遍应用的工程机械，主要是利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩实现隧道掘进的目的。然而，这种机械破碎工作方式的掘进效率常受到岩石硬度等外在因素影响，尤其在极端条件下，不仅掘进速度异常缓慢，刀具损坏几率也大幅提高，给业主和施工方带来巨额经济损失。高压脉冲放电破岩法通过电极之间的高压电弧放电实现破岩，且可通过调整电极间距和输入电量等参数控制岩石破碎体积和掘进速度，相比于传统破岩方法，它具有破岩效率高、破岩功率低、破岩能耗小、无环境污染等优点，在岩石破碎领域中有着广阔的应用前景。有关研究结果表明采用该技术即便在高硬度的花岗岩或玄武岩等地质条件下钻探速度也可高达12-30米/小时，且噪音和振动水平极低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是硬岩隧洞工程中采用传统的机械破碎工作方式掘进速度慢，刀具磨损快等，提供一种基于高压脉冲放电-机械联合破岩的全断面隧道掘进机。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种高压脉冲放电-机械联合破岩的全断面隧道掘进机，包括掘进机主机，掘进机主机上设有刀盘刀具系统，所述的刀盘刀具系统上设有电极。

所述的电极为电极材料制作而成的电极刮刀。

所述的刀盘刀具系统包括刀盘和滚刀，滚刀和电极刮刀均设置在刀盘上。

所述的电极与高压脉冲放电系统相连。

所述的高压脉冲放电系统还包括高压脉冲电弧控制器，高压脉冲电弧控制器与高压配电站连接；所述的电极与高压配电站连接，高压配电站与高压变压器连接。

所述与电极相连设有转子电缆，转子电缆通过电滑环与定子电缆连接。定子电缆与高压脉冲电弧控制器连接。

所述的掘进机主机前部设有密封仓，密封仓内设有放电介质。

与密封仓相配合设有盾尾密封系统，所述的盾尾密封系统包括盾体壁和管片，盾体壁和管片之间设有若干层盾尾刷，盾体壁后部的管片外侧设有密封层。

密封仓的右侧设有回转接头，密封仓通过回转接头与外部的放电介质管路连通。

与密封仓相连通设有出渣系统。

一种高压脉冲放电-机械联合破岩的全断面隧道掘进机的施工方法，包括以下步骤：①全断面隧道掘进机在掘进过程中，将密封舱内充入放电介质，刀盘刀具系统在主驱动系统的驱动下进行旋转；

②高压脉冲电弧控制器根据破岩需要控制放电回路使电极进行放电，在放电介质内形成高压脉冲电弧，对岩石进性破坏。

步骤②所述的高压脉冲电弧控制器使电极进行放电时，刀盘旋转，滚刀和电极刮刀共同作用于掌子面，对岩石进行滚压和刮削。

本实用新型设计了兼具高压脉冲放电和刮削能力的新型电极刮刀；高压脉冲放电控制系统主要由高压脉冲电弧控制器、电能储存装置（充电回路中的储能电容）、电极刮刀、高压变电器、放电介质等组成，可通过放电对岩石产生破坏，如产生裂纹、粉尘、剥落等；高压脉冲放电控制系统的电极与滚刀等其他机械刀具耦合作用，提高破岩效率，减小刀具磨损。

附图说明