[发明专利]搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置及应用

说明书

本公开提供了一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置及应用，包括设置在TBM刀盘上的滚刀件，所述滚刀件旁设置有至少一射流喷嘴，所述射流喷嘴能够和加压供水装置连通，以喷射高压水射流，产生冲蚀、致裂以及与滚刀件的耦合破岩作用，辅助滚刀件进行破岩工作。克服了传统隧道掘进机在施工时，尤其在硬岩段掘进时由于滚刀磨损严重，更换频率增加造成的掘进速度慢、效率低、施工成本高、工期滞后等缺点。

技术领域

本公开涉及一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置及应用。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着人类社会的进步发展，基础设施建设的需求日益增加，由于传统的施工方法已无法应对隧道开挖过程中复杂多变的地质条件，全断面隧道掘进机(TBM)应运而生。TBM通过推进刀盘旋转进行开挖掘进，同时破碎洞内围岩，实现隧道掘进一次成型、初期支护、出碴运输，集机、电、液、气为一体的一种高效的大型隧道施工机械。该机械主要由主机、连接桥、后配套组成。

目前，我国多采用滚压式全断面掘进机，适用于中硬岩至硬岩，通过推进油缸的推进压力作用，使电动机驱动刀盘旋转，切压破碎岩石，且破碎岩石由勺斗卸至运输皮带上。掘进破岩过程中，滚刀与岩石间相互作用产生摩擦力，长时间持续不间断的掘进施工，且施工现场通风较差，滚刀与岩石摩擦积聚的热量无法有效耗散，致使滚刀温度过高，加快了滚刀的磨损速度，使用寿命缩短，滚刀更换频率增加，使刀具成本占总成本的比例提高，且工人更换滚刀过程复杂、耗费时间长，极易造成工期滞后等不利影响。

同时，虽然目前存在将水加以高压，再经由具有细小孔径的喷射装置喷出，形成一束高速的水流束，通过高压水射流的冲蚀、致裂作用，使岩石裂隙张拉开裂，形成新的岩石碎块，以辅助破岩的研究理论，但是由于对高压水射流破岩机理的研究相对匮乏，破岩过程的复杂多变性，制约着高压水射流破岩技术的进一步发展，且由于多方面的限制因素，高压水射流破岩技术在实际应用过程中无法达到理想效果。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置及应用，本公开将滚刀挤压破碎岩石的作用与高压水射流破岩技术相结合，使得在破岩过程中能同时发挥两者的优势，极大程度的提高施工效率。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种搭载于TBM上的射流辅助滚刀破岩装置，包括设置在TBM刀盘上的滚刀件，所述滚刀件旁设置有至少一射流喷嘴，所述射流喷嘴能够和加压供水装置连通，以喷射高压水射流，产生冲蚀、致裂以及与滚刀件的耦合破岩作用，辅助滚刀件进行破岩工作。

当然，在本公开中，高压水射流是指经过一定增压后的流体，由喷嘴流出后，在足够大的空间内，不再受固体边界限制而继续扩散的流动方式，或形成的流体束。

经过上述技术方案，能够保证滚刀件挤压破碎岩石的作用与高压水射流破岩技术相结合，使得在破岩过程中能同时发挥两者的优势，极大程度的提高施工效率。

作为进一步的限定，所述射流喷嘴与TBM刀盘之间为可拆卸连接。

经过上述技术方案，能够保证滚刀件挤压破碎岩石的作用与高压水射流破岩作用能够灵活结合，根据TBM掘进前方具体岩石的情况来自由选择是否需要将上述两种作用进行结合。

作为一种可实施方案，所述射流喷嘴布置在滚刀件前沿并紧靠滚刀切割着力点。

将射流喷嘴设置于滚刀件前方，能够使得射流在岩面上先形成冲蚀槽或损伤区，极大程度提高了滚刀贯入度，同时在射流与滚刀共同作用下，在岩体上形成极高应力区，利于岩石破碎成块，提高破岩效率。

作为进一步的限定，所述射流喷嘴与滚刀的刀圈之间的最小间距大于0.5倍的刀圈厚度，且与掌子面的最小间距应控制在设定范围内。