[实用新型]高压水射流边刀及水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘

说明书

本实用新型公开了一种高压水射流边刀。它包括边刀机械结构、边刀高压水射流管道和边刀高压水射流喷嘴；所述边刀高压水射流管道位于所述边刀机械结构内部；所述边刀高压水射流喷嘴嵌于所述边刀机械结构内部、且与所述边刀高压水射流管道连通。本实用新型具有喷射高压水致裂岩石，解决TBM卡机问题的优点。本实用新型还公开了水力‑机械联合破岩脱困TBM刀盘。

技术领域

本实用新型涉及隧道及地下工程技术领域，特别涉及复杂地质条件TBM隧道施工领域，更具体地说它是高压水射流边刀。本实用新型还涉及水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘。

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，但是每次只能针对一种掌子面的岩石进行调整，由于底层地质复杂，各种岩性的岩石交错布置，使用传统机械进行破岩，效率低、破岩能耗大、易磨损滚刀；且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。

如申请号为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，降低了破岩能耗；但是其对传统TBM刀盘的改动较大，成本较高，不利于实现及应用。

且TBM隧道掘进机掘进破岩过程中，由于受到地应力和岩石强度特性的影响，可能会发生TBM刀盘卡机现象，严重影响TBM的掘进效率，造成重大的设备损坏和财产损失。

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、机械磨损较低且能解决TBM卡机问题的破岩TBM掘进装备。

发明内容

本实用新型的第一目的是为了提供一种高压水射流边刀，TBM高压水射流边刀安装时与TBM刀盘平面有一定的倾角，产生的高压水射倾斜喷射高压水致裂岩石扩挖掌子面；解决TBM卡机问题。

本实用新型的第二目的是为了提供水力-机械联合破岩脱困TBM刀盘，在TBM掘进工作时协助破碎TBM刀盘周向岩石；在TBM开机被困时，高压水射流边刀可以协助TBM刀盘脱困。