[实用新型]联合破岩的水力切割滚刀

说明书

本实用新型公开了一种联合破岩的水力切割滚刀。它呈轮辐式结构；包括刀具中轴，高压水注水孔、高压水射流通道和喷嘴支撑环形带状框架；所述高压水注水孔位于所述刀具中轴内；所述高压水射流通道与所述刀具中轴呈垂直设置；所述高压水射流通道一端与所述高压水注水孔连通，另一端沿所述喷嘴支撑环形带状框架径向分布、且位于所述喷嘴支撑环形带状框架上。本实用新型具有提高破岩效率的优点。

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，更具体地说它是联合破岩的水力切割滚刀。

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。随着全断面岩石掘进机在水利工程、地铁工程、交通工程等隧道建设工程方面的广泛应用，对TBM掘进性能提出了更高的要求。当前我国大型工程建设突飞猛进，特别是在引水隧洞、交通隧道、防护工程洞室等领域，TBM的掘进作用日益突出，提高TBM的掘进效率迫在眉睫。目前以机械-水力联合破岩TBM的形式最为可行，然而受目前水力切割岩石速率的限制，无法匹配机械破岩速率，致使整体破岩效率无法大幅提升。

因此，现亟需开发一种破岩效率较高的破岩切割滚刀。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种联合破岩的水力切割滚刀；采用轮辐式结构，在联合破岩中提供高压水射流切割岩石；采用轮辐式设计，轻量化处理降低了滚刀的重量。