[发明专利]一种隧道掘进机及其冲击破岩刀盘结构

说明书

本发明公开一种冲击破岩刀盘结构，包括设置于机身前端并可沿轴向进给及沿周向旋转的盘体，可轴向伸缩地设置于盘体上并呈多层环状分布、用于随盘体旋转在掌子面上开凿出若干层环形沟槽的冲击组件，可轴向伸缩地设置于盘体上并呈多层环状分布、用于随盘体旋转对掌子面上位于相邻两层环形沟槽之间的环形岩层进行冲击破碎的破岩组件。如此，在掘进过程中，利用冲击组件在岩面上形成的若干层环形沟槽，使得各层破岩组件只需克服岩石较弱的抗剪强度，通过对各层环形岩层的剪切破坏方式实现岩面破碎，降低了对于较大抗压强度岩石的掘进难度，同时提高了掘进效率，降低了刀具磨损。本发明还公开一种隧道掘进机，其有益效果如上所述。

技术领域

本发明涉及隧道掘进技术领域，特别涉及一种冲击破岩刀盘结构。本发明还涉及一种隧道掘进机。

背景技术

随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。

机械设备的种类很多，在土木及建筑工程中通常需要使用大型工程设备，比如掘进机、挖掘机、龙门吊机等。以盾构机为例，现代盾构机是集光、机、电、液一体的大型高端隧道掘进装备。

掘进机的切削装置通常包括滚刀和刀盘，均匀排列在刀盘上的滚刀在推进力的作用下压向岩体，随着滚刀的旋转，岩体被碾出一系列同心圆，直至当滚刀对岩体的挤压应力超过岩体的抗压强度极限时，岩体爆裂破碎。掘进机具有掘进质量高、适应性好等优势，广泛应用煤矿、隧道挖掘等领域，因此改进掘进机的切削装置就显得尤为必要。

隧道施工掘进过程中，常用盾构机或TBM滚刀掘进的方式进行施工，而通常当岩石地层单轴抗压强度超过100MPa时，容易出现掘进效率低、刀具磨损大、滚刀更换难度大、换刀时间长的问题，从而影响施工进度和成本。其中，掘进机破岩主要由切削装置完成，包括刀具(滚刀)、刀盘、刀盘驱动装置以及推进装置，滚刀破岩时，当其对岩石的挤压力超过岩石本身抗压强度后，刀刃部分的合金刀片使岩石破碎，形成一道切削沟槽，刀刃继续挤压，岩石便产生龟裂，向周围扩散，切削沟槽两侧的岩石剥离破碎。当遇到岩石单轴抗压强度较大时，所需要的推进力也越大，滚刀在巨大的正压力作用下在岩石表面滚动，通过克服岩石的抗压强度极限来实现破岩，这无疑加重了刀具磨损，降低了刀具使用寿命的同时，掘进效率也变得缓慢。

然而，在实际掘进过程中，由于现有TBM属于滚压破碎岩石，岩石属于一面临空，三面受压的状态，需要刀具对三向受压状态的岩石进行强行破碎，因此，在不良地质施工中，尤其是复杂硬岩、超硬岩地层隧道开挖中，刀盘刀具磨损加剧，严重时需要一天一换，成本及能耗消耗巨大，且现有技术中，刀具磨损后需要人工进入掌子面进行吊装更换，严重影响隧道施工效率和增大作业人员的工作强度，不利于隧道施工的安全性。更严重的是在超硬岩情况下，滚刀压裂破岩的效率极低，导致常规TBM遇到极硬岩后施工进展缓慢。

因此，如何有效实现对抗压强度较大岩石的顺利掘进，提高掘进效率，降低刀具磨损，是本领域技术人员所面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲击破岩刀盘结构，能够有效实现对抗压强度较大岩石的顺利掘进，提高掘进效率，降低刀具磨损。本发明的另一目的是提供一种隧道掘进机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种冲击破岩刀盘结构，包括设置于机身前端并可沿轴向进给及沿周向旋转的盘体，可轴向伸缩地设置于所述盘体上并呈多层环状分布、用于随所述盘体旋转在掌子面上开凿出若干层环形沟槽的冲击组件，可轴向伸缩地设置于所述盘体上并呈多层环状分布、用于随所述盘体旋转对掌子面上位于相邻两层所述环形沟槽之间的环形岩层进行冲击破碎的破岩组件。

优选地，各层所述冲击组件及各层所述破岩组件均绕所述盘体的圆心同心分布。

优选地，各层所述冲击组件的冲击功率小于各层所述破岩组件的冲击功率。

优选地，相邻两层所述冲击组件的径向间距相等，相邻两层所述破岩组件的径向间距相等。