[发明专利]基于倾斜高压水射流及刮刀布置的无岩脊破岩方法

说明书

本发明公开了一种基于倾斜高压水射流及刮刀布置的无岩脊破岩方法。它包括如下步骤，步骤一：高压水射流结构喷射的高压水射流垂直射入岩石，在岩体材料上形成高压水切槽；由机械滚刀结构的机械滚刀滚压由两相邻高压水切槽分割的局部岩石块体，形成两道主裂纹，机械滚刀下方出现梯形状的岩脊；步骤二：岩脊由高压水射流结构喷射的高压水射流进行再次分割，用机械刮刀去除步骤一中的残余岩体和分割后的岩脊；或采用模块化刮刀直接去除岩脊。本发明克服了机械滚刀贯入岩石的深度无法达到高压水切槽的深度，因此保留的岩脊需要通过其他方式去除，耗时耗力的缺点；具有可直接除残余岩脊的优点。

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程领域，特别涉及高压水射流破岩技术在TBM隧道施工领域的应用，更具体地说它是一种基于倾斜高压水射流及刮刀布置的无岩脊破岩方法。

背景技术

传统意义上，原有TBM机械刀具破岩，通过机械滚刀滚压和刮刀切割的方式去除岩脊。然而，在利用高压水射流切槽联合破岩之后，滚刀下方岩脊的高度有所增加，原有的机械刮刀难以达到水力切槽的底部位置，因此保留的岩脊需要通过其他方式去除。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于倾斜高压水射流及刮刀布置的无岩脊破岩方法，为一种高压水射流+机械滚刀联合破岩模式下，机械滚刀压力作用下方的岩脊去除方法，可直接用于平机械滚刀作用后剩余的残余岩体，整平隧道掘进前方的掌子面，提高下一阶段联合破岩的效率；克服了机械滚刀贯入岩石的深度无法达到高压水切槽的深度，因此保留的岩脊需要通过其他方式去除，耗时耗力的缺点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：基于倾斜高压水射流及刮刀布置的无岩脊破岩方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：TBM刀盘对准岩石；首先由高压水射流结构喷射的高压水射流垂直射入岩石，在岩体材料上形成高压水切槽；

接着，由机械滚刀结构的机械滚刀滚压由两相邻高压水切槽分割的局部岩石块体，在机械滚刀滚压过后，矩形局部岩石块体在机械滚刀下方形成两道主裂纹，主裂纹从机械滚刀下方贯通局部岩石块体至高压水切槽的底部位置；至此，机械滚刀下方出现梯形状的岩脊；

步骤二：岩脊由高压水射流结构喷射的高压水射流进行再次分割，用机械刮刀去除步骤一中的残余岩体和分割后的岩脊；

或采用模块化刮刀直接去除岩脊。

在上述技术方案中，在步骤二中，当岩脊由高压水射流结构喷射的高压水射流进行再次分割时，岩脊分割方式为：高压水射流倾斜射入岩脊，入射角度为度、且射入点为岩脊斜边的中点。

在上述技术方案中，通过高压水射流结构控制高压水射流的喷射压力和切割速度，直到高压水射流的切槽深度达到岩脊的底边位置。

在上述技术方案中，在步骤二中，当采用模块化刮刀直接去除岩脊时，所述模块化刮刀贯入高压水切槽、切割机械滚刀滚压后残余的岩脊，将岩脊推平至高压水切槽最底部位置。

在上述技术方案中，模块化刮刀包括刮刀刀具、机械刮刀框架、机械刮刀推力油缸和机械刮刀导向连接油缸；

刮刀刀具通过机械刮刀刀具中轴安装在机械刮刀框架上；

机械刮刀推力油缸与机械刮刀框架连接；

机械刮刀导向连接油缸与机械刮刀框架连接、且位于机械刮刀推力油缸两侧；

机械刮刀推力油缸和机械刮刀导向连接油缸分别与TBM刀盘连接。

在上述技术方案中，在TBM刀盘工作时，机械刮刀推力油缸施加推力，机械刮刀导向连接油缸伴随机械刮刀框架同步运动，机械刮刀推力油缸的施加力作用到机械刮刀框架上，进而推动刮刀刀具。

在上述技术方案中，机械滚刀结构包括机械滚刀、机械滚刀框架和机械滚刀推力油缸；