[发明专利]刀盘总成、隧道掘进设备及隧道掘进施工方法

说明书

本发明公开了一种刀盘总成，包括刀盘，所述刀盘的前端面上沿其径向排布有若干与掌子面配合的滚刀，所述刀盘的前端面上还设置有与掌子面配合的冲击机构以及控制所述冲击机构的作业方向和作业位置的调整装置，所述冲击机构沿所述刀盘的前端面的径向位于最靠近所述刀盘的轴心的滚刀与所述刀盘的轴心之间。该刀盘总成对其中心部位对应的岩体的破碎效果较好，能够使掘进设备的整体掘进效率和施工效果得以相应提高。本发明还公开了一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。

技术领域

本发明涉及隧道掘进配套设备技术领域，特别涉及一种刀盘总成。本发明还涉及一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。

背景技术

在隧道施工领域，盾构机(也即盾构式隧道掘进机)进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。但是针对硬岩和超硬岩的开挖施工，TBM(Tunnel BoringMachine的首字母缩写，即，隧道掘进机)掘进速度依然十分缓慢，特别是靠近刀盘中心的岩石破碎难度极大，刀具损坏严重，导致施工成本和能源消耗巨大。

TBM在掘进中是利用刀盘上的滚刀滚压切削破岩，在驱动系统的作用下，刀盘上的滚刀随刀盘径向旋转，在推进力的作用下，滚刀切入掌子面岩石并挤压破岩。但是刀盘的旋转速度很慢，通常为10r/min，其所产生的冲击载荷较小，与液压冲击器相比，例如潜孔锤、凿岩机等，其冲击载荷可忽略不计，因此，刀盘在破碎硬岩或超硬岩的效率低，而且越靠近刀盘中心位置滚刀的线速度越低，其产生的冲击载荷就越低，导致破碎掌子面中心位置的岩石难度极大，刀具磨损严重，掘进效率慢。为解决这一问题，通过液压冲击器与滚刀联合破岩是一个重点研究方向。

相关专利中，公开号为CN108457664A“冲击刀盘及掘进头”提出在刀盘上安装破碎挖掘的冲击单元，该冲击单元可沿径向滑动，因此，在掘进过程中，可根据待冲击点的位置不同沿径向调整冲击单元对待冲击点针对性的破碎挖掘，提高挖掘效率。公开号为CN107514263A“冲击式TBM”提出在刀盘上沿径向间隔均布滚刀和液压冲击单元，利用液压冲击单元开环形槽，再利用滚刀破碎岩石，使岩石从之前的三向受压，变为单向受压，提高破岩效率和掘进效率。公开号为CN109441468A“一种盾构开挖面冲击松动与破碎装置及其工作方法”提出在盾构机土仓壁板上安装若干冲击破碎锤，刀盘上设置破碎锤钎杆伸出孔，利用破碎锤对开挖面的岩土进行冲击破碎，减少岩土结构对刀盘的磨损，提高掘进效率。

然而，在上述三项相关专利中，其冲击单元、液压冲击单元或是冲击破碎锤等主要用于实施针对性定点破碎的冲击装置均布置在远离刀盘中心的位置或者只是对远离刀盘中心位置的岩体进行破坏、削弱，无法有效对刀盘中心的岩体进行破坏，减少刀盘中心刀具的磨损，致使由此导致的掘进效率低下的问题仍无法彻底解决。

因此，如何提高刀盘总成的中心部位对应的岩体破碎效果，提高掘进效率和施工效果是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种刀盘总成，该刀盘总成对其中心部位对应的岩体的破碎效果较好，能够使掘进设备的整体掘进效率和施工效果得以相应提高。本发明的另一目的是提供一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种刀盘总成，包括刀盘，所述刀盘的前端面上沿其径向排布有若干与掌子面配合的滚刀，所述刀盘的前端面上还设置有与掌子面配合的冲击机构以及控制所述冲击机构的作业方向和作业位置的调整装置，所述冲击机构沿所述刀盘的前端面的径向位于最靠近所述刀盘的轴心的滚刀与所述刀盘的轴心之间。