[发明专利]一种用于隧道施工的破障装置及破障方法

说明书

本发明公开了一种用于隧道施工的破障装置及破障方法，通过传感器检测隧道掘进机是否正常工作；通过视觉系统获取障碍物的图像，当为钢筋混凝土结构时，启动水射流系统加固地基，关闭水射流系统并启动激光系统辐射钢筋混凝土结构至达到隧道掘进机切削要求，再关闭光系统并启动隧道掘进机；当为岩石时，启动激光系统高温弱化岩石，启动水射流系统破碎岩石达到隧道掘进机切削要求后关闭激光系统和水射流系统并启动隧道掘进机。根据障碍物的类型对激光、水射流和隧道掘进机进行选择，从而应对不同障碍物，实现了破障的快速施工。利用水射流系统和激光系统的高聚能和高密度能量等优点，辅助机械刀具联合破障，有效解决单一机械刀具破障能力不足的问题。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种用于隧道施工的破障装置及破障方法。

背景技术

目前我国以全断面隧道掘进机为代表的地下工程装备取得了突飞猛进的发展，技术日趋成熟，支撑了国家基础建设的需求。

但随着长度和直径越来越大的隧道和地下轨道交通的高密度开发，遭遇钢筋混凝土桩基和(极)硬岩等地下障碍物的占比越来越高。目前，一般钢筋混凝土抗压强度达40MPa，主筋螺纹钢直径有22mm且抗拉强度达400MPa，而(极)硬岩的单轴抗压强度≥200MPa。

现有的掘进方式中，全断面隧道掘进机穿越地下障碍物的方法主要有人工清障、爆破法清障和直接切削清障。现有实践证明，人工清障工期较长，施工人员危险性较高；爆破法清障工期长，施工组织复杂，危险性高，易对周边环境和构筑物产生影响；全断面隧道掘进机直接切削清障需要对刀盘及出渣装置进行设计，由于设计前是难以对地下障碍物全面探测到位的，因此所设计的刀盘是不完全具有适用性。

综上，采用常规单一的机械刀具面临着刀具磨损严重、维修量大以及破障能力不足等问题，导致施工成本增加，工期延误，难以满足隧道快速掘进施工需求。

因此，如何提供一种用于隧道施工的破障装置，以适应不同的障碍物，提高破障能力，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于隧道施工的破障装置，以适应不同的障碍物，提高破障能力。此外，本发明还提供了一种用于隧道施工的破障方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于隧道施工的破障装置，其包括：

用于断面掘进的隧道掘进机；

水射流系统，所述水射流系统用于加固地基以及用于切割障碍物；

激光系统，所述激光系统用于高温弱化障碍物；

用于检测所述隧道掘进机的掘进参数的传感器，若掘进参数在预设范围内则所述隧道掘进机工作；

用于检测掌子面以获取障碍物的类型的拍摄图像的视觉系统，若所述传感器检测到掘进参数超过预设范围，则所述视觉系统启动并获取障碍物类型，当所述障碍物为钢筋混凝土结构时，则启动所述水射流系统加固地基，再关闭所述水射流系统并启动所述激光系统辐射钢筋混凝土结构至钢筋混凝土结构达到所述隧道掘进机切削要求，再关闭所述激光系统并启动所述隧道掘进机；

若所述传感器检测到掘进参数超过预设范围，则所述视觉系统启动并获取障碍物类型，当所述障碍物为岩石时，则启动所述激光系统高温弱化岩石，然后启动水射流系统破碎岩石达到所述隧道掘进机切削要求后关闭所述激光系统和所述水射流系统并启动所述隧道掘进机。

优选的，上述的破障装置中，所述隧道掘进机包括：盾体和安装在所述盾体上用于掘进的刀盘，所述刀盘上设置有刀具；所述掘进参数为所述刀盘的扭矩。

优选的，上述的破障装置中，所述水射流系统包括射流喷嘴和用于对所述射流喷嘴提供高压液体的高压泵站，所述射流喷嘴角度可调的安装在所述刀盘上。