一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置及结构制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，包括TBM和高压水射流切割装置，所述高压水射流切割装置包括高压水泵、高压水管、高压水射流混合装置、喷头和喷嘴，所述高压水泵向所述高压水射流混合装置提供高压水，所述高压水射流混合装置连接所述喷头，所述喷嘴设置在所述喷头上。本实用新型专利技术还提供一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除结构，本实用新型专利技术克服了TBM自身设备的技术缺陷，通过主动的手段解除掌子面前方的高应力风险，提高了TBM设备在高应力甚至岩爆条件下的适用性，确保设备和施工人员安全。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及深埋隧洞工程，尤其涉及隧洞掘进过程中掌子面的高应力风险解除装置及结构。
技术介绍
在深埋隧洞开挖以后，在掌子面前后一定范围的洞周区域将形成高应力集中区（超过30MPa），并可能导致岩爆等高应力破坏。在钻爆法施工条件下，工程中有条件对掌子面前方的高应力区进行人工干预，降低潜在高应力区的应力水平，并且能够对开挖面进行及时的封闭和加固处理，提高围岩的承载能力。而在TBM掘进条件下，由于设备结构方面的原因，现场无法对掌子面前方实施有效的应力解除措施，TBM掘进条件下一直局限于对高应力破坏发生后的事故处理，缺少有效的应对手段，当TBM遭遇高应力破坏时，其后果是灾难性的，可以导致TBM设备报废。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，能够解除深埋隧洞掘进过程中TBM面临的高应力风险。本技术解决技术问题所采用的技术方案是：一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，包括TBM，所述风险解除装置还包括高压水射流切割装置，所述高压水射流切割装置包括高压水泵、高压水管、高压水射流混合装置、喷头和喷嘴，所述高压水泵向所述高压水射流混合装置提供高压水，所述高压水射流混合装置连接所述喷头，所述喷嘴设置在所述喷头上。在采用上述技术方案的同时，本技术还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：所述喷头能够伸入掌子面上的钻孔内。所述喷嘴的喷射方向平行于掌子面。所述高压水射流切割装置还包括喷嘴导向装置和喷嘴固定装置，所述喷嘴导向装置和所述喷嘴固定装置设置在所述高压水射流混合装置与所述喷头之间。所述高压水射流混合装置用于混合高压水和研磨料。所述研磨料为密度大于水的石英砂或者金刚砂。所述高压水射流切割装置能够在掌子面上的钻孔内进行切割并在掌子面前方形成切割圈。本技术所要解决的另一个技术问题是提供一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除结构，能够解除深埋隧洞掘进过程中TBM面临的高应力风险。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除结构，包括沿掘进隧洞的掌子面周边均布的多个钻孔，所述多个钻孔的周壁向外设有多道垂直于周壁且沿钻孔深度方向均布的切割缝，处于相同深度方向的切割缝联结形成切割圈。在采用上述技术方案的同时，本技术还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：所述钻孔的深度为1倍孔径。所述切割缝之间的间距为30~50cm。本技术的有益效果是：本技术利用高压水射流切割TBM刀盘前方岩体，通过人为破坏岩体，形成多层切割圈，降低岩体的完整性和储能能力，保证TBM在高应力条件下的安全掘进。本技术克服了TBM自身设备的技术缺陷，通过主动的手段解除掌子面前方的高应力风险，提高了TBM设备在高应力甚至岩爆条件下的适用性，确保设备和施工人员安全。附图说明图1是本技术的高压水射流切割装置的结构示意图。图2是本技术的钻孔的分布示意图。图3是本技术的切割缝的分布示意图。图4是本技术的切割圈的示意图。具体实施方式实施例1，参照附图1-4。本技术的高应力风险解除装置包括TBM以及与TBM同步掘进的高压水射流切割装置，高压水的压力范围在5MPa~10MPa，所述高压水射流切割装置包括高压水泵1、高压水管2、高压水射流混合装置3、喷头4和喷嘴5，所述高压水泵1向所述高压水射流混合装置3提供高压水，所述高压水射流混合装置3连接所述喷头4，所述喷嘴5设置在所述喷头4上。喷头4和喷嘴5能够伸入掌子面上的钻孔6内，所述喷嘴5的喷射方向平行于掌子面，这样，喷嘴5能够在钻孔6内切割出与掌子面平行且位于掌子面前方的切割圈7。所述高压水射流切割装置还包括喷嘴导向装置8和喷嘴固定装置9，所述喷嘴导向装置8和所述喷嘴固定装置9设置在所述高压水射流混合装置3与所述喷头4之间。由于高速水流具有动能，一定质量的水流速度越大，动能就越大，加入研磨料后，水流的质量增大，高速水流的动能就越大，切割的能力也将大大提高，因此设计了高压水射流混合装置3用于高压水和研磨料的混合，并将混合水输送到喷嘴5，而研磨料为密度大于水的石英砂或者金刚砂，图中箭头表示高压水流向。本技术的具体实施过程是：（1）利用TBM最外圈刀盘的空隙，在掌子面前方岩体中钻孔，钻孔6深度大约为1倍洞径，见图2。（2）将高压水射流切割装置的喷嘴伸入到每个钻孔中，顺次从内到外切割岩体，切割缝10之间的距离为30~50cm，见图3。（3）每个钻孔中顺次进行高压水射流切割，最终各钻孔中的切割缝将完全联结，形成切割圈7，见图4，降低了掌子面前方岩体的完整性和集聚能量的能力，保证TBM在高应力条件下的掘进安全性。实施例2，参照附图2-4。通过实施例1的装置可以在掘进隧洞掌子面上形成如图2-4所示的结构，该结构包括沿掘进隧洞的掌子面周边均布的多个钻孔6，所述多个钻孔6的周壁向外设有多道垂直于周壁且沿钻孔深度方向均布的切割缝10，处于相同深度方向的切割缝10联结形成切割圈7。所述钻孔6的深度为1倍孔径。所述切割缝10之间的间距为30~50cm。该结构能够降低掌子面前方岩体的完整性和集聚能量的能力，保证TBM在高应力条件下的掘进安全性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，包括TBM，其特征在于：所述风险解除装置还包括高压水射流切割装置，所述高压水射流切割装置包括高压水泵、高压水管、高压水射流混合装置、喷头和喷嘴，所述高压水泵向所述高压水射流混合装置提供高压水，所述高压水射流混合装置连接所述喷头，所述喷嘴设置在所述喷头上。

【技术特征摘要】
1.一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，包括TBM，其特征在于：所述风险解除装置还包括高压水射流切割装置，所述高压水射流切割装置包括高压水泵、高压水管、高压水射流混合装置、喷头和喷嘴，所述高压水泵向所述高压水射流混合装置提供高压水，所述高压水射流混合装置连接所述喷头，所述喷嘴设置在所述喷头上。
2.如权利要求1所述的一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，其特征在于：所述喷头能够伸入掌子面上的钻孔内。
3.如权利要求1所述的一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，其特征在于：所述喷嘴的喷射方向平行于掌子面。
4.如权利要求1所述的一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，其特征在于：所述高压水射流切割装置还包括喷嘴导向装置和喷嘴固定装置，所述喷嘴导向装置和所述喷嘴固定装置设置在所述高压水射流混合装置与所述喷头之间。
5.如权利要求1所述的一种TBM掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，潘益斌，张洋，吴关叶，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33