水力-机械TBM刀盘联合破岩方法及其刀盘及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水力‑机械TBM刀盘联合破岩方法。它包括安装联合破岩TBM刀盘，将联合破岩TBM刀盘对准待开挖洞室位置；固定TBM外机架，启动联合破岩TBM，使TBM向前掘进一个行程；重复上述步骤，开始下一个行程作业；直至掘进到指定距离，即完成洞室开挖。本发明专利技术具有贯入度合适、破岩效率较高的优点。本发明专利技术还公开了所述的水力‑机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力‑机械联合破岩TBM刀盘。本发明专利技术还公开了所述的水力‑机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力‑机械联合破岩TBM装置。

Hydraulic-mechanical TBM cutter head combined rock breaking method and cutter head and its device

【技术实现步骤摘要】
水力-机械TBM刀盘联合破岩方法及其刀盘及其装置
本专利技术涉及隧道及地下工程领域，特别涉及复杂地质条件TBM隧道施工领域，更具体地说它是水力-机械TBM刀盘联合破岩方法。本专利技术还涉及所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力-机械联合破岩TBM刀盘。本专利技术还涉及所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力-机械联合破岩TBM装置。
技术介绍
传统TBM采用机械滚刀破岩，TBM滚刀在破岩时往往具有三种状态，即贯入度过小、贯入度合适和贯入度过大。在一定的滚刀间距条件下，贯入度过小时，刀盘下方产生的裂纹会向破岩自由面(掌子面)上拓展并形成三角形的岩石渣片，亦或者两相邻滚刀所产生的水平向裂纹无法交汇，滚刀之间的岩脊无法被切削破坏，需要多次重复破岩才能达到良好的破岩效果，但此方法会造成破岩能耗增加，影响破岩效率；在一定的滚刀间距条件下，贯入度过大时，相邻滚刀间的岩石被切削成细小的岩石渣片、颗粒甚至粉末，岩石被过度破碎，造成能耗的增加和刀具磨损；合适的贯入度应该在一定滚刀间距条件下，以最小的能耗和机构磨损，形成最大的破岩范围。传统机械常截面盘形滚刀破岩贯入度由TBM参数确定，针对不同的掌子面岩性种类会做出调整；然而，由于施工过程中很难找到合适的TBM贯入度，所以容易造成TBM切削能量的损耗和刀盘的磨损。中国专利号：CN103244119A，专利名称为《高压水射流在掘进机刀盘中的布置方法与结构》，专利技术人张春光、魏静等公开了一种在传统TBM刀盘主体结构形式基础上布置若干高压水喷嘴的掘进机刀盘布置方法，其结构体现在刀盘布置上，用以提高TBM的破岩效率；它通过添加一种新的模块(高压喷嘴)重新布置刀盘实现提高TBM的破岩效率的目的；其将高压水射流喷嘴的安装位置设于机械滚刀的前方，采用先水力截割后机械滚压的方式；喷嘴位置安装在滚刀的前方，实际工作相当于先切一道水力切槽，机械滚刀在其后压过去，这种破岩方式需较大的压力。中国专利号：CN105736006A，专利名称为《高压水射流全断面岩石掘进机刀盘设计方法》，专利技术人霍军周、朱冬等公开了一种改变了传统圆形刀盘的形状，采用两个十字形辐条布局，通过四辐条上水射流的冲击以及刀具的旋转挤压来进行岩石破碎的岩石掘进机刀盘，体现在刀盘布置上，降低了破岩能耗；但其对刀盘的整体结构形式改变较大，工业上的可实现程度不高。随着社会的日益发展，隧道及地下工程对TBM的使用需求越来越高；因此，先亟需开发一种破岩效率较高，破岩能耗较少，机械磨损较低的破岩TBM掘进方法及其装备。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是为了提供一种水力-机械TBM刀盘联合破岩方法，破岩效率较高，破岩效果较好，磨损率较小，有利于提高工程进度和降低工程成本。本专利技术的第二目的是为了提供一种所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力-机械联合破岩TBM刀盘，高压水射流喷嘴工作时水射流可以依照程序设置，预先或同步机械滚刀工作，起到联合破岩的目的，结构简单，破岩效率较高，破岩效果较好，磨损率较小。本专利技术的第三目的是为了提供一种所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力-机械联合破岩TBM装置，结构简单，破岩效率较高，破岩能耗较少，能够较好的完成更大程度的破岩。为了实现上述本专利技术的第一目的，本专利技术的技术方案为：水力-机械TBM刀盘联合破岩方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：安装联合破岩TBM刀盘，将联合破岩TBM刀盘对准待开挖洞室位置；步骤二：固定TBM外机架，启动联合破岩TBM，使TBM向前掘进一个行程；具体过程为：外机架上撑靴撑紧围岩洞壁，固定整个TBM的机架；TBM上安装的高压水射流喷头结构和刀盘主体由旋转驱动驱动旋转，推进油缸向刀盘主体施加推力，TBM被推出，向前掘进；水刀外接水管道通过水仓供水给高压水射流喷头结构；机械滚刀结构破岩时，高压水射流喷头结构随刀盘主体转动方向转动，高压水射流至相邻二个机械滚刀结构之间的岩体，构成水力切槽；机械滚刀结构在水力切槽两侧的掌子面岩石上方进行滚压；崩落的岩渣由铲斗铲入带式输送机，通过带式输送机运至机后卸载；推进油缸伸长一个行程，刀盘主体及与刀盘主体连接的构件相应向前移动一个行程；步骤三：重复步骤二，开始下一个行程作业，直至掘进到指定距离；即完成洞室开挖。在上述技术方案中，在步骤二中，机械滚刀结构自身旋转的同时随刀盘主体旋转；有水刀旋转调节部位于旋转驱动的前部、且与旋转驱动共轴；所述水仓位于TBM后端已铺设轨道上；所述水刀外接水管道设于所述水仓上，所述水仓通过所述水刀旋转调节部和所述水刀外接水管道与所述高压水射流喷头结构连通；水刀外接水管道与所述水刀旋转调节部对接。为了实现上述本专利技术的第二目的，本专利技术的技术方案为：所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力-机械联合破岩TBM刀盘，其特征在于：包括刀盘主体，机械滚刀结构和高压水射流喷头结构；所述机械滚刀结构布置在所述刀盘主体上；所述机械滚刀结构呈间隔设置；所述高压水射流喷头结构安装于所述刀盘主体上、且位于间隔设置的二个所述机械滚刀结构之间；设于所述刀盘主体上的所述高压水射流喷头结构和所述机械滚刀结构均呈周向布置。在上述技术方案中，高压水射流喷头结构位于间隔设置的二个所述机械滚刀结构的中心点上；所述高压水射流喷头结构包括喷嘴、高压水管道、外部球型支撑机构、内部球型旋转机构和管道转向控制器；所述外部球型支撑机构安装固定在所述刀盘主体上；所述内部球型旋转机构位于所述外部球型支撑机构内；所述管道转向控制器布置在所述内部球型旋转机构与所述外部球型支撑机构之间；所述高压水管道依次穿过所述外部球型支撑机构和所述内部球型旋转机构、且伸出所述外部球型支撑机构；所述高压水管道安装于所述内部球型旋转机构上；所述喷嘴安装于所述高压水管道端部、且位于所述外部球型支撑机构外侧。为了实现上述本专利技术的第三目的，本专利技术的技术方案为：所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力-机械联合破岩TBM装置，其特征在于：包括所述的联合破岩TBM刀盘，旋转驱动，液压进给系统，水刀旋转调节部，外机架和后支撑；所述外机架设于所述旋转驱动外周；所述旋转驱动位于所述联合破岩TBM刀盘后侧；所述液压进给系统位于所述外机架后方；所述后支撑位于所述液压进给系统后方。在上述技术方案中，有外机架上撑靴位于所述推进油缸后端、且位于所述后支撑前方；有带式输送机位于所述外机架内侧；有铲斗位于所述带式输送机前端；所述水仓位于所述后支撑后方。在上述技术方案中，所述旋转驱动内装有电机、扭矩转速传感器、减速器；所述扭矩转速传感器两端分别连接电机和减速器；所述液压进给系统包括推进油缸、推力杆，所述推进油缸与推力杆铰接连接；所述推力杆固定于所述外机架后端；所述推进油缸有多个。在上述技术方案中，所述水刀旋转调节部包括高压水管道对接口和水刀旋转调节部圆盘；所述高压水管道对接口设于所述水刀旋转调节部圆盘上；所述水刀旋转调节部圆盘外周固定于所述旋转驱动内壁上；所述水刀外接水管道与所述高压水管道相对应、且通过所述高压水管道对接口与所述高压水管道对接。在上述技术方案中，所述高压水管道对接口包括高压水管道对接口前端和高压水管道对接口后端；所述高压水管道对接口后端与所述水刀外接水管道连接；所述高压水管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水力‑机械TBM刀盘联合破岩方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：安装联合破岩TBM刀盘(4)，将联合破岩TBM刀盘(4)对准待开挖洞室位置；步骤二：固定TBM外机架，启动联合破岩TBM，使TBM向前掘进一个行程；具体过程为：外机架上撑靴(14)撑紧围岩洞壁，固定整个TBM的机架；TBM上安装的高压水射流喷头结构(3)和刀盘主体(1)由旋转驱动(5)驱动旋转，推进油缸(6.1)向刀盘主体(1)施加推力，TBM被推出，向前掘进；水刀外接水管道(13)通过水仓(12)供水给高压水射流喷头结构(3)；机械滚刀结构(2)破岩时，高压水射流喷头结构(3)随刀盘主体(1)转动方向转动，高压水射流至相邻二个机械滚刀结构(2)之间的岩体，构成水力切槽(17)；机械滚刀结构(2)在水力切槽(17)两侧的掌子面岩石上方进行滚压；崩落的岩渣由铲斗(11)铲入带式输送机(10)，通过带式输送机(10)运至机后卸载；推进油缸(6.1)伸长一个行程，刀盘主体(1)及与刀盘主体(1)连接的构件相应向前移动一个行程；步骤三：重复步骤二，开始下一个行程作业，直至掘进到指定距离；即完成洞室开挖。

【技术特征摘要】
1.水力-机械TBM刀盘联合破岩方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：安装联合破岩TBM刀盘(4)，将联合破岩TBM刀盘(4)对准待开挖洞室位置；步骤二：固定TBM外机架，启动联合破岩TBM，使TBM向前掘进一个行程；具体过程为：外机架上撑靴(14)撑紧围岩洞壁，固定整个TBM的机架；TBM上安装的高压水射流喷头结构(3)和刀盘主体(1)由旋转驱动(5)驱动旋转，推进油缸(6.1)向刀盘主体(1)施加推力，TBM被推出，向前掘进；水刀外接水管道(13)通过水仓(12)供水给高压水射流喷头结构(3)；机械滚刀结构(2)破岩时，高压水射流喷头结构(3)随刀盘主体(1)转动方向转动，高压水射流至相邻二个机械滚刀结构(2)之间的岩体，构成水力切槽(17)；机械滚刀结构(2)在水力切槽(17)两侧的掌子面岩石上方进行滚压；崩落的岩渣由铲斗(11)铲入带式输送机(10)，通过带式输送机(10)运至机后卸载；推进油缸(6.1)伸长一个行程，刀盘主体(1)及与刀盘主体(1)连接的构件相应向前移动一个行程；步骤三：重复步骤二，开始下一个行程作业，直至掘进到指定距离；即完成洞室开挖。2.根据权利要求1所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法，其特征在于：在步骤二中，机械滚刀结构(2)自身旋转的同时随刀盘主体(1)旋转；有水刀旋转调节部(7)位于旋转驱动(5)的前部、且与旋转驱动共轴；所述水仓(12)位于TBM后端已铺设轨道上；所述水刀外接水管道(13)设于所述水仓(12)上，所述水仓(12)通过所述水刀旋转调节部(7)和所述水刀外接水管道(13)与所述高压水射流喷头结构(3)连通；水刀外接水管道(13)与所述水刀旋转调节部(7)对接。3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力-机械联合破岩TBM刀盘，其特征在于：包括刀盘主体(1)，机械滚刀结构(2)和高压水射流喷头结构(3)；所述机械滚刀结构(2)布置在所述刀盘主体(1)上；所述机械滚刀结构(2)呈间隔设置；所述高压水射流喷头结构(3)安装于所述刀盘主体(1)上、且位于间隔设置的二个所述机械滚刀结构(2)之间；设于所述刀盘主体(1)上的所述高压水射流喷头结构(3)和所述机械滚刀结构(2)均呈周向布置。4.根据权利要求3所述的水力-机械TBM刀盘联合破岩方法采用的水力-机械联合破岩TBM刀盘，其特征在于：高压水射流喷头结构(3)位于间隔设置的二个所述机械滚刀结构(2)的中心点上；所述高压水射流喷头结构(3)包括喷嘴(3.1)、高压水管道(3.2)、外部球型支撑机构(3.3)、内部球型旋转机构(3.4)和管道转向控制器(3.5)；所述外部球型支撑机构(3.3)安装固定在所述刀盘主体(1)上；所述内部球型旋转机构(3.4)位于所述外部球型支撑机构(3.3)内；所述管道转向控制器(3.5)布置在所述内部球型旋转机构(3.4)与所述外部球型支撑机构(3.3)之间；所述高压水管道(3.2)依次穿过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢景景，徐福通，周辉，张传庆，邱浩权，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42