本实用新型专利技术公开了一种水力‑机械联合破岩TBM刀盘及其TBM装置。它包括刀盘主体，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。本实用新型专利技术具有结构简单，破岩效率较高，破岩效果较好，磨损率较小的优点。
TBM cutter head and TBM device for rock breaking
【技术实现步骤摘要】
水力-机械联合破岩TBM刀盘及其TBM装置
本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-机械联合破岩TBM刀盘。本技术还涉及采用水力-机械联合破岩TBM刀盘的水力-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》，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》，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掘进其装备。
技术实现思路
本技术的第一目的是为了提供一种水力-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。本技术的第二目的是为了提供一种采用所述的水力-机械联合破岩TBM刀盘的水力-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。为了实现上述本技术的第一目的，本技术的技术方案为：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。为了实现上述本技术的第二目的，本技术的技术方案为：采用所述的水力-机械联合破岩TBM刀盘的水力-机械联合破岩TBM装置，其特征在于：包括联合破岩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；所述高压水管道对接口前端与高压水管道连接。在上述技术方案中，所述外机架外周设有护盾；所述外机架与所述护盾之间设有油压缸；所述油压缸有多个；所述水刀外接水管道为可伸缩水管。本技术具有如下优点：(1)本技术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；本技术高压水射流喷嘴可以通过控制调节喷嘴喷射方向，可以对掌子面产生良好的破岩效果；(2)采用本技术能够较好的完成更大程度的破岩；本技术贯入度合适，能够提高破岩效率，减少破岩能耗；克服了现有技术在采用两种相同贯入度的情况下，传统机械破岩方式仅仅能够切削出三角形岩石渣片，且易造成贯入度过小或过大的缺点；(3)本技术在破岩顺序上是先切槽后切削，在时间上，两者却是同时工作的，水射产生的水雾能够降低机械刀盘部分的温度，对减少机械磨损同样具有积极意义；(4)本技术将机械滚刀结构和高压水射流结构集成布置，优化了刀盘布置方式，形成一种新的刀具；(5)本技术高压水射流喷嘴的位置位于沿刀盘回转中心径向方向、且位于两相邻机械滚刀结构之间，这样的刀盘布置形式，在刀盘径向方向，高压水射流喷嘴结构和机械滚刀结构交替布置；在岩石切割工作时，沿径向方向相邻两道高压水射流喷嘴之间设有机械滚刀结构，相邻两道高压水射流喷嘴先切割两道水力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.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)；/n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；/n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；/n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。/n
【技术特征摘要】
1.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。
2.根据权利要求1所述的水力-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。
3.根据权利要求2所述的水力-机械联合破岩TBM刀盘，其特征在于：所述高压水管道(3.2)依次穿过所述外部球型支撑机构(3.3)和所述内部球型旋转机构(3.4)、且伸出所述外部球型支撑机构(3.3)；所述高压水管道(3.2)安装于所述内部球型旋转机构(3.4)上；
所述喷嘴(3.1)安装于所述高压水管道(3.2)端部、且位于所述外部球型支撑机构(3.3)外侧。
4.采用根据权利要求1-3中任一权利要求所述的水力-机械联合破岩TBM刀盘的水力-机械联合破岩TBM装置，其特征在于：包括联合破岩TBM刀盘(4)，旋转驱动(5)，液压进给系统(6)，水刀旋转调节部(7)，外机架(8)和后支撑(9)；所述外机架(8)设于所述旋转驱动(5)外周；所述旋转驱动(5)位于所述联合破岩TBM刀盘(4)后侧；
所述液压进给系统(6)位于所述外机架(8)后方；所述后...
【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，杨福见，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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