机械-水力联合破岩的TBM掘进装备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种机械‑水力联合破岩的TBM掘进装备。它包括刀盘，旋转驱动，推进油缸，水刀旋转调节部和水力截割滚刀刀具；所述水力截割滚刀刀具沿周向布置于所述刀盘上；所述水刀旋转调节部位于所述旋转驱动前部；所述外机架位于所述旋转驱动外侧；有外机架上撑靴位于所述外机架后方；有后支撑和水仓位于所述外机架上撑靴后方，所述后支撑位于所述外机架上撑靴与所述水仓之间；有水刀外接水管道设于所述水仓上，水仓和水力截割滚刀刀具通过水刀外接水管道和水刀旋转调节部连通。本实用新型专利技术具有贯入度合适，破岩效率较高，破岩能耗较少的优点。

TBM driving equipment of mechanical hydraulic combined rock breaking

【技术实现步骤摘要】
机械-水力联合破岩的TBM掘进装备
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。更具体地说它是机械-水力联合破岩的TBM掘进装备。
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，造成了能耗的增加和刀具磨碎；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，但是每次只能针对一种掌子面的岩石进行调整，由于底层地质复杂，各种岩性的岩石交错布置，使用传统机械进行破岩，效率低、破岩能耗大、易磨损滚刀；且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。现有TBM破岩方法中采用的常规滚刀结构，第一种破岩方式为：采用普通滚轮式滚刀破岩；第二种破岩方式为：在TBM刀盘空白位置上随机打孔案装水射流结构，使水射流结构与普通滚轮式滚刀间隔布置，采用水力和机械联合破岩；但是采用上述第一种破岩方式进行破岩，破坏岩石所需最大力较大，且易磨损滚刀，破岩效率较低；采用上述第二种破岩方式进行破岩，如申请号为：201310188881.X，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》；其在传统TBM刀盘主体结构形式基础上，在TBM刀盘的空白位置随机布置若干高压水喷嘴，具有提高TBM的破岩效率，降低刀盘温度，对环境防尘降温；但是，由于其需在TBM刀盘上专门开设安装高压水刀的开孔，结构复杂，随机对机械滚刀进行降温，并不具有针对性，由于其处于常开状态，易造成水资源浪费，破岩能耗较高，且达不到预计效果。如申请号为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，降低了破岩能耗；但是其对传统TBM刀盘的改动较大，成本较高，不利于实现及应用。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，现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掘进装备。
技术实现思路
本技术目的是为了提供一种机械-水力联合破岩的TBM掘进装备，结构简单，破岩效率较高，破岩能耗较少；机械磨损较低，有利于提高工程进度和降低工程成本。为了实现上述目的，本技术的技术方案为：机械-水力联合破岩的TBM掘进装备，其特征在于：包括刀盘，旋转驱动，推进油缸，水刀旋转调节部和水力截割滚刀刀具；所述水力截割滚刀刀具沿周向布置于所述刀盘上；所述旋转驱动位于所述刀盘后端；所述推进油缸位于外机架外侧、且位于所述外机架后端；所述水刀旋转调节部位于所述旋转驱动前部；所述外机架位于所述旋转驱动外侧；有外机架上撑靴位于所述外机架后方，所述推进油缸分别固定于所述外机架和所述外机架上撑靴上；有后支撑和水仓位于所述外机架上撑靴后方，所述后支撑位于所述外机架上撑靴与所述水仓之间；有水刀外接水管道设于所述水仓上，所述水仓和水力截割滚刀刀具通过所述水刀外接水管道和所述水刀旋转调节部连通。在上述技术方案中，所述旋转驱动内装有电机、扭矩转速传感器和减速器，所述扭矩转速传感器两端分别连接电机和减速器；有传动输送机位于所述外机架内侧；有铲斗位于所述传动输送机前端；有护盾和油压缸设于所述外机架外侧，所述油压缸两端分别连接所述外机架外壁和所述护盾内壁。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位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；所述水刀外接水管道与所述高压水管道对接口对接连接。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通；所述高压水管道对接口前端与所述水力截割滚刀刀具连通。在上述技术方案中，所述水刀外接水管道为可伸缩水管；所述水力截割滚刀刀具有多个；多个所述水力截割滚刀刀具呈间隔设置。在上述技术方案中，所述水力截割滚刀刀具包括刀具主体，刀具中轴，刀具加强部位，高压水注水孔，中部连接装置和高压水射流通道；所述刀具中轴横向贯穿所述刀具主体侧面、且位于所述刀具主体的中心线上；所述刀具加强部位分别位于所述刀具主体两侧面上；所述高压水注水孔位于所述刀具中轴内、且横向贯穿所述刀具主体；所述中部连接装置位于所述高压水注水孔中部、且位于所述刀具主体中心；所述高压水射流通道布置于所述刀具主体内、且与所述中部连接装置相连通。在上述技术方案中，所述高压水射流通道有多个；所述高压水射流通道以所述中部连接装置为中心呈辐射状布置；所述高压水射流通道上设有喷嘴；所述喷嘴与所述高压水射流通道连通、且设于所述刀具主体外周上。在上述技术方案中，所述高压水射流通道上设有水流控制阀；所述水流控制阀位于所述中部连接装置与所述喷嘴之间；有刀具转向传感器设于所述刀具主体侧面上；有传感线路通道位于所述刀具主体和所述刀具加强部位内、且位于所述水流控制阀与所述刀具转向传感器之间；所述传感线路通道呈中空结构；有传感线路设于所述传感线路通道内；所述水流控制阀与所述刀具转向传感器通过所述传感线路连接；所述刀具主体呈滚轮形。在上述技术方案中，所述高压水射流通道布置于所述刀具主体纵向中心面上；所述高压水射流通道有六条。本技术具有如下优点：(1)与现有技术机械滚刀在同等贯入度条件下相比，本技术能提高破岩效率，减少破岩能耗；降低机械磨损，对提高工程进度和降低工程成本具有较大的意义；在机械磨损上，与传统机械滚刀相比，本技术破岩过程始终有水流降温，且经过水力切割之后的岩石已经获得初步破损，岩石最终磨损所需要的机械力同等降低，所以对减小机械刀具磨损有益；与简单叠加方式相比，本技术水力截割滚刀的水雾覆盖机械刀具部分更加均匀，且有水流在刀具内部流动，降温效果更好；(2)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，水射流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；(3)本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机械-水力联合破岩的TBM掘进装备，其特征在于：包括刀盘(1)，旋转驱动(2)，推进油缸(3)，水刀旋转调节部(4)和水力截割滚刀刀具(5)；/n所述水力截割滚刀刀具(5)沿周向布置于所述刀盘(1)上；/n所述旋转驱动(2)位于所述刀盘(1)后端；/n所述推进油缸(3)位于外机架(6)外侧、且位于所述外机架(6)后端；/n所述水刀旋转调节部(4)位于所述旋转驱动(2)前部；/n所述外机架(6)位于所述旋转驱动(2)外侧；/n有外机架上撑靴(7)位于所述外机架(6)后方，所述推进油缸(3)分别固定于所述外机架(6)和所述外机架上撑靴(7)上；/n有后支撑(8)和水仓(9)位于所述外机架上撑靴(7)后方，所述后支撑(8)位于所述外机架上撑靴(7)与所述水仓(9)之间；/n有水刀外接水管道(10)设于所述水仓(9)上，所述水仓(9)和水力截割滚刀刀具(5)通过所述水刀外接水管道(10)和所述水刀旋转调节部(4)连通。/n

【技术特征摘要】
1.机械-水力联合破岩的TBM掘进装备，其特征在于：包括刀盘(1)，旋转驱动(2)，推进油缸(3)，水刀旋转调节部(4)和水力截割滚刀刀具(5)；
所述水力截割滚刀刀具(5)沿周向布置于所述刀盘(1)上；
所述旋转驱动(2)位于所述刀盘(1)后端；
所述推进油缸(3)位于外机架(6)外侧、且位于所述外机架(6)后端；
所述水刀旋转调节部(4)位于所述旋转驱动(2)前部；
所述外机架(6)位于所述旋转驱动(2)外侧；
有外机架上撑靴(7)位于所述外机架(6)后方，所述推进油缸(3)分别固定于所述外机架(6)和所述外机架上撑靴(7)上；
有后支撑(8)和水仓(9)位于所述外机架上撑靴(7)后方，所述后支撑(8)位于所述外机架上撑靴(7)与所述水仓(9)之间；
有水刀外接水管道(10)设于所述水仓(9)上，所述水仓(9)和水力截割滚刀刀具(5)通过所述水刀外接水管道(10)和所述水刀旋转调节部(4)连通。


2.根据权利要求1所述的机械-水力联合破岩的TBM掘进装备，其特征在于：所述旋转驱动(2)内装有电机、扭矩转速传感器和减速器，所述扭矩转速传感器两端分别连接电机和减速器；
有传动输送机(11)位于所述外机架(6)内侧；有铲斗(12)位于所述传动输送机(11)前端；
有护盾(13)和油压缸(14)设于所述外机架(6)外侧，所述油压缸(14)两端分别连接所述外机架(6)外壁和所述护盾(13)内壁。


3.根据权利要求1或2所述的机械-水力联合破岩的TBM掘进装备，其特征在于：所述水刀旋转调节部(4)包括高压水管道对接口(4.1)和水刀旋转调节部圆盘(4.2)；
所述高压水管道对接口(4.1)位于所述水刀旋转调节部圆盘(4.2)上；所述水刀旋转调节部圆盘(4.2)外周固定于所述旋转驱动(2)内壁；
所述水刀外接水管道(10)与所述高压水管道对接口(4.1)对接连接。


4.根据权利要求3所述的机械-水力联合破岩的TBM掘进装备，其特征在于：所述高压水管道对接口(4.1)包括高压水管道对接口前端(4.11)和高压水管道对接口后端(4.12)；
所述高压水管道对接口后端(4.12)与所述水刀外接水管道(10)连通；
所述高压水管道对接口前端(4.11)与所述水力截割滚刀刀具(5)连通。


5.根据权利要求4所述的机械-水力联合破岩的TBM掘进装备，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，徐福通，卢景景，张传庆，邱浩权，史林肯，
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