刀盘总成、隧道掘进设备及隧道掘进施工方法技术

本发明专利技术公开了一种刀盘总成，包括可定轴转动的刀盘，所述刀盘的前端面上沿其径向往复移动地设置有与掌子面配合的若干高压射流喷头组件以及若干冲击装置，各所述高压射流喷头组件沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，各所述冲击装置沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，且所述高压射流喷头组件及所述冲击装置均与所述刀盘联动。该刀盘总成对硬度较高的岩体的掘进作业效率较高，能够使掘进设备的整体掘进效率和施工效果得以相应提高。本发明专利技术还公开了一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。

【技术实现步骤摘要】
刀盘总成、隧道掘进设备及隧道掘进施工方法


[0001]本专利技术涉及隧道掘进配套设备
，特别涉及一种刀盘总成。本专利技术还涉及一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。

技术介绍

[0002]在隧道施工领域，盾构机(也即盾构式隧道掘进机)进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。但是针对硬岩和超硬岩的开挖施工，TBM(Tunnel Boring Machine的首字母缩写，即，隧道掘进机)掘进速度依然十分缓慢，特别是一些质地坚硬的岩石破碎难度极大，刀具损坏严重，导致施工成本和能源消耗巨大。
[0003]盾构机或TBM通过常规的滚刀掘进破岩时，通过克服岩石的抗压强度极限来实现破岩，这不仅加重了刀具磨损，降低了刀具使用寿命，同时，掘进效率也变得缓慢。在实际掘进过程中，由于现有TBM属于滚压破碎岩石，岩石属于一面临空，三面受压的状态，需要刀具对三向受压状态的岩石进行强行破碎，因此，在不良地质施工中，尤其是复杂硬岩、超硬岩地层隧道开挖中，刀盘刀具磨损加剧，严重时需要一天一换，成本及能耗消耗巨大，且现有技术中，刀具磨损后需要人工进入掌子面进行吊装更换，严重影响隧道施工效率和增大作业人员的工作强度，不利于隧道施工的安全性。更严重的是在超硬岩情况下，常规的滚刀压裂破岩的作业效率极低，导致常规TBM遇到极硬岩后施工进展缓慢。
[0004]因此，如何提高隧道掘进设备的掘进效率和施工效果，尤其是提高其刀盘总成对硬度较高的岩体的掘进作业效率是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种刀盘总成，该刀盘总成对硬度较高的岩体的掘进作业效率较高，能够使掘进设备的整体掘进效率和施工效果得以相应提高。本专利技术的另一目的是提供一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种刀盘总成，包括可定轴转动的刀盘，所述刀盘的前端面上沿其径向往复移动地设置有与掌子面配合的若干高压射流喷头组件以及若干冲击装置，各所述高压射流喷头组件沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，各所述冲击装置沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，且所述高压射流喷头组件及所述冲击装置均与所述刀盘联动。
[0007]优选地，所述刀盘上设置有若干滚刀，各所述滚刀沿所述刀盘的径向和周向均匀布置并与所述刀盘联动。
[0008]优选地，各所述高压射流喷头组件与各所述冲击装置沿所述刀盘的前端面的径向交替间隔设置。
[0009]优选地，所述刀盘的前端面上设置有若干沿其径向延伸的辐条，各所述辐条沿所述刀盘的前端面的周向均匀布置，所述辐条上移动设置有定位组件，任一所述定位组件上设置有至少一个所述高压射流喷头组件和/或至少一个所述冲击装置。
[0010]优选地，所述刀盘上设置有能够控制所述高压射流喷头组件和所述冲击装置沿所述刀盘的轴向的作业长度的伸缩装置。
[0011]优选地，所述刀盘上设置有能够控制所述高压射流喷头组件的作业角度的转向装置。
[0012]优选地，所述高压射流喷头组件为纯水喷头组件、后混式磨料喷头组件或前混式磨料喷头组件中的任一种。
[0013]优选地，所述冲击装置为潜孔锤或凿岩机中的任一种。
[0014]本专利技术还提供一种隧道掘进设备，包括机架和位于机架前端的掘进头，所述掘进头的前端部设置有刀盘总成，该刀盘总成为如上文任一项所述的刀盘总成。
[0015]本专利技术还提供一种隧道掘进施工方法，采用了如上文所述的隧道掘进设备，包括步骤：
[0016]初始定位，将掘进头布置于目标工位，使刀盘总成处于待作业掌子面对应位置处，之后调整高压射流喷头组件和冲击装置沿刀盘总成的前端面的径向的位置，直至各高压射流喷头组件和冲击装置的位置调整到位；
[0017]射流作业，启动刀盘及高压射流喷头组件，使高压射流喷头组件在随刀盘同步转动的同时持续输出高压射流，以对目标掌子面实施射流冲击，直至在掌子面对应位置处形成同心布置的环形沟槽；
[0018]冲击作业，启动冲击装置并保持刀盘的定轴转动，使冲击装置在随刀盘同步转动的同时持续对位于相邻两环形沟槽间的作业面实施冲击破碎，以使位于相邻两环形沟槽间的掌子面岩体形成大块状岩样崩裂；
[0019]位置调整，对完成单次射流作业的高压射流喷头组件及完成单次冲击作业的冲击装置沿刀盘的前端面的径向位置进行重新调整，直至各高压射流喷头组件和冲击装置的位置与掌子面上的下一作业位置相对应；
[0020]重复冲击，依次循环重复射流作业步骤、冲击作业步骤和位置调整步骤，并保证每次新形成的环形沟槽及两环形沟槽间的作业面与上一次形成的环形沟槽及两环形沟槽间的作业面位置不同，直至当前作业位置的掌子面处的岩体被冲击破碎完毕，并崩裂掏除后形成新的掘进空间；
[0021]整体掘进，刀盘随掘进头一同掘进，以占据前述步骤实施后形成的新的掘进空间；
[0022]循环作业，依次重复初始定位、射流作业、冲击作业、位置调整、重复冲击及整体掘进各步骤，直至隧道整体掘进作业完工。
[0023]相对上述
技术介绍
，本专利技术所提供的刀盘总成，其工作运行过程中，使刀盘总成随掘进设备整体移动至待作业的掌子面对应位置处后，沿刀盘总成的前端面的径向调整高压射流喷头组件和冲击装置的工作位置，直至各高压射流喷头组件和冲击装置的位置与掌子面的待作业目标位置对应，之后启动刀盘转动，以带动高压射流喷头组件及冲击装置同步联动，同时使高压射流喷头组件在随刀盘同步转动的同时持续输出高压射流，以对目标掌子面实施射流冲击，直至在掌子面对应位置处形成环形沟槽，然后启动冲击装置，使冲击装
置在随刀盘同步转动的同时持续对位于相邻两环形沟槽间的作业面实施冲击破碎，以使位于相邻两环形沟槽间的掌子面岩体形成大块状岩样崩裂，之后对高压射流喷头组件和冲击装置进行位置调整和重新定位，以使其与掌子面上的下一作业位置相对应，之后重复上述高压射流喷头组件和冲击装置的交替作业，直至当前工位对应掌子面上的岩体均被破碎并崩裂掏除，以形成新的掘进空间，然后可通过掘进设备带动掘进头整体掘进，以占据该新形成的掘进空间以到达下一掘进作业面处，之后可重复上述作业过程，直至当前隧道整体掘进工程作业完工。所述刀盘总成作业过程中先通过高压射流喷头组件使掌子面上形成同心布置的环形沟槽，之后通过冲击装置将位于相邻两环形沟槽间的岩体冲击破碎以使岩体形成大块状岩样崩裂，由此将硬度较高的岩体高效破碎，以大幅提高掘进设备的整体掘进效率和施工效果。
[0024]在本专利技术所提供的隧道掘进施工方法中，通过依次进行的初始定位、射流作业、冲击作业、位置调整、重复冲击、整体掘进以及循环作业等操作步骤，先通过高压射流喷头组件使掌子面上形成同心布置的环形沟槽，之后通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刀盘总成，其特征在于，包括可定轴转动的刀盘，所述刀盘的前端面上沿其径向往复移动地设置有与掌子面配合的若干高压射流喷头组件以及若干冲击装置，各所述高压射流喷头组件沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，各所述冲击装置沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，且所述高压射流喷头组件及所述冲击装置均与所述刀盘联动。2.如权利要求1所述的刀盘总成，其特征在于，所述刀盘上设置有若干滚刀，各所述滚刀沿所述刀盘的前端面的径向和周向均匀布置并与所述刀盘联动。3.如权利要求1所述的刀盘总成，其特征在于，各所述高压射流喷头组件与各所述冲击装置沿所述刀盘的前端面的径向交替间隔设置。4.如权利要求1所述的刀盘总成，其特征在于，所述刀盘的前端面上设置有若干沿其径向延伸的辐条，各所述辐条沿所述刀盘的前端面的周向均匀布置，所述辐条上移动设置有定位组件，任一所述定位组件上设置有至少一个所述高压射流喷头组件和/或至少一个所述冲击装置。5.如权利要求1所述的刀盘总成，其特征在于，所述刀盘上设置有能够控制所述高压射流喷头组件和所述冲击装置沿所述刀盘的轴向的作业长度的伸缩装置。6.如权利要求5所述的刀盘总成，其特征在于，所述刀盘上设置有能够控制所述高压射流喷头组件的作业角度的转向装置。7.如权利要求1所述的刀盘总成，其特征在于，所述高压射流喷头组件为纯水喷头组件、后混式磨料喷头组件或前混式磨料喷头组件中的任一种。8.如权利要求1所述的刀盘总成，其特征在于，所述冲击装置为潜孔锤或凿岩机中的任一种。9.一种隧道掘进设备，包括机架和位于机架前端的掘进头，所述掘进头的前端部设...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，廖金军，陈望，易达云，蒋海华，祝爽，范远哲，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：