本发明专利技术提供了一种水导激光辅助机械刀具掘进装置、方法及掘进机，所述掘进装置至少包括：盾构刀盘、水导激光传输装置、激光器、水泵和气泵；盾构刀盘上设有水导激光喷头和机械刀具，水导激光喷头内嵌于盾构刀盘，且与机械刀具配合分布；激光器的出光口、水泵的出水口和气泵的出气口分别通过水导激光传输装置与水导激光喷头连接或连通；本发明专利技术解决了激光盾构搭载中激光头防护、高功率激光连续传输、激光器减振的工程难题，在盾构机遭遇坚硬地层、孤石、钢筋混凝土桩基等复杂条件下，提升了掘进效率，保障了施工安全。保障了施工安全。保障了施工安全。
【技术实现步骤摘要】
一种水导激光辅助机械刀具掘进装置、方法及掘进机
[0001]本专利技术涉及地下工程掘进
，特别涉及一种水导激光辅助机械刀具掘进装置、方法及掘进机。
技术介绍
[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]随着城市地下空间建设的不断发展，盾构技术作为地下隧洞施工的主力技术，具有自动化程度高、施工速度快、施工质量好、安全性高等优点被广泛应用于城市地铁隧洞、公路铁路隧洞等施工领域。在盾构机面临强度高达100MPa以上的高强度结构，例如孤石、钢筋混凝土桩基等，常常出现盾构掘进效率低、刀具磨损大、地层扰动大、出渣困难等问题，从而影响施工进度和成本。
[0004]激光切割不受材料硬度、刚性、强度等机械性能限制，具有切割速度快，效率高，经济效益好的特征。激光在切割岩石时，激光照射产生的高温可以迅速灼烧岩石表面，使其晶相发生改变，弱化岩石强度，以熔融、崩解等方式破岩；激光在切割高强、高硬金属方面同样优势明显，并已经具有丰富的实践基础。若将激光切割技术引入盾构机领域，对于盾构掘进及破障效率的提升具有巨大潜力。
[0005]尽管激光切割技术目前比较成熟，但激光在盾构机上的搭载仍存在诸多难点问题。主要表现在：
[0006](1)在复杂的盾构掘进环境下如何防护激光头，并且保证光路不受泥、粉尘、岩屑干扰；
[0007](2)现有技术尚不支持大功率激光光纤的插拔、滑动接触等连接方式，必须保证光纤从激光器到激光头为完整的一根，不能截断；
[0008](3)激光器本身是一种精密的光学仪器，在盾构施工过程中产生较大振动，长时间振动引起的激光器元件松动或位置偏移导致光路偏转，将烧毁设备，危害施工人员的人身安全。
技术实现思路
[0009]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种水导激光辅助机械刀具掘进装置、方法及掘进机，解决了激光盾构搭载中激光头防护、高功率激光连续传输、激光器减振的工程难题，在盾构机遭遇坚硬地层、孤石、钢筋混凝土桩基等复杂条件下，提升了掘进效率，保障了施工安全。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]本专利技术第一方面提供了一种水导激光辅助机械刀具掘进装置。
[0012]一种水导激光辅助机械刀具掘进装置，至少包括：盾构刀盘、水导激光传输装置、激光器、水泵和气泵；
[0013]盾构刀盘上设有水导激光喷头和机械刀具，水导激光喷头内嵌于盾构刀盘，且与
机械刀具配合分布；
[0014]激光器的出光口、水泵的出水口和气泵的出气口分别通过水导激光传输装置与水导激光喷头连接或连通。
[0015]进一步的，所述水导激光喷头的喷射角度可调，水导激光喷头包括聚光透镜、窗口透镜、水导激光喷头进水口、水腔、水导激光喷头进气口、气腔和水导激光输出口；
[0016]聚光透镜的一侧与水导激光传输装置的光纤出光口位置相对，聚光透镜的另一侧与窗口透镜的一侧位置相对，窗口透镜的另一侧与水导激光输出口位置相对；
[0017]水导激光喷头进水口、水腔和水导激光输出口依次连通，水导激光喷头进气口、气腔和水导激光输出口依次连通。
[0018]进一步的，水导激光传输装置至少包括：光纤、水导激光供水管线、回转接头供水管线、水层流装置、水导激光供气管线、回转接头供气管线、气层流装置和回转接头；
[0019]水泵通过回转接头供水管线与回转接头的水槽连通，回转接头的水槽与水层流装置连通，气泵通过回转接头供气管线与回转接头的气槽连通，回转接头的气槽与气层流装置连通；
[0020]激光器与光纤的一端连接，光纤的另一端通过回转接头内的光纤通道穿出。
[0021]更进一步的，所述回转接头至少包括：旋转端、固定端和密封组件；
[0022]旋转端包括水槽、水孔、回转接头出水通道、回转接头出水口、气槽、气孔、回转接头出气通道、回转接头出气口和激光光纤通道；
[0023]水槽和气槽与回转接头旋转端同轴心，水槽与回转接头进水口连通，气槽与回转接头进气口连通，水槽开有水孔，水槽通过水孔与回转接头出水通道连通，气槽开有气孔，气槽通过水孔与回转接头出气通道连通；
[0024]回转接头进水口和回转接头进气口径向不共线，旋转端与固定端之间、旋转端与回转接头进水口之间以及回转接头进水口与回转接头进气口之间均用密封组件密封。
[0025]更进一步的，回转接头旋转端远离刀盘的一侧与转轴连接，还包括端盖，所述端盖与固定端连接，端盖内用肋板间隔成两个腔室，肋板与转轴接触的位置通过密封组件密封，第一腔室中设有激光器，并接入风冷气体；第二腔室置有固定在转轴上的电刷，第二腔室开设有通电口，激光器通过电刷与外部电源连接。
[0026]更进一步的，还包括设置在转轴上的减震装置，激光器固定在减震装置上，所述减震装置包括连接减振器内侧上下面的弹簧、设于减振器内侧底部用于测量弹簧变形量的位移传感器、多个连接减振器内侧上下面的阻尼器，安装于阻尼器活塞杆处的制动器和控制终端，所述位移传感器和制动器均与控制终端通信连接。
[0027]进一步的，水导激光喷头的喷射角度可调。
[0028]本专利技术第二方面提供了一种上述的水导激光辅助机械刀具掘进装置的工作方法，包括以下过程：
[0029]激光器产生的光、水泵产生的水以及产生的气体，均由水导激光传输装置传送至水导激光喷头；
[0030]由水流束引导激光释放在掌子面上，并与机械刀具相配合进行切割工作。
[0031]进一步的，
[0032]将水导激光喷头安装在机械刀具两侧或前端；
[0033]当刀盘接触桩基后，停止刀盘推进但保持旋转，启动水导激光系统，水导激光对钢筋混凝土桩基先行切割，在桩基表面形成切缝并将钢筋切断成预定长度；
[0034]然后刀盘启动推进，用机械刀具破除钢筋混凝土。
[0035]进一步的，
[0036]水导激光喷头安装在机械刀具前端，水导激光与机械刀具伴随刀盘的旋转推进，同轨迹同时切割，共同破岩。
[0037]进一步的，
[0038]当激光器随着盾构刀盘旋转时，置于减振器底部的位移传感器测量激光器的位移量；
[0039]当弹簧变形大于预设量时，位移传感器将检测到的信号反馈给控制终端，制动器工作，减少锁紧阻尼器数量，减小激光器振动；
[0040]当弹簧变形小于预设量时，位移传感器将检测到的信号反馈给控制终端，制动器工作，增加锁紧的阻尼器数量，减小激光器振动的同时减小阻尼器损耗。
[0041]本专利技术第三方面提供了一种掘进机，包括上述的水导激光辅助机械刀具掘进装置，或者利用上述的工作方法。
[0042]现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0043]1、本专利技术解决了激光盾构搭载中激光头防护、高功率激光连续传输、激光器减振的工程难题，在盾构机遭遇坚硬地层、孤石、钢筋混凝土桩基等复杂条件下，提升了掘进效率，保障了施工安本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水导激光辅助机械刀具掘进装置，其特征在于：至少包括：盾构刀盘、水导激光传输装置、激光器、水泵和气泵；盾构刀盘上设有水导激光喷头和机械刀具，水导激光喷头内嵌于盾构刀盘，且与机械刀具配合分布；激光器的出光口、水泵的出水口和气泵的出气口分别通过水导激光传输装置与水导激光喷头连接或连通。2.如权利要求1所述的水导激光辅助机械刀具掘进装置，其特征在于：所述水导激光喷头的喷射角度可调，水导激光喷头包括聚光透镜、窗口透镜、水导激光喷头进水口、水腔、水导激光喷头进气口、气腔和水导激光输出口；聚光透镜的一侧与水导激光传输装置的光纤出光口位置相对，聚光透镜的另一侧与窗口透镜的一侧位置相对，窗口透镜的另一侧与水导激光输出口位置相对；水导激光喷头进水口、水腔和水导激光输出口依次连通，水导激光喷头进气口、气腔和水导激光输出口依次连通。3.如权利要求1所述的水导激光辅助机械刀具掘进装置，其特征在于：水导激光传输装置至少包括：光纤、水导激光供水管线、回转接头供水管线、水层流装置、水导激光供气管线、回转接头供气管线、气层流装置和回转接头；水泵通过回转接头供水管线与回转接头的水槽连通，回转接头的水槽与水层流装置连通，气泵通过回转接头供气管线与回转接头的气槽连通，回转接头的气槽与气层流装置连通；激光器与光纤的一端连接，光纤的另一端通过回转接头内的光纤通道穿出。4.如权利要求3所述的水导激光辅助机械刀具掘进装置，其特征在于：所述回转接头至少包括：旋转端、固定端和密封组件；旋转端包括水槽、水孔、回转接头出水通道、回转接头出水口、气槽、气孔、回转接头出气通道、回转接头出气口和激光光纤通道；水槽和气槽与回转接头旋转端同轴心，水槽与回转接头进水口连通，气槽与回转接头进气口连通，水槽开有水孔，水槽通过水孔与回转接头出水通道连通，气槽开有气孔，气槽通过水孔与回转接头出气通道连通；回转接头进水口和回转接头进气口径向不共线，旋转端与固定端之间、旋转端与回转接头进水口之间以及回转接头进水口与回转接头进气口之间均用密封组件密封。5.如权利要求3所述的水导激光辅助机械刀具掘进装置，其特征在于：回转接头旋转端远离刀...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，徐彬，胡蒙蒙，张波，黄新杰，李彪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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