基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构及系统技术方案

本发明专利技术提出了基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构及破岩系统，先通过激光发射件向掌子面发射激光以及液压发射件向掌子面进行液压射流，以对掌子面的中部区域进行第一次破碎，再通过第一TBM破岩件对掌子面的中部区域进行第二次破碎，最后，再利用第二破岩组件对掌子面的外围区域进行破碎，以达到对掌子面全区域破碎的技术目的。在设置机架时，通过设置与掌子面中部区域相对应的第一安装位和与掌子面外围区域相对应的第二安装位，使得第一破岩组件安设在第一安装位，以对掌子面的中部区域进行破碎，以及，使得第二破岩组件安设在第二安装位，以对掌子面的外围区域进行破碎，进而达到以点破面、高效开挖掌子面的技术效果。术效果。术效果。

【技术实现步骤摘要】
基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构及系统


[0001]本专利技术属于地下工程
，特别涉及基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构及系统。

技术介绍

[0002]以钻爆法和TBM工法为代表的隧道掘进技术长期活跃在各种不同类型的地下空间工程施工现场。然而，在复杂多变的地质环境和高效施工需求面前，传统的破岩技术逐渐面临新的挑战。然而，极硬岩开挖方面，传统TBM刀盘中心滚刀的扭矩较小，一般常规技术难以实现对位于掌子面中间岩体的有效破碎，在破岩过程中，如果先将位于掌子面中心部位的岩石破碎，再利用环状刀盘破碎位于掌子面外圈的岩石，则能够解决掌子面中心岩石破碎困难的问题。
[0003]也即，利用传统的TBM刀盘对极硬岩的开发中，仍存在由于传统TBM刀盘中心滚刀的扭矩较小而使得无法对极硬岩的中心部位进行有效破碎，进而存在整个掌子面开挖效率低下的弊端；
[0004]可见，如何提供一种对极硬岩中心部位进行有效破碎，进而提高掌子面的整体开挖效率的破岩机构，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供的基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构，以至少解决上述技术问题；
[0006]为了解决上述问题，本专利技术的第一方面提供基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构，用于对岩体掌子面进行开挖，所述掌子面包括中部区域和围绕在所述中部区域周围的外围区域，所述破岩机构包括：机架，所述机架具有第一安装位和第二安装位，所述第一安装位设置在所述机架一侧的中部，所述第二安装位环绕设置在所述第一安装位的外围，所述第一安装位正对所述掌子面的中部区域，所述第二安装位正对所述掌子的外围区域；第一破岩组件，所述第一破岩组件滑动设置在所述第一安装位上，并可相对于掌子面的方向沿所述第一安装位发生水平滑动；所述第一破岩组件包括激光发射件、液压发射件和第一TBM破岩件；第二破岩组件，所述第二破岩组件滑动设置在所述第二安装位上，并可相对于掌子面的方向沿所述第二安装位发生水平滑动；第一直线驱动组件，所述第一直线驱动组件设置在所述机架的中部，且所述第一直线驱动组件的驱动端与所述第一破岩组件远离所述掌子面的一端相连接；第二直线驱动组件，所述第二直线驱动组件设置在所述机架的中部，且所述第二直线驱动组件的驱动端与所述第二破岩组件远离所述掌子面的一端相连接；其中，当所述激光发射件向所述掌子面发射激光，和/或，当所述液压发射件向所述掌子面发生液流后，以对所述掌子面进行第一次破碎，所述第一直线驱动组件驱动所述第一破岩组件向所述掌子面发生水平滑动，以通过所述第一破岩组件的所述第一TBM破岩件对所述掌子面的中部进行第二次破碎，以及，所述第二直线驱动组件驱动所述第二破岩
组件向所述掌子面发生水平滑动，以通过所述第二破岩组件对所述掌子面的外围进行第三次破碎。
[0007]在第一方面中，所述第一TBM破岩件包括：第一转动驱动件、第一TBM刀盘和第一滚刀；所述第一TBM刀盘上均匀布设有若干个第一安装槽、若干个第一贯穿通道和若干个第二贯穿通道，任意一个所述第一安装槽内对应安装一个所述第一滚刀，若干个所述第一贯穿通道沿所述第一TBM刀盘的圆心环绕设置，若干个所述第二贯穿通道沿所述第一TBM刀盘的圆心环绕设置，第一转动驱动件与所述第一TBM刀盘连接，并用于驱动所述第一TBM刀盘转动；所述激光发射件包括：若干个光纤准直聚焦头，适配设置在若干个所述第一贯穿通道内；所述液压发射件包括：若干个液压喷嘴，适配设置在若干个所述第二贯穿通道内。
[0008]在第一方面中，所述第二破岩组件包括：第二转动驱动件、第二TBM刀盘、第二滚刀和牙轮钻头；所述第二TBM刀盘为圆环状，且环绕设置在所述第一TBM刀盘的外围，所述第二TBM刀盘上布设有若干个第二安装槽，所述第二转动驱动件与所述第二TBM刀盘连接，并用于驱动所述第一TBM刀盘转动；其中，任意一个所述第二安装槽内对应设置有一个所述第二滚刀，和/或，任意一个所述第二安装槽内对应设置有一个所述牙轮钻头。
[0009]在第一方面中，所述破岩机构还包括，若干个卡合开关，每一个所述卡合开关对应设置在任意一个所述第一贯穿通道或任意一个所述第二贯穿通道内，所述卡合开关包括固定环和若干个扇叶，所述固定环通过所述固定环的外周侧壁与所述第一贯穿通道的内侧壁或所述第二贯穿通道的内侧壁固定连接，每一个所述扇叶的一端均通过一个复位组件与所述固定环连接，每一个所述扇叶的另一端延伸至所述固定环的中心，其中，当所述扇叶的另一端受到推力时，所述扇叶的一端通过所述复位组件绕所述固定环发生正角度转动，当所述扇叶的另一端推力减弱或消失时，所述复位组件带动所述扇叶的一端绕所述固定环发生与所述正角度转动相对应的负角度转动，以使所述扇叶复位。
[0010]在第一方面中，所述复位组件为复位弹簧，所述复位弹簧套设在所述固定环上，且所述复位弹簧的中部节段与所述固定环固定连接，以及位于所述复位弹簧的中部节段两端的对称节段与所述固定环自然接触，所述复位弹簧的两个端部与所述扇叶的一端固定连接。
[0011]在第一方面中，所述破岩机构还包括：集成箱，所述集成箱上开设有与所述第一贯穿通道数量相一致的第一安装通孔，所述第一安装通孔的中心轴线位置与所述第一贯穿通道的中心轴线位置相对应；所述集成箱上还开设有与所述第二贯穿通道数量相一致的第二安装通孔，所述第二安装通孔的中心轴线位置与所述第二贯穿通道的中心轴线位置相对应；第三直线驱动组件，所述第三直线驱动组件的非驱动端与所述机架连接，所述第三直线驱动组件的驱动端与所述集成箱远离所述第一TBM刀盘的一端相连接，且所述第三直线驱动组件的驱动端与所述集成箱之间为自由转动连接。
[0012]在第一方面中，所述激光发射件还包括：能量传输光纤，所述能量传输光纤的一端与所述光纤准直聚焦头连接；光纤激光器，所述光纤激光器设置在机架上，并与所述能量传输光纤的另一端相连通，以通过所述能量传输光纤向所述光纤准直聚焦头传输激光束。
[0013]在第一方面中，液压发射件还包括：高压水管，所述高压水管的一端与所述液压喷嘴连接；过冷液体储存室，所述过冷液体储存室设置在机架上，并与所述高压水管的另一端通过一高压泵相连通，以通过所述高压水管向所述液压喷嘴输入过冷液体。
[0014]在第一方面中，所述破岩机构还包括：监测组件，所述监测组件设置在所述机架上；控制组件，所述控制组件与所述监测组件、第一转动驱动件、第二转动驱动件、第一直线驱动组件、第二直线驱动组件、第三直线驱动组件、光纤激光器和高压泵电连接。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种破岩系统，所述破岩系统包括上述任意一项所述的基于激光及液压射流的组合破岩机构。
[0016]有益效果：本专利技术提出了基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构，先通过激光发射件向掌子面发射激光以及液压发射件向掌子面进行液压射流，以对掌子面的中部区域进行第一次破碎，再通过第一TBM破岩件对掌子面的中部区域进行二次破碎，最后，再利用第二破岩组件对掌子面的外围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构，用于对岩体掌子面进行开挖，所述掌子面包括中部区域和围绕在所述中部区域周围的外围区域，其特征在于，所述破岩机构包括：机架，所述机架具有第一安装位和第二安装位，所述第一安装位设置在所述机架一侧的中部，所述第二安装位环绕设置在所述第一安装位的外围，所述第一安装位正对所述掌子面的中部区域，所述第二安装位正对所述掌子面的外围区域；第一破岩组件，所述第一破岩组件滑动设置在所述第一安装位上，并可相对于掌子面的方向沿所述第一安装位发生水平滑动；所述第一破岩组件包括激光发射件、液压发射件和第一TBM破岩件；第二破岩组件，所述第二破岩组件滑动设置在所述第二安装位上，并可相对于掌子面的方向沿所述第二安装位发生水平滑动；第一直线驱动组件，所述第一直线驱动组件设置在所述机架的中部，且所述第一直线驱动组件的驱动端与所述第一破岩组件远离所述掌子面的一端相连接；第二直线驱动组件，所述第二直线驱动组件设置在所述机架的中部，且所述第二直线驱动组件的驱动端与所述第二破岩组件远离所述掌子面的一端相连接；其中，当所述激光发射件向所述掌子面发射激光，和/或，当所述液压发射件向所述掌子面发生液压射流，以对所述掌子面的进行第一次破碎后，所述第一直线驱动组件驱动所述第一破岩组件向所述掌子面发生水平滑动，以通过所述第一破岩组件的所述第一TBM破岩件对所述掌子面的中部进行第二次破碎，以及，所述第二直线驱动组件驱动所述第二破岩组件向所述掌子面发生水平滑动，以通过所述第二破岩组件对所述掌子面的外围进行第三次破碎。2.根据权利要求1所述的基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构，其特征在于：所述第一TBM破岩件包括：第一转动驱动件、第一TBM刀盘和第一滚刀；所述第一TBM刀盘上均匀布设有若干个第一安装槽、若干个第一贯穿通道和若干个第二贯穿通道，任意一个所述第一安装槽内对应安装一个所述第一滚刀，若干个所述第一贯穿通道沿所述第一TBM刀盘的圆心环绕设置，若干个所述第二贯穿通道沿所述第一TBM刀盘的圆心环绕设置，第一转动驱动件与所述第一TBM刀盘连接，并用于驱动所述第一TBM刀盘转动；所述激光发射件包括：若干个光纤准直聚焦头，适配设置在若干个所述第一贯穿通道内；所述液压发射件包括：若干个液压喷嘴，适配设置在若干个所述第二贯穿通道内。3.根据权利要求2所述的基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构，其特征在于：所述第二破岩组件包括：第二转动驱动件、第二TBM刀盘、第二滚刀和牙轮钻头；所述第二TBM刀盘为圆环状，且环绕设置在所述第一TBM刀盘的外围，所述第二TBM刀盘上布设有若干个第二安装槽，所述第二转动驱动件与所述第二TBM刀盘连接，并用于驱动所述第一TBM刀盘转动；其中，任意一个所述第二安装槽内对应设置有一个所述第二滚刀，和/或，任意一个所述第二安装槽内对应设置有一个所述牙轮钻头。
4.根据权利要求3所述的基于激光及液压射流的地下工程围岩组合破岩机构，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢景景，迟福东，陈鸿杰，周辉，徐福通，孟甜甜，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：