[发明专利]水刀掘进式盾构机

说明书

本发明：水刀掘进式盾构机，将水刀技术与盾构技术组合，将环形保持装置前移，掘进时向岩石圆柱外侧的空腔推进；将现有盾构机盘形滚刀刀具改为环形，置于环形保持装置前端，减少磨损；在环形保持装置前端设置可伸缩的压力传感器探头，以方便及时开启水刀；用水刀部分或全部替代合金刀具，当遇到岩性复杂的地层或硬岩层时，使用水刀辅助掘进，减少刀具与岩石的直接碰撞；为了降低水刀用水、用砂成本，改进盾构机的渣土传送装置与抽水装置，回收利用隧道建设过程中抽取的地下水、破碎的废渣，供加砂水刀使用。并设计了适用于矿山的实施例。有利于降低隧道建设成本，并有效减小塌方、废热、透水事故、粉尘的危害，减少对地下水的浪费。

技术领域

本发明涉及高压水射流切割(以下简称水刀)技术及盾构技术，具体而言，是将水刀与盾构机组合发明创造的一种利用水刀部分替换传统合金刀具，切割隧道、矿山建设过程中可能遇到的硬岩或不均匀地层，以减少磨损从而降低成本，并综合利用掘进施工地层所抽取地下水和掘进过程所产生废渣的盾构机。

背景技术

用现有盾构刀具施工时，会遇到各种复杂地层。均一硬岩地层只需滚刀，但地层不均匀时必须安装切刀，切刀在破硬岩过程中几乎没有作用，由于贯入角度和高度差的原因，产生瞬间冲击荷载，切刀会被磨平甚至崩断。在巨砾地层中，有些砾石层中既有硬岩又有软岩，所以刀盘必须配备切刀和先行刀以对应非硬岩的需要。同理，在软岩和软土地情况下，本不需安装滚刀，但在由于可能存在硬岩砾石，又必须安装滚刀，导致滚刀严重损坏，失去破岩功能。因此亟需一种减少刀具磨损的技术改进方案。

当前，我国的水刀与盾构技术日臻成熟。但由于现有土压平衡、泥水平衡盾构技术建设成本高昂，如北京地铁采用土压平衡盾构法施工的隧道区间，平均每建设一千米地铁隧道需要耗费约16亿元人民币。且传统盾构施工前必须大量抽取地下水，不但浪费严重，而且增大了地表沉降的风险。因此，必须设计一系列减少磨损，减少浪费，减少次生灾害风险，来降低盾构技术成本的方案。

若遇到岩溶发育区，则传统的土压平衡、泥水平衡盾构技术涉及的盾构机容易受到突水事故的威胁，如宜万铁路施工时的一次岩溶突水事故，不但将盾构机等设备大部分冲毁，而且将原先敷设的隧道盾片及铁轨全部冲毁，因此亟须一种减少突水事故的威胁的盾构方案，以及改进的盾构机。

当前仅有手掘式盾构技术等机械化程度较低的盾构技术运用于采矿，和传统采矿一样会在地下留下巨大空间。与现有无底柱崩落法喷浆的采空区不同，机械化的盾构技术留下的空间是相对稳定的，因此可以将采空部分建设矿井避难所，或者地下仓库、人防设施、地下居住场所、地下实验室等，实现空间综合利用。同时，机械化的盾构技术等效于将盾片构成的空心筒间的矿石以近似78.5％的比例取出，可以获取较无底柱崩落法等技术更多且分选更好的矿石，减少炸药使用。另外，宝玉石矿产开采的矿石块度越大价值越高，需要尽量保持矿石的完整性，必须尽量避免使用炸药，而当前使用的矿山法使用炸药较多，使用盾构技术无炸药开采尚无先例。

发明内容

本发明目的在于提供一种减少地下水浪费、刀具磨损、综合利用废渣，以降低成本的盾构机。此盾构机的应用范围也应较原有盾构机更为广泛，如应用于岩溶区的隧道建设，减少突水风险；应用于矿山开采，以减少矿山热害、透水事故风险，提高回采率与矿石质量。

为实现上述目的，本发明提供水刀掘进式盾构机，即一种采用水刀掘进的盾构机，基本组成包括：