[发明专利]一种利用加压水破岩的掘进机及其掘进方法

说明书

本发明公开了一种利用加压水破岩的掘进机及其掘进方法，解决的是随着岩石强度的增加，滚刀异常磨损和更换频率的增加，随之带来盾构掘进效率的降低，掘进成本增加等问题。本发明包括掘进机主机，掘进机主机上设有刀盘，所述的刀盘上设有加压水发生装置。本发明采用水刀代替传统的金属刀具，不仅破岩效率大大提升，同时在掘进上软下硬等严重不均匀地质时，解决了传统的金属刀具极易发生异常损坏的难题，从而节约了刀具成本及换刀风险，而且采取悬切破岩或挤压破岩的方式，大大提升了开挖效率，降低了开挖成本。

技术领域

本发明涉及隧道掘进机领域，具体涉及一种利用加压水破岩的掘进机掘进方法。

背景技术

目前隧道掘进针对于岩层来讲，主要是依靠盘型滚刀挤压岩石达到破碎岩体的目的，其主要克服的是岩石的抗压强度，针对一般强度的岩层，其破岩效率尚可，但随着岩石强度的增加，滚刀挤压破岩的效率逐步下降，滚刀异常磨损和更换频率的增加，随之带来盾构掘进效率的降低，掘进成本增加。同时在掘进上软下硬等严重不均匀地质时，传统的金属刀具极易发生异常损坏。

加压水射流技术的原理是以水或者其他液体为工作介质，通过增压设备加压到数百兆帕后通过特定形状的喷嘴，最后以极高的速度喷出的一股能量高度集中的加压水流束，这种加压水流束具有很强的破坏性。

发明内容

本发明为了解决背景技术中所存在的技术问题，提供一种利用加压水破岩的掘进机掘进方法。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种利用加压水破岩的掘进机，包括掘进机主机，掘进机主机上设有刀盘，所述的刀盘上设有加压水发生装置。

所述的加压水发生装置包括加压水发射喷嘴，加压水发射喷嘴设置在刀盘上。

所述的刀盘为锥形刀盘，加压水发射喷嘴的中轴线与掌子面之间不垂直设置。

所述的刀盘为平面刀盘，加压水发射喷嘴的中轴线与掌子面垂直设置。

与所述的加压水发射喷嘴相连设有加压水输出系统，所述的加压水输出系统包括加压泵站，加压泵站通过加压管路与加压水发射喷嘴连接。

所述的加压水发生装置还包括箱体，箱体固定在刀盘上，箱体一端与加压水发射喷嘴连接、另一端与加压管路连接。

所述的箱体一端与加压水发射喷嘴可拆卸连接。

一种利用加压水破岩的掘进机的掘进方法，包括以下步骤：①启动加压水输出系统：加压水输出系统启动后，加压泵站对水流增压后输出加压水流束，至加压水流束的压力达到切割岩石所需的压力；

②启动掘进机主机：刀盘系统的刀盘受驱动系统驱动开始旋转，进而带动加压水发射喷嘴开始旋转，加压水输出系统输出的加压水流束通过加压水发射喷嘴射出，加压水流束形成水刀；

③水刀开挖掌子面：步骤②形成的水刀切割掌子面岩石进行破岩。本发明破岩后的岩渣与水经出渣系统排出，同时步进系统驱动掘进机主机继续移动，直至破岩工程结束。

步骤②所述的水刀为倾斜的水刀或垂直的水刀。

步骤③所述的水刀切割掌子面岩石：刀盘为锥形刀盘时，水刀为倾斜的水刀，掌子面为临空面，当掌子面岩石受到水刀的作用力超过掌子面岩石的抗拉强度后，岩石从掌子面岩石的临空面一侧脱落。

步骤③所述的水刀切割掌子面岩石：刀盘为平面刀盘时，水刀为垂直的水刀，水刀贯入掌子面岩石并侵入岩石节理，当掌子面岩石受到水刀的作用力超过掌子面岩石的抗压强度后，掌子面岩石上产生切槽，同时加压水流束迫使岩石节理扩展而破碎，进而岩石从掌子面剥落。