[发明专利]一种盾构机及其水射流联合滚刀破岩机构

说明书

本发明公开一种水射流联合滚刀破岩机构，包括设置于机身前端并可沿轴向进给且可沿周向旋转的刀盘、设置于所述刀盘表面上并呈环状分布的若干层滚刀，以及设置于所述刀盘表面上并位于相邻两层所述滚刀之间、用于在所述刀盘的旋转过程中对岩面切割形成若干层环形切缝的射流喷嘴，且各层所述环形切缝的当前深度均大于各层所述滚刀的当前切削深度。本发明利用射流喷嘴在岩面上形成的若干层环形切缝，使得各层滚刀只需克服岩石较弱的抗剪强度，通过对各层岩面环的剪切破坏方式实现岩面破碎，降低了对于较大抗压强度岩石的掘进难度，同时提高了掘进效率，降低了刀具磨损。本发明还公开一种盾构机，其有益效果如上所述。

技术领域

本发明涉及隧道掘进技术领域，特别涉及一种水射流联合滚刀破岩机构。本发明还涉及一种盾构机。

背景技术

随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。

机械设备的种类很多，在土木及建筑工程中通常需要使用大型工程设备，比如掘进机、挖掘机、龙门吊机等。以盾构机为例，现代盾构机是集光、机、电、液一体的大型高端隧道掘进装备，其工作机构都是由液压系统和电气系统构成的。

掘进机的切削装置通常包括滚刀和刀盘，均匀排列在刀盘上的滚刀在推进力的作用下压向岩体，随着滚刀的旋转，岩体被碾出一系列同心圆，直至当滚刀对岩体的挤压应力超过岩体的抗压强度极限时，岩体爆裂破碎。掘进机具有掘进质量高、适应性好等优势，广泛应用煤矿、隧道挖掘等领域，因此改进掘进机的切削装置就显得尤为必要。

隧道施工掘进过程中，常用盾构机或TBM滚刀掘进的方式进行施工，而通常当岩石地层单轴抗压强度超过100MPa时，容易出现掘进效率低、刀具磨损大、滚刀更换难度大、换刀时间长的问题，从而影响施工进度和成本。其中，掘进机破岩主要由切削装置完成，包括刀具(滚刀)、刀盘、刀盘驱动装置以及推进装置，滚刀破岩时，当其对岩石的挤压力超过岩石本身抗压强度后，刀刃部分的合金刀片使岩石破碎，形成一道切削沟槽，刀刃继续挤压，岩石便产生龟裂，向周围扩散，切削沟槽两侧的岩石剥离破碎。当遇到岩石单轴抗压强度较大时，所需要的推进力也越大，滚刀在巨大的正压力作用下在岩石表面滚动，通过克服岩石的抗压强度极限来实现破岩，这无疑加重了刀具磨损，降低了刀具使用寿命的同时，掘进效率也变得缓慢。

因此，如何有效实现对抗压强度较大岩石的顺利掘进，提高掘进效率，降低刀具磨损，是本领域技术人员所面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水射流联合滚刀破岩机构，能够有效实现对抗压强度较大岩石的顺利掘进，提高掘进效率，降低刀具磨损。本发明的另一目的是提供一种盾构机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种水射流联合滚刀破岩机构，包括设置于机身前端并可沿轴向进给且可沿周向旋转的刀盘、设置于所述刀盘表面上并呈环状分布的若干层滚刀，以及设置于所述刀盘表面上并位于相邻两层所述滚刀之间、用于在所述刀盘的旋转过程中对岩面切割形成若干层环形切缝的射流喷嘴，且各层所述环形切缝的当前深度均大于各层所述滚刀的当前切削深度。

优选地，各层所述滚刀以所述刀盘的中心为圆心呈同心分布。

优选地，各层所述滚刀的数量为4～16把，且随其所呈圆环的直径递增而递增。

优选地，各个所述滚刀均沿其所在圆环的切向排列。

优选地，各层所述射流喷嘴的喷射方向均平行于所述刀盘的进给方向。

优选地，各层所述射流喷嘴以所述刀盘的中心为圆心呈同心分布。

优选地，各层所述射流喷嘴分别设置于相邻两层所述滚刀的径向间距中心位置。

优选地，各层所述射流喷嘴的数量为4～16个，且随其所呈圆环的直径递增而递增。

优选地，各层所述滚刀在所述刀盘的表面上均凸出各层所述射流喷嘴的末端20～30mm。