[发明专利]一种TBM掘进辅助破岩的实验系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种TBM掘进辅助破岩的实验系统，包括可滑动支撑平台、支撑平台预留孔、可锁定滚动轮、支撑平台导轨、热加载平台、平台预留孔、电磁波系统、红外线测温仪、刀盘装置、和刀盘反力架。还公开了一种TBM掘进辅助破岩的实验方法，可用于研究微波照射高温加热+液氮冷却作用对岩石物理力学性质的影响。

技术领域

本发明属于TBM(全断面隧道掘进机)掘进技术领域，具体涉及一种TBM 掘进辅助破岩的实验系统，还涉及一种TBM掘进辅助破岩的实验方法。

背景技术

传统的隧道工程采用钻爆法或者TBM掘进工法，然而均存在一定的不足，如钻爆法存在精度低、工作条件差等问题，而TBM掘进法对于极硬岩开凿困难。

主要的原因是：

1.钻爆法对围岩扰动大，容易造成周边岩石破坏，存在施工精度低、围岩支护困难等一系列缺点。

2.TBM掘进法在破碎抗压强度较高的硬岩时，刀具切削破碎极为困难，刀具磨损消耗量大以及破岩效率低。

因此，对于开凿抗压强度较高的硬岩，主要思路是先通过一系列的辅助破岩方法降低掌子面岩体的强度，然后采用TBM机械破岩的方法。当前常规的思路是将掌子面岩体进行加热，降低其强度。然而，一方面，传统的热源加热不仅存在热量利用率低、安全性低的问题，另一方面，由于岩石的导热系数低导致传热速度慢，导致工作效率低。

由于岩石作为介质材料不同程度地吸收微波能，岩石介质材料与微波电磁场相互耦合，形成各种功率耗散从而使微波能在岩石内部转化成热能。微波加热岩石是通过岩石内部偶极分子的高频往复运动产生“内摩擦热”而使岩石温度升高，不须任何热传导过程就能使岩石内外部同时加热和升温。岩石的抗拉强度很低，当极高温度的岩体急剧降温时，其内部会产生巨大的拉应力和剪应力，此时岩体更易破坏。基于以上分析，从岩石的物理性质以及实际实验可操作性出发，本发明利用“微波照射高温加热+液氮急速冷却”循环加载的方法进行辅助高效破岩。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种辅助TBM掘进的实验系统，还提供一种辅助TBM掘进的实验方法。

为了实现上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种TBM掘进辅助破岩的实验系统，包括平台支架，还包括设置在平台支架上的热加载平台，热加载平台上设置有支撑平台导轨和刀盘反力架，刀盘反力架上设置有刀盘装置，可滑动支撑平台底部通过可锁定滚动轮设置在支撑平台导轨上，可滑动支撑平台为开口朝上的盒体，支撑平台导轨位于刀盘装置下方，可滑动支撑平台底部设置有支撑平台预留孔，支撑平台预留孔通过支撑平台输氮管线与液氮罐连接，支撑平台输氮管线上设置有支撑平台输氮控制阀门，热加载平台上还设置有电磁波系统和红外线测温仪，电磁波系统与导波器连接。

如上所述的刀盘装置包括油缸、用于监测油缸油压的油压表、设置在油缸的活塞端的刀盘、以及设置在油缸上用于测量油缸的活塞端的贯入度的刻度表，油缸上设置有进油管和回油管，进油管和回油管分别与刀盘油缸泵连接。

如上所述的热加载平台设置在平台支撑座上，热加载平台上还设置有岩芯夹持器放置槽，热加载平台上还设置有预留管槽，预留管槽一端与岩芯夹持器放置槽连通，预留管槽另一端与平台支撑座的侧部的平台预留孔连通，岩芯夹持器放置槽内放置有岩芯夹持器，岩芯夹持器的侧部设置有岩芯夹持器预留孔，岩芯输氮管线一端依次贯穿平台预留孔、预留管槽后与岩芯夹持器预留孔连通，岩芯输氮管线另一端与液氮罐连接，岩芯输氮管线上设置有岩芯输氮控制阀门。

如上所述的预留管槽与岩芯输氮管线之间填充有环氧密封结构胶。

一种TBM掘进辅助破岩的实验方法，包括以下步骤：

步骤1、将岩石放置在可滑动支撑平台上；