[发明专利]一种利用微波和高压水射流破岩的无滚刀硬岩掘进机

说明书

本发明公开了一种利用微波和高压水射流破岩的无滚刀硬岩掘进机，解决了现有掘进机在掘进过程中需要对刀盘进行换刀等维护而导致的成本高、工期长的技术问题。本发明包括设置有中心主驱动系统的盾体，中心主驱动系统通过跨度大于一米的连接架连接有无滚刀刀盘，无滚刀刀盘的后侧设置有微波发射器，微波发射器连接有通向无滚刀刀盘前侧的微波辐射臂，所述盾体内设置有高压水泵站，高压水泵站通过高压管路连接有高压水喷嘴，高压水喷嘴设置在无滚刀刀盘的前侧面上对前方岩石进行冲击破碎。本发明采用微波与高压水射流耦合破岩系统，摈弃了常规的刀具破岩技术，解决了掘进机金属刀具切岩时极易发生异常损坏的难题，提升了开挖效率，降低了开挖成本。

技术领域

本发明涉及第五代隧道掘进机技术领域，特别是指一种利用微波和高压水射流破岩的无滚刀硬岩掘进机。

背景技术

目前隧道掘进针对岩层来讲，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（100MPa以内）其破岩效率尚可，但在较硬的岩石地层中，滚刀破岩法经济性很差。因此，需要颠覆性的发明一种新型掘进机和破岩工法。

经检索，现有申请日为2018.12.25、申请号为201822184738.4的中国实用新型专利公开了一种用于硬岩的微波辅助破岩TBM刀盘，包括TBM刀盘主体，TBM刀盘主体主要由单刃破岩滚刀，双刃破岩滚刀，喷水除尘口及微波辅助破岩发射器组成；刀盘通过双刃和单刃滚刀的组合布置覆盖不同轨迹破岩路径；刀盘面板设置多个喷水除尘口；刀盘面板布置多个微波破岩发射器，微波破岩发射器由微波发射盘、波导结构、微波发射模块组成，当遇到硬质岩层时启动微波发射装置，通过微波快速加热岩石，降低岩石点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度等力学特性，增加岩石节理裂隙辅助TBM滚刀破岩。

所述一种用于硬岩的微波辅助破岩TBM刀盘与传统刀盘相比增添了微波发射装置来辅助滚刀破岩，能够相对传统刀盘提高掘进性能，进而减少滚刀在硬岩中的磨损及换刀次数。但是，如其公布文本所记载，随着掘进破岩的进行，滚刀仍然存在相当的磨损量，仍然需要进行换刀等维护，因而不能极大地缩短工期和降低工程投资。

经检索，现有申请日为2019.06.20、申请号为CN201910536881.1的中国发明专利公开了一种利用高压水破岩的隧道掘进机，包括盾壳，所述盾壳内固定连接有侧板，所述侧板的一侧设有刀盘，所述刀盘上设有多个通孔，安装在通孔内的所述水管其位于通孔内的一端连接有用以对岩石进行高压切割破碎的喷头，所述刀盘远离侧板的一侧设有多个置物槽，所述置物槽内设有切刀，刀盘上还设置有碎石刀和碎土刀。

所述一种利用高压水破岩的隧道掘进机与传统掘进机相比增添了对岩石进行高压切割破碎的喷头，通过设置压力控制器与流量控制器，实现水管内液体压力与流量的控制，进而实现对每个喷头的调控。通过喷头与切刀、碎石刀和碎土刀的共同作用实现对硬岩的破碎，相对传统掘进机能够在一定程度内提高掘进性能。但是随着掘进破岩的进行，切刀、碎石刀和碎土刀仍然存在相当的磨损量，仍然需要进行换刀等维护，因而不能极大地缩短工期和降低工程投资。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种利用微波和高压水射流破岩的无滚刀硬岩掘进机，解决了现有掘进机在掘进过程中需要对刀盘进行换刀等维护而而导致的成本高、工期长的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种利用微波和高压水射流破岩的无滚刀硬岩掘进机，包括中心主驱动系统，中心主驱动系统通过跨度大于一米的连接架连接有无滚刀刀盘，中心主驱动系统能够大跨度连接架带动无滚刀刀盘周向转动。大跨度连接架能够在无滚刀刀盘与中心主驱动系统之间构造出足够的安装空间，无滚刀刀盘的后侧设置有微波发射器，即在所述安装空间能够供微波发射器安装。微波发射器连接有通向无滚刀刀盘前侧的微波辐射臂，盾体内设置有高压水泵站，高压水泵站通过高压管路连接有高压水喷嘴，高压水喷嘴设置在无滚刀刀盘的前侧面上对前方岩石进行冲击破碎。