[发明专利]一种基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法

权利要求书

1.一种基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：将TBM刀盘(4)对准岩石切槽位置；

步骤二：启动TBM刀盘(4)，使TBM刀盘(4)向前行进一个行程；

所述TBM刀盘(4)包括机械滚刀结构(2)、高压水射流结构(3)和锥形刀具结构(7)；机械滚刀结构(2)、高压水射流结构(3)和锥形刀具结构(7)均设置在TBM刀盘(4)上；

所述锥形刀具结构(7)位于相邻设置的所述机械滚刀结构(2)与高压水射流结构(3)之间；

在TBM刀盘(4)行进方向，所述高压水射流结构(3)设置在锥形刀具结构(7)前方；所述锥形刀具结构(7)设置在机械滚刀结构(2)前方；

具体过程为：TBM刀盘(4)上安装的高压水射流结构(3)和TBM刀盘(4)由旋转驱动带动旋转；

TBM刀盘(4)在行进方向破岩时，首先，高压水射流结构(3)随TBM刀盘(4)转动方向转动时，高压水射流至相邻二个机械滚刀结构(2)之间的岩石，在岩石上形成水力切槽(6)；

紧接着，锥形刀具结构(7)伸入水力切槽(6)、对水力切槽(6)进行加深拓宽、形成槽体(1)；

当所述高压水射流切割后的水力切槽(6)深度为d1，经所述锥形刀具加深后的槽体(1)深度为d2；所述水力切槽(6)上部宽度为b1，经所述锥形刀具拓宽后的上部槽体宽度为b2时；经高压水射流结构(3)、锥形刀具结构(7)依次先后切割过后的槽体(1)与水力切槽(6)的深度差值为Δh＝d2-d1，经过两种切削工具依次切割过后的槽体(1)与水力切槽(6)的宽度差值为Δw＝b2-b1；其中Δh和Δw大于0；最后，机械滚刀结构(2)在槽体(1)两侧的岩石上方进行滚压切削；步骤三：重复步骤二，TBM刀盘(4)开始下一个行程作业，直至岩石切槽完成。

2.根据权利要求1所述的基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法，其特征在于：机械滚刀结构(2)、高压水射流结构(3)、锥形刀具结构(7)在TBM刀盘(4)上均呈分区布置；

机械滚刀结构(2)、锥形刀具结构(7)和高压水射流结构(3)组成一个工作组；

TBM刀盘(4)在不同的刀盘径向上沿周向布置多个所述工作组。

3.根据权利要求2所述的基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法，其特征在于：所述锥形刀具结构(7)包括锥形刀具(7.1)和锥形刀具模块；

所述锥形刀具模块安装在TBM刀盘(4)上，所述锥形刀具(7.1)安装在所述锥形刀具模块上。

4.根据权利要求3所述的基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法，其特征在于：所述锥形刀具(7.1)由刚性材料制成；

所述锥形刀具(7.1)包括锥形刀刃(7.11)和刀柄(7.12)；所述锥形刀刃(7.11)通过刀柄(7.12)安装在所述锥形刀具模块(7.2)上；

所述锥形刀刃(7.11)呈下窄上宽的锥形结构。

5.根据权利要求4所述的基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法，其特征在于：所述锥形刀具(7.1)由PDC材料制成；

所述锥形刀刃(7.11)的高度大于水力切槽(6)的深度、上端宽度大于水力切槽(6)上部的宽度、且下端宽度小于水力切槽(6)上部的宽度。

6.根据权利要求5所述的基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法，其特征在于：在步骤二中，经高压水射流结构(3)、锥形刀具结构(7)先后处理后的岩石上有多条槽体(1)，槽体(1)的上部宽度大于下部宽度，其中，下部宽度逐渐减小为0；

相邻二个槽体(1)之间形成三个自由面局部岩石块体。

7.根据权利要求6所述的基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法，其特征在于：所述锥形刀具(7.1)有一个。

8.根据权利要求6或7所述的基于锥形刀具拓宽水切槽上宽下窄结构破岩方法，其特征在于：所述机械滚刀结构(2)有一个或多个；

当所述机械滚刀结构(2)有多个时，多个所述机械滚刀结构(2)组合呈一个整体后安装在所述TBM刀盘(4)上、且位于相邻设置的所述高压水射流结构(3)与锥形刀具结构(7)之间。