[发明专利]刀盘总成、隧道掘进设备及隧道掘进施工方法

说明书

本发明公开了一种刀盘总成，包括可定轴转动的刀盘，所述刀盘的前端面上沿其径向往复移动地设置有与掌子面配合的若干高压射流喷头组件以及若干冲击装置，各所述高压射流喷头组件沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，各所述冲击装置沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，且所述高压射流喷头组件及所述冲击装置均与所述刀盘联动。该刀盘总成对硬度较高的岩体的掘进作业效率较高，能够使掘进设备的整体掘进效率和施工效果得以相应提高。本发明还公开了一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。

技术领域

本发明涉及隧道掘进配套设备技术领域，特别涉及一种刀盘总成。本发明还涉及一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。

背景技术

在隧道施工领域，盾构机(也即盾构式隧道掘进机)进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。但是针对硬岩和超硬岩的开挖施工，TBM(Tunnel BoringMachine的首字母缩写，即，隧道掘进机)掘进速度依然十分缓慢，特别是一些质地坚硬的岩石破碎难度极大，刀具损坏严重，导致施工成本和能源消耗巨大。

盾构机或TBM通过常规的滚刀掘进破岩时，通过克服岩石的抗压强度极限来实现破岩，这不仅加重了刀具磨损，降低了刀具使用寿命，同时，掘进效率也变得缓慢。在实际掘进过程中，由于现有TBM属于滚压破碎岩石，岩石属于一面临空，三面受压的状态，需要刀具对三向受压状态的岩石进行强行破碎，因此，在不良地质施工中，尤其是复杂硬岩、超硬岩地层隧道开挖中，刀盘刀具磨损加剧，严重时需要一天一换，成本及能耗消耗巨大，且现有技术中，刀具磨损后需要人工进入掌子面进行吊装更换，严重影响隧道施工效率和增大作业人员的工作强度，不利于隧道施工的安全性。更严重的是在超硬岩情况下，常规的滚刀压裂破岩的作业效率极低，导致常规TBM遇到极硬岩后施工进展缓慢。

因此，如何提高隧道掘进设备的掘进效率和施工效果，尤其是提高其刀盘总成对硬度较高的岩体的掘进作业效率是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种刀盘总成，该刀盘总成对硬度较高的岩体的掘进作业效率较高，能够使掘进设备的整体掘进效率和施工效果得以相应提高。本发明的另一目的是提供一种应用了该刀盘总成的隧道掘进设备以及采用了该隧道掘进设备的隧道掘进施工方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种刀盘总成，包括可定轴转动的刀盘，所述刀盘的前端面上沿其径向往复移动地设置有与掌子面配合的若干高压射流喷头组件以及若干冲击装置，各所述高压射流喷头组件沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，各所述冲击装置沿所述刀盘的周向及径向顺序排布，且所述高压射流喷头组件及所述冲击装置均与所述刀盘联动。

优选地，所述刀盘上设置有若干滚刀，各所述滚刀沿所述刀盘的径向和周向均匀布置并与所述刀盘联动。

优选地，各所述高压射流喷头组件与各所述冲击装置沿所述刀盘的前端面的径向交替间隔设置。

优选地，所述刀盘的前端面上设置有若干沿其径向延伸的辐条，各所述辐条沿所述刀盘的前端面的周向均匀布置，所述辐条上移动设置有定位组件，任一所述定位组件上设置有至少一个所述高压射流喷头组件和/或至少一个所述冲击装置。

优选地，所述刀盘上设置有能够控制所述高压射流喷头组件和所述冲击装置沿所述刀盘的轴向的作业长度的伸缩装置。

优选地，所述刀盘上设置有能够控制所述高压射流喷头组件的作业角度的转向装置。

优选地，所述高压射流喷头组件为纯水喷头组件、后混式磨料喷头组件或前混式磨料喷头组件中的任一种。

优选地，所述冲击装置为潜孔锤或凿岩机中的任一种。