[发明专利]一种高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘及其使用方法

权利要求书

1.一种高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘，其特征在于，包括：

刀盘，所述刀盘内部设有驱动装置，所述刀盘朝向其掘进方向的端面分别设有先行滚刀、中心滚刀及普通滚刀；

边缘滚刀，所述边缘滚刀以刀盘中心轴为轴线圆周阵列分布在所述刀盘最外侧，并与所述刀盘掘进方向呈倾斜夹角；

高压水射流喷嘴，所述高压水射流喷嘴以刀盘中心轴为轴线圆周阵列设有若干圈，并由内向外呈放射状分布在所述刀盘掘进方向的端面，所述高压水射流喷嘴与所述刀盘内部的驱动装置传动连接；

液氮喷嘴，所述液氮喷嘴安装在所述刀盘设置的开孔中，并与所述刀盘内部的驱动装置传动连接。

2.根据权利要求1所述的高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘，其特征在于：所述液氮喷嘴设置在相邻两先行滚刀或普通滚刀之间。

3.根据权利要求1所述的高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘，其特征在于：所述液氮喷嘴的数量为高压水射流喷嘴数量的1/3～1/2。

4.根据权利要求1所述的高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘，其特征在于：所述刀盘掘进方向的端面上下相邻两圈设置的高压水射流喷嘴分布在先行滚刀或普通滚刀的两侧。

5.一种高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘的使用方法，其特征在于：包括权利要求1-4任一所述的高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘，TBM停止向前掘进换步时对掌子面进行预破坏，具体使用方法包括如下步骤，

S1.高压水射流喷嘴从刀盘伸出，并向掌子面喷射高压水射流，在掌子面形成孔洞后高压水射流喷嘴先收回刀盘内部，同时刀盘旋转角度后高压水射流喷嘴从刀盘伸出，继续对掌子面进行高压水射冲孔，重复多次直至掌子面密布有水射流冲击产生的孔洞后高压水射流喷嘴收回刀盘内部；

S2.液氮喷嘴从开孔伸出并向掌子面喷射液氮，使液氮喷入到掌子面通过高压水射形成的孔洞内，而高压水射流喷嘴喷射时喷射在孔洞内的水遇到液氮结冰，体积膨胀，从而使孔洞周围岩体产生微小裂纹完成对掌子面的预破坏；

S3.TBM换步完成后刀盘旋转并向掘进方向前进通过边缘滚刀、先行滚刀、中心滚刀及普通滚刀对掌子面进行切割，刀盘将掌子面表层岩石剥离后重复上述步骤进行破岩。

6.根据权利要求5所述的高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘的使用方法，其特征在于：所述高压水射流喷嘴靠近掌子面设置，且其与掌子面之间的间距小于4.5cm。

7.根据权利要求5所述的高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘的使用方法，其特征在于：所述高压水射流喷嘴在掌子面上喷射形成的孔洞其孔间距小于300mm。

8.根据权利要求5所述的高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘的使用方法，其特征在于：所述液氮喷嘴的喷射流量为5-20L/min。

9.根据权利要求5所述的高压水冲孔冻结膨胀破岩TBM刀盘的使用方法，其特征在于：所述高压水射流喷嘴喷射的高压水射流其温度为1-10℃。