[发明专利]基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备和施工方法

说明书

本发明提供了一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备和施工方法。该破碎带开挖装备包括台车主体、自激脉冲射流装置以及超前支护装置；自激脉冲射流装置包括自激脉冲射流枪、自激脉冲机械臂和增压组件，自激脉冲射流枪通过自激脉冲机械臂连接于台车主体，自激脉冲射流枪与增压组件连通且枪口朝向掌子面；超前支护装置包括注浆组件和支护机械臂，注浆组件通过支护机械臂角度可调式连接于台车主体，以对掌子面的外侧围岩进行超前支护。该破碎带开挖装备通过注浆组件实现对破碎带段定量化的超前支护，将待开挖区域与围岩有效的分隔开来，充分利用开挖区域的破碎岩体天然联通性，通过自激脉冲射流装置实现对过破碎带隧道实现有效开挖。

技术领域

本发明涉及隧道设备技术领域，特别涉及一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备和施工方法。

背景技术

隧道穿越断层破碎带施工过程具有影响范围广、技术难度大、处置周期长和安全风险高等特点。TBM或者盾构机在通过断层破碎带时，围岩自身不能自稳造成不同规模的塌方并且卡机问题频发，对隧道掘进造成影响，导致被迫停机。钻爆法的使用会导致破碎带周围岩层、流体产生互相作用，极易发生塌方等问题，并且对周边环境扰动较大。

现有技术的隧道过破碎带的施工方案都极受破碎带突泥涌水的影响，如不能采取合理可靠的措施，极易造成工期延误，甚至导致财产损失、人员伤亡等难以承受的后果。基于此，我们迫切的需要一种基于非爆破破岩且不受突泥涌水等破碎带特有问题影响的施工装备与方法，以此来改善目前隧道的施工环境和劳动强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备，该破碎带开挖装备通过注浆组件实现对破碎带段定量化的超前支护，将待开挖区域与围岩有效的分隔开来，充分利用开挖区域的破碎岩体天然联通性，通过自激脉冲射流装置实现对过破碎带隧道实现有效开挖。

本发明的目的还在于提供一种施工方法。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备包括台车主体、自激脉冲射流装置以及超前支护装置；所述自激脉冲射流装置包括自激脉冲射流枪、自激脉冲机械臂和增压组件，所述自激脉冲射流枪通过所述自激脉冲机械臂角度可调式连接于所述台车主体，所述自激脉冲射流枪与所述增压组件连通且枪口朝向掌子面，以将所述增压组件产生的高压水流射向所述掌子面；所述超前支护装置包括注浆组件和支护机械臂，所述注浆组件通过所述支护机械臂角度可调式连接于所述台车主体，以对所述掌子面的外侧围岩进行超前支护。

根据本发明的一实施方式，其中，所述自激脉冲射流枪包括射流枪壳体、震荡内芯和脉冲阀，所述射流枪壳体与所述增压组件连接，以使高压水进入所述射流枪壳体，所述震荡内芯连接于所述射流枪壳体，以在所述震荡内芯和所述射流枪壳体之间形成引流腔，所述震荡内芯的内部沿其轴线开设有箭头状的震荡腔，所述引流腔的出水端与所述震荡腔连通，所述脉冲阀设置于所述射流枪壳体的出水端，以将震荡后的高压水周期性射出。

根据本发明的一实施方式，其中，所述射流枪壳体包括依次连接的扩流部、震荡部和过渡部，所述扩流部的直径大于所述震荡部的直径，以使大部分高压水流进入所述引流腔，所述过渡部的直径小于所述震荡部的直径，以对震荡后的高压水流进行初步加压。

根据本发明的一实施方式，其中，所述脉冲阀包括阀体和球体，所述阀体围设形成两端开口的阀腔且连接于所述射流枪壳体，所述球体设置于所述阀腔内，以通过高压水流的冲击与所述阀体远离所述射流枪壳体的一端开口形成周期性抵接。

根据本发明的一实施方式，其中，所述注浆组件包括钻注一体钻钎、伺服电机、风炮气缸和注浆管，所述风炮气缸连接于所述支护机械臂，所述伺服电机连接于所述风炮气缸，以通过所述风炮气缸推动所述伺服电机，所述钻注一体钻钎为空心状结构且连接于所述伺服电机，以通过所述伺服电机带动所述钻注一体钻钎旋转，所述注浆管与所述钻注一体钻钎连通，以将特质浆料通过所述钻注一体钻钎填入围岩。