水力-机械联合破岩TBM装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种水力‑机械联合破岩TBM装置。它包括旋转驱动，推进油缸，外机架，油压缸，外机架上撑靴和TBM刀盘结构；所述TBM刀盘结构安装在所述旋转驱动前端、且位于所述外机架前侧；所述外机架位于所述旋转驱动外侧；所述外机架上撑靴位于所述外机架后方、且与所述外机架通过所述推进油缸连接；所述TBM刀盘结构包括TBM刀盘，机械滚刀结构和水力切割刀具模块；所述机械滚刀结构和所述水力切割刀具模块均呈周向安装在所述TBM刀盘上、且均呈间隔布置；所述水力切割刀具模块安装在相邻二个所述机械滚刀结构之间。本实用新型专利技术具有提高破岩效率，减少破岩能耗，降低机械磨损的优点。

【技术实现步骤摘要】
水力-机械联合破岩TBM装置
本技术涉及隧道及地下工程
，特别涉及复杂地质条件TBM隧道施工领域，更具体地说它是水力-机械联合破岩TBM装置。
技术介绍
传统TBM采用机械滚刀破岩，TBM滚刀在破岩时往往具有三种状态，即贯入度过小、贯入度合适和贯入度过大。在一定的滚刀间距条件下，贯入度过小时，刀盘下方产生的裂纹会向破岩自由面(掌子面)上拓展并形成三角形的岩石渣片，亦或者两相邻滚刀所产生的水平向裂纹无法交汇，滚刀之间的岩脊无法被切削破坏，需要多次重复破岩才能达到良好的破岩效果，但此方法会造成破岩能耗增加，影响破岩效率；在一定的滚刀间距条件下，贯入度过大时，相邻滚刀间的岩石被切削成细小的岩石渣片、颗粒甚至粉末，岩石被过度破碎，造成了能耗的增加和刀具磨碎；合适的贯入度应该在一定滚刀间距条件下，以最小的能耗和机构磨损，形成最大的破岩范围。传统机械常截面盘形滚刀破岩贯入度由TBM参数确定，针对不同的掌子面岩性种类会做出调整，但是每次只能针对一种掌子面的岩石进行调整，由于底层地质复杂，各种岩性的岩石交错布置，使用传统机械进行破岩，效率低、破岩能耗大、易磨损滚刀；且由于施工过程中很难找到合适的TBM贯入度，所以容易造成TBM切削能量的损耗和刀盘的磨损。现有TBM破岩方法中采用的常规滚刀结构，第一种破岩方式为：采用普通滚轮式滚刀破岩；第二种破岩方式为：在TBM刀盘空白位置上随机打孔案装水射流结构，使水射流结构与普通滚轮式滚刀间隔布置，采用水力和机械联合破岩；但是采用上述第一种破岩方式进行破岩，破坏岩石所需最大力较大，且易磨损滚刀，破岩效率较低；采用上述第二种破岩方式进行破岩，如申请号为：201310188881.X，专利名称为《高压水射流在掘进机刀盘中的布置方法与结构》；其在传统TBM刀盘主体结构形式基础上，在TBM刀盘的空白位置随机布置若干高压水喷嘴，具有提高TBM的破岩效率，降低刀盘温度，对环境防尘降温；但是，由于其需在TBM刀盘上专门开设安装高压水刀的开孔，结构复杂，随机对机械滚刀进行降温，并不具有针对性，由于其处于常开状态，易造成水资源浪费，破岩能耗较高，且达不到预计效果。如申请号为CN105736006A，专利名称为《高压水射流全断面岩石掘进机刀盘设计方法》，技术人霍军周、朱冬等改变了传统圆形刀盘的形状，采用两个十字形辐条布局，通过四辐条上水射流的冲击以及刀具的旋转挤压来进行岩石破碎，降低了破岩能耗；但是其对传统TBM刀盘的改动较大，成本较高，不利于实现及应用。随着社会的日益发展，隧道及地下工程对TBM的使用需求越来越高；因此，现亟需开发一种破岩效率较高、破岩能耗较少、机械磨损较低的水力-机械联合破岩TBM掘进装备。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供水力-机械联合破岩TBM装置，保证水力切割刀具模块始终紧贴岩石掌子面进行水刀切割，保证喷嘴与掌子面的距离为喷嘴喷射作用力最大的范围，提高破岩效率，减少破岩能耗，降低机械磨损。为了实现上述目的，本技术的技术方案为：水力-机械联合破岩TBM装置，包括旋转驱动，推进油缸，外机架，油压缸，外机架上撑靴和TBM刀盘结构；所述TBM刀盘结构安装在所述旋转驱动前端、且位于所述外机架前侧；所述外机架位于所述旋转驱动外侧；所述外机架上撑靴位于所述外机架后方、且与所述外机架通过所述推进油缸连接；其特征在于：所述TBM刀盘结构包括TBM刀盘，机械滚刀结构和水力切割刀具模块；所述机械滚刀结构和所述水力切割刀具模块均呈周向安装在所述TBM刀盘上、且均呈间隔布置；所述水力切割刀具模块安装在相邻二个所述机械滚刀结构之间。在上述技术方案中，所述水力切割刀具模块包括水力切割刀具模块框架、推力弹簧结构、水力切割刀具模块推力油缸和水力切割刀具；所述推力弹簧结构位于所述水力切割刀具模块框架内；所述水力切割刀具模块推力油缸的位于所述推力弹簧结构上端；所述水力切割刀具固定于所述水力切割刀具模块框架下端。在上述技术方案中，所述水力切割刀具模块还包括水力切割刀具模块导向连接油缸、固定座；所述水力切割刀具模块导向连接油缸有多个；所述水力切割刀具模块推力油缸和所述水力切割刀具模块导向连接油缸的固定端均固定于所述固定座上；所述水力切割刀具模块推力油缸的伸缩端与所述推力弹簧结构的上板连接；所述推力弹簧结构的下板固定在所述水力切割刀具模块框架的侧壁中部；所述水力切割刀具模块导向连接油缸的伸缩端固定于所述水力切割刀具模块框架侧壁上端。在上述技术方案中，所述水力切割刀具包括高压水管道、高压水切割刀具伴随滚动轮和刀具中轴；所述刀具中轴两端分别固定于所述水力切割刀具模块框架侧壁下端；所述高压水切割刀具伴随滚动轮套在所述刀具中轴上；所述高压水管道垂直向下穿过所述刀具中轴、且固定在所述刀具中轴上；所述高压水切割刀具伴随滚动轮中部设有滚动轴承；所述滚动轴承套在所述刀具中轴上、且与所述刀具中轴活动连接。在上述技术方案中，所述高压水切割刀具伴随滚动轮有多个；所述高压水管道位于间隔设置的所述高压水切割刀具伴随滚动轮之间；所述刀具中轴上设有固定通孔；所述高压水管道外周设有高压水管道保护套筒；所述高压水管道保护套筒自上而下伸出所述固定通孔、且固定在所述固定通孔上；所述高压水管道保护套筒下端伸出所述固定通孔的长度小于所述高压水切割刀具伴随滚动轮下端到所述刀具中轴的距离。在上述技术方案中，所述高压水管道下端设有喷嘴；所述喷嘴位于所述高压水管道保护套筒内；有高压水管道外接口设于所述水力切割刀具模块框架外侧壁上；所述高压水管道上端穿过所述水力切割刀具模块框架侧壁、与所述高压水管道外接口连通；所述高压水管道保护套筒紧贴推力弹簧结构的下板。在上述技术方案中，所述水力切割刀具模块安装在相邻二个所述机械滚刀结构之的中心位置；当TBM刀盘处于初始状态时，所述高压水切割刀具伴随滚动轮伸出所述TBM刀盘的长度大于所述机械滚刀结构伸出所述TBM刀盘的长度；当TBM刀盘处于工作状态时，所述高压水切割刀具伴随滚动轮伸出所述TBM刀盘的长度与所述机械滚刀结构伸出所述TBM刀盘的长度相等。在上述技术方案中，还包括水刀旋转调节部，可伸缩水管，水仓，后支撑，护盾，铲斗和皮带输送机；所述水刀旋转调节部位于所述旋转驱动的前部、且与所述旋转驱动共轴；所述水仓位于所述后支撑后方；所述可伸缩水管一端与所述水刀旋转调节部连通、另一端与所述水仓连通；所述高压水管道外接口通过连通管道与所述水刀旋转调节部连通；所述护盾位于所述外机架侧方、且与所述外机架通过所述油压缸连接；所述后支撑位于所述外机架上撑靴后方；所述皮带输送机位于所述外机架内侧，所述铲斗位于所述皮带输送机前端、且位于所述外机架前端。本技术具有如下优点：(1)本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水力-机械联合破岩TBM装置，包括旋转驱动(12)，推进油缸(13)，外机架(17)，油压缸(19)，外机架上撑靴(20)和TBM刀盘结构(23)；/n所述TBM刀盘结构(23)安装在所述旋转驱动(12)前端、且位于所述外机架(17)前侧；所述外机架(17)位于所述旋转驱动(12)外侧；所述外机架上撑靴(20)位于所述外机架(17)后方、且与所述外机架(17)通过所述推进油缸(13)连接；其特征在于：所述TBM刀盘结构(23)包括TBM刀盘(10)，机械滚刀结构(9)和水力切割刀具模块(7)；/n所述机械滚刀结构(9)和所述水力切割刀具模块(7)均呈周向安装在所述TBM刀盘(10)上、且均呈间隔布置；/n所述水力切割刀具模块(7)安装在相邻二个所述机械滚刀结构(9)之间。/n

【技术特征摘要】
1.水力-机械联合破岩TBM装置，包括旋转驱动(12)，推进油缸(13)，外机架(17)，油压缸(19)，外机架上撑靴(20)和TBM刀盘结构(23)；
所述TBM刀盘结构(23)安装在所述旋转驱动(12)前端、且位于所述外机架(17)前侧；所述外机架(17)位于所述旋转驱动(12)外侧；所述外机架上撑靴(20)位于所述外机架(17)后方、且与所述外机架(17)通过所述推进油缸(13)连接；其特征在于：所述TBM刀盘结构(23)包括TBM刀盘(10)，机械滚刀结构(9)和水力切割刀具模块(7)；
所述机械滚刀结构(9)和所述水力切割刀具模块(7)均呈周向安装在所述TBM刀盘(10)上、且均呈间隔布置；
所述水力切割刀具模块(7)安装在相邻二个所述机械滚刀结构(9)之间。


2.根据权利要求1所述的水力-机械联合破岩TBM装置，其特征在于：所述水力切割刀具模块(7)包括水力切割刀具模块框架(1)、推力弹簧结构(2)、水力切割刀具模块推力油缸(3)和水力切割刀具(6)；
所述推力弹簧结构(2)位于所述水力切割刀具模块框架(1)内；
所述水力切割刀具模块推力油缸(3)的位于所述推力弹簧结构(2)上端；所述水力切割刀具(6)固定于所述水力切割刀具模块框架(1)下端。


3.根据权利要求2所述的水力-机械联合破岩TBM装置，其特征在于：所述水力切割刀具模块(7)还包括水力切割刀具模块导向连接油缸(4)、固定座(5)；
所述水力切割刀具模块导向连接油缸(4)有多个；
所述水力切割刀具模块推力油缸(3)和所述水力切割刀具模块导向连接油缸(4)的固定端均固定于所述固定座(5)上；
所述水力切割刀具模块推力油缸(3)的伸缩端与所述推力弹簧结构(2)的上板连接；
所述推力弹簧结构(2)的下板固定在所述水力切割刀具模块框架(1)的侧壁中部；
所述水力切割刀具模块导向连接油缸(4)的伸缩端固定于所述水力切割刀具模块框架(1)侧壁上端。


4.根据权利要求3所述的水力-机械联合破岩TBM装置，其特征在于：所述水力切割刀具(6)包括高压水管道(6.1)、高压水切割刀具伴随滚动轮(6.2)和刀具中轴(6.3)；
所述刀具中轴(6.3)两端分别固定于所述水力切割刀具模块框架(1)侧壁下端；
所述高压水切割刀具伴随滚动轮(6.2)套在所述刀具中轴(6.3)上；
所述高压水管道(6.1)垂直向下穿过所述刀具中轴(6.3)、且固定在所述刀具中轴(6.3)上；
所述高压水切割刀具伴随滚动轮(6.2)中部设有滚动轴承(6.21)；
所述滚动轴承(6.21)套在所述刀具中轴(6.3)上、且与所述刀具中轴(6.3)活动连接。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐福通，卢景景，周辉，张传庆，邱浩权，高阳，韩钢，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：新型
国别省市：湖北;42