【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道及地下工程，尤其是涉及一种tbm激光-高压水-滚刀联合装置及破岩方法。
技术介绍
1、全断面隧道掘进机(tbm)以其安全、高效、机械化程度高、节省人工等优势，在国内外隧道工程中得以广泛应用，特别近年来随着水利、公路、铁路等基础设施建设规模逐步提升，对tbm提出了更高的要求。
2、在硬岩或极硬岩地层中，由于围岩强度较高、完整性较好，tbm掘进时滚刀磨损速率极快，掘进成本迅速增加，同时掘进速率大幅下降，tbm难以发挥其高效快速掘进的优势。
3、激光破岩技术是一种非机械接触式的物理破岩方法，利用激光器发出的高能激光光束辐射岩石表面，光能转化成热能向岩石内部传递，受局部温度骤增影响，岩石在热应力作用下发生破裂，而后随着温度的不断升高，岩石发生熔化、蒸发甚至气化等相变破坏。激光破岩技术最早应用于石油钻井领域，在隧道及地下工程领域应用较少。
4、水射流破岩技术又名水刀，是利用高压水射流的强冲击力与裹挟能力，对岩石等材料进行切割，切割时产生的热量会立即被高速流动的水射流带走，并且不产生有害物质。目前国内水刀的最大压强已经做到了420mpa，足以满足隧道破岩需求。
5、中国专利号：cn110318765a，专利名称为“基于岩性识别的机械-水力联合破岩tbm实时掘进方法”，提出通过监测滚刀推力识别掌子面的岩性指标，经过与室内试验结果比对，选取针对性水力破岩参数，联合刀具进行机械-水力联合破岩的tbm掘进方法，可一定程度降低破岩能耗，但识别掌子面岩性指标时考虑的因素比较简单，使用的辅
6、中国专利号：cn112096396a，专利名称为“微波、激光及空化射流组合的破岩刀盘及破岩方法”，专利技术人夏毅敏，向香彩等人专利技术了一种将微波、激光与空化射流技术相组合的破岩刀盘及破岩方法，运用了多种辅助破岩方式，最终需要配合滚刀进行破岩，但并未考虑滚刀与其他辅助破岩方式共同作用条件下的最优参数，且未结合掌子面的围岩情况选取针对性的破岩与掘进参数，破岩效率有待提高。
7、中国专利号：cn109139034a，专利名称为“一种采用激光切割破岩的隧道掘进装置及方法”，专利技术人马修泉，周邵巍等人专利技术了一种采用激光切割破岩的隧道掘进装置及方法，设计较为新颖，但由于纯粹依靠激光进行切割破岩，能耗较高，实际工程中推广难度大。
8、虽然许多专家学者针对tbm在硬岩地层中掘进速率较低的问题，结合各种辅助破岩技术设计了许多新型tbm，但大都没有针对掌子面的围岩情况采取针对性的辅助破岩参数，往往存在辅助破岩“过度”或“不足”的情况，因此，亟需开发一种可以根据掌子面围岩情况采取针对性辅助破岩参数的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种tbm激光-高压水-滚刀联合装置及破岩方法，可显著提高tbm破岩效率，降低刀具磨损，同时可依托围岩识别技术，结合大量室内实验数据，综合考虑辅助破岩技术与滚刀破岩的结合效果，针对掌子面的围岩情况选取最优辅助破岩参数与掘进参数，使tbm能最大限度发挥破岩能力。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种tbm激光-高压水-滚刀联合装置及破岩方法，包括tbm刀盘主体，所述tbm刀盘主体上设置有刀盘和设置于刀盘外围的刀盘保护壳，所述刀盘上设置有滚刀，所述刀盘的一侧设置有转轴，所述转轴的上方设置有输送组件，所述输送组件的上方设置有第一支撑板；所述转轴的上套设有支架，所述支架的两侧分别设置有第二支撑板、第三支撑板与输送组件、第一支撑板的两侧连接，激光辅助破岩模块上设置有激光发生器，激光发生器上设置有激光传输线缆，激光传输线缆的另一端设置有激光发射器，激光发生器与设置于其一侧的冷却组件连接；
3、水射流辅助破岩模块上设置有高压水射流发生器，高压水射流发生器上设置有高压水传输管道，高压水传输管道的一端设置有水射流喷嘴；
4、所述刀盘上设置有激光发射孔和水射流发射孔，所述激光发生器位于激光发射孔内，所述水射流喷嘴位于水射流发射孔内。
5、优选的，包括岩渣图像采集模块，所述岩渣图像采集模块上设置有采集支架，所述采集支架的中央位置上设置有补光灯，所述采集支架上设置有多个高速照相机；
6、所述激光发射孔、水射流发射孔的一端分别设置有激光头保护罩、喷嘴保护罩。
7、优选的，包括刀盘振动监测模块，所述刀盘振动监测模块上设置有刀盘振动监测组件于刀盘的一侧，所述刀盘振动监测模块上还设置有无线振动数据采集仪设置于刀盘保护壳上；
8、所述刀盘振动监测组件上设置有监测点保护罩，所述监测点保护罩内设置有沿半径方向的水平无线振动监测传感器、垂直半径方向的垂直无线振动监测传感器和隧道轴线方向的竖向无线振动监测传感器；
9、还包括中央控制控制系统，所述中央控制系统上设置有围岩识别模块、综合处理模块、刀盘掘进控制模块、激光破岩控制模块、水射流破岩控制模块、激光-水射流-滚刀联合破岩模块、辅助破岩数据库；
10、所述围岩识别模块包括刀盘振动围岩识别组件和岩渣图像围岩识别组件；
11、所述刀盘振动围岩识别组件包括刀盘振动数据采集控制单元、刀盘振动数据前处理单元、刀盘振动数据分析单元和刀盘振动数据库单元；
12、所述岩渣图像围岩识别组件包括岩渣图像数据采集控制单元、岩渣图像数据前处理单元、岩渣图像数据分析单元和岩渣图像特征数据库单元。
13、一种tbm激光-高压水-滚刀联合装置的破岩方法，包括以下步骤：
14、s1、激光-水射流-滚刀联合破岩施工准备；
15、s2、tbm试掘进，刀盘带动滚刀以固定推力和刀盘转速破碎掌子面围岩；
16、s3、围岩识别模块收集刀盘振动监测模块监测的刀盘振动情况和岩渣图像采集模块拍摄的传送带岩渣图像；
17、s4、围岩识别模块处理反馈信息并提出掌子面围岩各项岩性指标的预测值；
18、s5、综合处理模块联合辅助破岩数据库，分析围岩识别模块预测出的掌子面围岩岩性指标数据，提出激光-水射流-滚刀联合破岩参数；
19、s6、激光辅助破岩模块、水射流辅助破岩模块和刀盘掘进控制模块获取参数并进行调整；
20、s7、tbm激光-水射流-滚刀联合破岩。
21、优选的，在步骤s1中，通过现场钻孔取芯和切割大块岩渣获取岩样，分别进行激光破岩室内试验、水射流破岩室内试验和激光-水射流-滚刀联合破岩室内试验，建立辅助破岩数据库，具体包括：
22、激光破岩室内试验分析采集得到的岩样在不同激光功率、离焦量激光参数下对切缝深度、切缝宽度及微裂隙的影响规律，分析岩样对不同单轴抗压强度和岩体完整性系数岩样的切割效果，得到的分析结果存储到辅助破岩数据库中；
23、水射流破岩室内试验分析岩样在不同水压下对切缝深度、切缝宽度及微裂隙的影响规律，分析岩样对不同单轴抗压强度和岩体完整性系数岩样的切割效果，得到的分析结果存储到辅助破岩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种TBM激光-高压水-滚刀联合装置，包括TBM刀盘主体，所述TBM刀盘主体上设置有刀盘和设置于刀盘外围的刀盘保护壳，所述刀盘上设置有滚刀，所述刀盘的一侧设置有转轴，所述转轴的上方设置有输送组件，所述输送组件的上方设置有第一支撑板；所述转轴上套设有支架，所述支架的两侧分别设置有第二支撑板、第三支撑板，所述第二支撑板、第三支撑板分别与与输送组件、第一支撑板的两侧连接，其特征在于，激光辅助破岩模块上设置有激光发生器，激光发生器上设置有激光传输线缆，激光传输线缆的另一端设置有激光发射器，激光发生器与设置于其一侧的冷却组件连接；
2.根据权利要求1所述的一种TBM激光-高压水-滚刀联合装置，其特征在于，包括岩渣图像采集模块，所述岩渣图像采集模块上设置有采集支架，所述采集支架的中央设置有补光灯，所述采集支架上设置有多个高速照相机；
3.根据权利要求2所述的一种TBM激光-高压水-滚刀联合装置，其特征在于，包括刀盘振动监测模块，所述刀盘振动监测模块上设置有刀盘振动监测组件于刀盘的一侧，所述刀盘振动监测模块上还设置有无线振动数据采集仪设置于刀盘保护壳上；
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