[实用新型]一种新型激光辅助破岩TBM结构

说明书

本实用新型公开了一种新型激光辅助破岩TBM结构，包括刀盘装置和激光系统，激光系统包括至少一台激光发生器，激光传输光纤和激光输出光学头；激光发生器产生激光，并通过激光传输光缆及激光输出光学头输出，激光输出光学头按照预先设定的位置搭载在TBM刀盘上，在TBM工作的过程中，激光输出光学头发出的激光束通过对应的激光输出口按预定的方式照射在岩石上配合刀盘上的刀具破岩，岩石或其他物体在吸收激光能量下，结构发生弱化并在TBM刀具的作用下发生破坏，本实用新型可降低隧道施工难度，节省施工成本，同时采用激光照射破岩减少了机械开挖对地层的扰动，提高施工安全性。

技术领域

本实用新型属于隧道施工设备技术领域，涉及到一种新型激光辅助破岩TBM结构。

背景技术

由于TBM(tunnel boring machine，隧道掘进机)掘进效率高，而且安全性远远高于钻爆法开挖，所以越来越多的山岭隧道采用TBM进行施工。当遇到高强度岩石，如花岗岩、大理石等，TBM掘进效率明显下降，刀具消耗快，施工成本增加。如何有效提高TBM的破岩效率，是TBM研究的关键技术之一。

未来10年内，各类隧道掘进里程约2万公里，硬岩TBM设备需求约600台，能有效提高这些TBM设备的掘进效率，产生的节能、环保、经济效益将非常显著。常规TBM在深层地层高硬度岩石施工方面遇到一定的困难，因此，寻找一个节能、安全高效的破岩方法是目前研究中的一个热点。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种新型激光辅助破岩TBM结构，适应于深层地层高硬度岩石等地质，开挖过程中对地层扰动小，在提高了破岩效率和施工效率的同时提升了施工安全性。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种新型激光辅助破岩TBM结构，其包括驱动装置，TBM刀盘装置，清理装置和激光系统；所述激光系统包括至少一台激光发生器，其中每台激光发生器至少包括一根激光输出光缆和一个激光输出光学头；其中和激光传输光缆相连的激光输出光学头按照预先设定的位置搭载在所述TBM刀盘上，驱动装置推动TBM并驱动所述TBM刀盘装置，在TBM工作的过程中，激光发生器发出的激光束通过激光传输光缆并通过激光输出光学头按预定照射在掘进表面上，掘进表面上的岩石或其他物体在吸收激光能量被加热下，结构发生弱化并在TBM刀盘装置上刀具的作用下发生破坏，使掘进完成，清理装置则在掘进中清理碎石碎渣并保证掘进可连续进行。

进一步，还包括一个激光空间分束系统，所述激光空间分束系统将激光发生器所产生的激光分成多路，各路激光可通过相应的激光输出光缆以及相应的激光输出光学头到达加热表面。

优选的，所述刀盘上相对应于激光输出光学头具有光学窗口，所述光学窗口在刀盘上所连接的位置具有预定的角度，使激光可按照预定的角度照射到刀具作用部位附近岩石表面。

优选的，所述激光的光斑可保持刀具作用部位附近岩石表面处于软化或弱化的状态。

优选的，还包括激光冷却器和电源系统，用来给各激光发生器供电及提供冷却。

优选的，每个光斑激光功率范围50-20000瓦。

优选的，照射在岩石或其他物体上的光斑形状为圆形，方形，长方形或不规则形状。

优选的，所述激光发生器为半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。

优选的，所述激光发生器为脉冲输出激光器或连续输出激光器。

优选的，所述激光发生器为或波长为近红外的激光器。