[发明专利]刀盘和冲击排钻与滚刀破岩的全断面掘进机及破岩方法

说明书

本发明公开了一种刀盘和冲击排钻与滚刀破岩的全断面掘进机及破岩方法，用于全断面掘进机，刀盘的径向方向上设置有多个滚刀装置，刀盘的外缘部位设置有钻孔装置。使用时刀盘不转动，所有钻孔装置开始工作，向掌子面钻孔，完成当前一组钻孔后，刀盘旋转一定角度使得钻孔装置的下一组钻孔与当前一组钻孔相邻，完成第二组钻孔，最终掌子面与周边围岩的分离形成临空面，钻孔装置在掌子面上先挖出周边槽孔形成临空面，使掌子面与周边围岩隔离，再用滚刀进行破岩，减小了后续施工中对围岩的扰动，并且形成临空面后减小了掌子面最外侧岩石的强度，外圈滚刀不再是三向受力，增加外圈滚刀破岩的效率，降低刀具和能量损耗，从而提高破岩效率且提高使用寿命。

技术领域

本发明涉及盾构掘进技术领域，尤其涉及一种刀盘和冲击排钻与滚刀破岩的全断面掘进机及破岩方法。

背景技术

在隧道施工领域，盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。但是针对硬岩和超硬岩的开挖施工，TBM掘进速度依然十分缓慢，特别是靠近刀盘中心的岩石破碎难度极大，刀具损坏严重，导致施工成本和能源消耗巨大。

TBM在掘进中是利用刀盘上的滚刀滚压切削破岩，在驱动系统的作用下，刀盘上的滚刀随刀盘径向旋转，在推进力的作用下，滚刀切入掌子面岩石并挤压破岩。但是刀盘的旋转速度很慢，通常为10r/min，所产生的冲击载荷较小，与液压冲击器相比，例如潜孔锤、凿岩机，其冲击载荷可忽略不计，因此，刀盘在破碎硬岩或超硬岩的效率低，而且越靠近刀盘中心位置滚刀的线速度越低，其产生的冲击载荷就越低，导致破碎掌子面中心位置的岩石难度极大，刀具磨损严重，掘进效率慢。

因此，如何提供一种刀盘，以提高破岩效率且提高使用寿命，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种刀盘，以提高破岩效率且提高使用寿命。本发明的另一目的在于提供一种采用上述刀盘的冲击排钻与滚刀破岩的全断面掘进机及破岩方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种刀盘，用于全断面掘进机，所述刀盘的径向方向上设置有多个滚刀装置，

所述刀盘的外缘部位设置有钻孔装置。

优选的，上述钻孔装置包括箱体、安装座、驱动装置、钻头和钻杆，所述箱体固定在所述刀盘上，所述箱体内设置有所述安装座，所述驱动装置固定在所述安装座上，所述钻杆连接在所述驱动装置上，所述钻头固定在所述钻杆的端部。

或者，所述钻孔装置为液压凿岩机，或者潜孔锤，或者破碎锤。

优选的，上述钻孔装置为排钻，所述驱动装置为排钻驱动装置，所述钻头和所述钻杆均为多个。

优选的，上述驱动装置为液压冲击破岩设备。

优选的，上述钻孔装置为多个且呈等夹角设置在所述刀盘上。

优选的，每个所述滚刀装置自圆心至外缘逐渐凸起。

本发明还提供一种冲击排钻与滚刀破岩的全断面掘进机，包括刀盘，所述刀盘为如上述任意一项所述的刀盘。

优选的，上述的冲击排钻与滚刀破岩的全断面掘进机还包括盾体和出渣装置，所述刀盘设置在所述盾体上，所述出渣装置内置在所述盾体中。

本发明还提供一种破岩方法，采用如上述任意一项所述的刀盘，包括：

步骤1)所述刀盘不转动，所述刀盘的外缘部位所有所述钻孔装置开始工作，向掌子面钻孔；