[发明专利]破岩方法、破岩装置及掘进装置

说明书

本发明涉及土层或岩层全断面掘进设备，特别是涉及到了一种破岩方法、破岩装置及掘进装置。破岩方法包括以下步骤：1)使用自带滚刀驱动装置的滚刀的切刃斜切入至岩石中，移动滚刀直至在开挖面上开挖出能够供滚刀整体进入的切槽；2)调整滚刀的姿态，或者调换滚刀，使滚刀的切刃平切所述切槽的槽壁，平移滚刀直至完成开挖面的开挖。在步骤1)及步骤2)中，滚刀的切刃方向与驱动载荷基本位于同一方向。因此可避免刀刃承受弯矩，减少崩刃，由此也延长了刀具的正常工作周期，减少停机次数。综上所述，本发明的破岩方法可充分利用岩石抗拉剪强度低于抗压强度的特性，实现硬岩的拉剪破坏，提高破岩效率，同时降低破岩装置的损耗。

技术领域

本发明涉及土层或岩层全断面掘进设备，特别是涉及到了一种破岩方法、破岩装置及掘进装置。

背景技术

如今，在隧道及平峒开挖施工时，全断面掘进设备的应用已经非常普及。传统的典型全断面掘进设备包括掘进机主机以及后配套设备。掘进机主机包括盾体、刀盘以及主驱动，其中刀盘包括刀盘面板以及设于刀盘面板上的刀具，岩层中掘进时，破岩刀具主要采用的是滚刀，滚刀的滚轴延伸方向与掌子面(开挖面)平行，滚刀的刀刃垂直于掌子面。掘进过程中，掘进机主机通过主驱动带动刀盘旋转，通过撑靴等机构提供向前的推力，刀盘上的滚刀垂直挤压掌子面完成岩土体的开挖掘进。采用上述结构的掘进设备的破岩原理是滚刀借助刀盘强大的推力挤压破坏岩石的抗压强度而贯入岩石，迫使岩石浅层形成裂纹，相邻裂纹贯通后形成破碎块而脱落。基于上述破岩原理，传统的掘进装置需要很大的功耗，尤其是在岩石抗压强度较大时，破岩难度也将随之增大，当岩石抗压强度达到100MPa时，除了功耗极大以外，刀具的磨损也会加剧，频繁出现崩刃现象。当岩石抗压强度达到150MPa时，甚至会出现无法掘进的情况。

而研究表明，岩石的抗拉和抗剪强度仅为抗压强度的1/10-1/20，如果能对岩石的这一特性加以利用，将可以有效解决上述问题。基于上述思路，申请公布号为CN108571326A、公布日为2018年9月25日的专利申请提供了一种复合切削式硬岩掘进机刀盘及其掘进机，公告号为CN21400715U、公告日为2021年8月20日的专利提供了一种导洞扩孔旋切TBM刀盘，申请公布号为CN108868811A、公布日为2018年11月23日的专利申请提供了一种搭载悬切刀破岩的多臂式悬臂掘进机及其施工方法，公告号为CN208619111U、公告日为2019年3月19日的专利提供了一种掘进机硬岩截割装置及掘进机。

公布号为CN108571326A的专利申请公开的复合切削式硬岩掘进机刀盘中，刀盘面板的中心区域为平面结构，外侧区域为圆锥面结构，平面结构安装若干把盘形滚刀，圆锥面结构安装若干把悬切滚刀。通过盘形滚刀和悬切滚刀的组合布置，利用外侧区域刀具进行悬切破岩，以实现通过破坏岩石的抗拉强度来破碎岩石。

公告号为CN21400715U的专利公开的导洞扩孔旋切TBM刀盘中，刀盘面板包括中心盘座，中心盘座的中心设有中空通道，外壁上均布有辐条结构，中心盘座与辐条结构组成锥形镂空体，辐条结构上设有悬切滚刀结构。该刀盘同样尝试改变传统TBM滚刀滚压破岩的原理，利用岩石剪切强度远小于单轴抗压强度和临空面破岩的特点进行岩石破碎。

公布号为CN108868811A的专利申请公开的掘进机硬岩截割装置包括刀盘，刀盘通过悬臂与主体部分连接，并且在刀盘与悬臂之间设置有驱动装置，通过驱动装置驱使刀盘摆动，从而调节刀盘上刀具的切入角度。通过控制刀具切割岩石的角度，破坏岩石的抗拉强度来实现破岩的目的。

公告号为CN208619111U的专利公开的搭载悬切刀破岩的多臂式悬臂掘进机包括主体，主体上设有回转台，回转台上设置有悬臂，悬臂通过转轴连接有刀盘，刀盘上的刀具为旋切刀，掘进过程中，通过悬臂与回转台之间的俯仰油缸驱动悬臂摆动，以斜切的方式破岩，通过设置多个所述悬臂，以期达到提高开挖效率的目的。