[发明专利]一种激光-高压水射流联合钻具及方法

说明书

本发明提供了一种激光‑高压水射流联合钻具及方法，包括钻头、连杆、激光系统、一级连杆夹持装置、二级连杆夹持装置和尾部连杆，连杆包括若干节，各节连杆之间套接；钻头设置于最前端的连杆的前端，所述连杆的中间中空，用于容纳所述激光系统，所述连杆的后部外侧设置有一级连杆夹持装置，最后端的连杆的后部连接所述尾部连杆，所述尾部连杆的外侧设置有二级连杆夹持装置；钻头外延环向设置有若干水刀，且水刀的角度可调；激光系统套设在所述连杆的内部，且与连杆的内壁不发生干涉。本发明通过激光系统和水射流系统与小型连杆的巧妙结合与布局，能够实现联合钻具小型化，且能沿预定开挖方向高效稳定施作边孔，解决边孔外插角和超欠挖问题。

技术领域

本发明属于隧道开挖技术领域，涉及一种激光-高压水射流联合钻具及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在隧道开挖建设中，钻爆法以其适应性强、施工组织管理简单、大型设备依赖性低、快速经济的特点，一直占据着主导地位。然而在钻爆法隧道施工中，初期支护会跟着施工掌子面向前推移，致使初期支护与掌子面之间距离很小，同时由于凿岩台车本身结构的原因，导致在进行掌子面周边钻孔时不能沿隧道开挖轮廓线钻进，而是存在外插角，呈一定角度倾斜钻进。而目前凿岩台车大多采用后冲击锤的方式冲击钻进，在钻孔钻至靠近开挖轮廓线位置时，不能精确控制冲击力度，使倾斜钻进段末端正好位于隧道开挖轮廓线上，从而造成隧道边孔超挖或欠挖的问题，在后期处理中需要进行二次施工。这不但降低了施工效率，增加了施工成本，同时也影响施工质量，产生安全隐患。

目前，想要在爆破法隧道掌子面周边炮眼施工中消除钻孔外插角，控制超欠挖量还存在一些困难：

现有炮眼钻孔设备仅依靠机械钻孔，需要较大的驱动力，使得其体积大、结构复杂，难以在隧道衬砌和掌子面之间安置，而采用人工手持风钻钻孔时，人为因素影响大，无法按预定方向打钻孔，使得周边炮眼外插角偏差较大；

现有机械钻孔方式在钻到靠近开挖轮廓线位置时，钻孔稳定性较差，且不能精确控制钻进量，极易造成超挖或欠挖。

综上，因此，要想解决隧道掌子面边孔施工时出现的超欠挖问题，需要解决：炮眼钻孔设备小型便捷，能够在隧道衬砌和掌子面之间安置，沿预定方向钻孔，且在钻孔过程中能够快速高效、精准稳定。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种激光-高压水射流联合钻具及方法，本发明利用激光和高压水射流小型便捷、高效稳定的特点，通过激光系统和水射流系统与小型连杆的巧妙结合与布局，能够实现联合钻具小型化，且能沿预定开挖方向高效稳定施作边孔，解决边孔外插角和超欠挖问题。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种激光-高压水射流联合钻具，包括钻头、连杆、激光系统、一级连杆夹持装置、二级连杆夹持装置和尾部连杆，其中：

所述连杆包括若干节，各节连杆之间套接；

所述钻头设置于最前端的连杆的前端，所述连杆的中间中空，用于容纳所述激光系统，所述连杆的后部外侧设置有一级连杆夹持装置，最后端的连杆的后部连接所述尾部连杆，所述尾部连杆的外侧设置有二级连杆夹持装置；

所述钻头外延环向设置有若干水刀，且水刀的角度可调；

所述激光系统套设在所述连杆的内部，且与连杆的内壁不发生干涉。

作为可选择的实施方式，所述钻头的后端与最前端的连杆连接，中间设置有通孔。

作为可选择的实施方式，所述钻头可旋转，并带动所述水刀旋转，形成不同直径的圆形水射流切割面。

作为可选择的实施方式，所述水刀的喷嘴处设置有防护装置。