一种用于TBM的激光辅助破岩方法与流程

本发明属于隧道施工技术领域，涉及到一种用于tbm的激光辅助破岩方法。

背景技术：

目前国内外搭载滚刀破岩的tbm(tunnelboringmachine，隧道掘进机)已经成功应用于许多的工程，tbm滚刀作为专业的破岩工具，其技术性能的优越对工程进度和工程成本有重要影响。根据以往工程经验刀具的消耗费用约占施工成本的30％，刀具检查和更换造成tbm停机的时间占施工总时间的15％，可见刀具消耗在施工成本中占有很大比例，刀具检查和更换对设备的利用率也有很大的影响。

刀盘的破岩能力主要受刀间距和刀具承载能力的影响，受到刀盘结构形式的制约，刀间距不可能无限制的减小，最小刀间距大约在65mm左右。考虑换刀的便捷性，刀具的体积和重量不可能无限制的增加，而刀具的结构和体积限制了刀具内部轴承的形式和尺寸，刀具轴承的尺寸直接制约着刀具的承载能力，目前刀具的承载能力约315kn。在现有刀盘结构和刀具结构形式条件下，tbm在应对200mpa以上岩石强度时表现出破岩能力不足、刀具异常损坏、刀具更换频率增加、设备利用率极具下降的情况。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种用于tbm的激光辅助破岩方法，适应于极硬岩等地质，提高了破岩效率和施工效率，从而降低施工成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于tbm的激光辅助破岩方法，它是利用激光辅助照射岩石产生热裂纹或破碎来降低岩石的硬度，然后滚刀破岩开挖，达到提高破岩效率和施工效率的目的，其特征在于：在tbm刀盘上搭载激光头。

优选的，在所述tbm刀盘沿径向方向在滚刀中间均匀搭载多个激光头。

本发明用于tbm的激光辅助破岩方法，在常规tbm刀盘的基础上搭载多个激光头，激光头沿刀盘径向方向均分分布于滚刀中间，激光头在tbm掘进过程中对岩石照射产生热裂纹或热破损降低岩石硬度。尽管滚刀到达照射位置附近时岩石温度已经下降，岩石恢复微观的高硬度，热裂纹或热破损足以在滚刀的作用下扩大并达到破岩的目的。

本发明的有益效果：

在tbm掘进的过程中，先利用刀盘上搭载的激光头发射激光辅助照射岩石，使岩石产生热裂纹或热破碎来降低岩石的硬度，然后再进行滚刀破岩开挖，不仅提高了tbm在极硬岩条件下的破岩能力，同时提高了刀具的使用寿命，减少刀具更换次数，有效的提高了破岩效率和施工效率，大幅降低了施工成本。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例中刀盘装置的左视图。

图中：1为激光头、2为滚刀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明用于tbm的激光辅助破岩方法，在常规tbm刀盘上搭载多个激光头，激光头均匀分布于刀盘径向方向上滚刀中间。

本发明的工作流程如下：在tbm掘进的过程中，首先搭载在刀盘上的激光头1发射激光束射向岩石产生光斑，岩石持续吸收光斑的热量而形成热裂纹或热破碎，降低了岩石的硬度，随之滚刀2进行挤压破岩开挖，激光+滚刀的破岩模式如此循环往复，实现tbm的快速掘进。

本发明通过组合激光+滚刀的刀盘设计，在极硬岩地质条件下tbm掘进的过程中，先利用刀盘上搭载的激光头发射激光辅助照射岩石，使岩石产生热裂纹或热破碎来降低岩石的硬度，然后再进行滚刀破岩开挖，不仅提高了tbm在极硬岩条件下的破岩能力，同时提高了刀具的使用寿命，减少刀具更换次数，有效的提高了破岩效率和施工效率，大幅降低了施工成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于TBM的激光辅助破岩方法，它是将激光头搭载在TBM刀盘上，激光头均匀分布于径向方向上滚刀中间，在TBM掘进的过程中，先利用激光辅助照射，使岩石出现热裂纹或热破碎来降低岩石的硬度，然后再进行滚刀破岩开挖。本发明采用激光辅助破岩不仅提高了TBM在极硬岩条件下的破岩能力，同时提高了刀具的使用寿命，减少刀具更换次数，有效的提高了破岩效率和施工效率，大幅降低了施工成本。

技术研发人员：李建斌;王颖;赵振威;张博臻;王之江;王明
受保护的技术使用者：中铁高新工业股份有限公司;纽敦光电科技（上海）有限公司
技术研发日：2018.05.23
技术公布日：2018.11.06