一种用于硬岩的微波辅助破岩TBM刀盘的制作方法

本发明涉及tbm硬岩隧道施工领域，具体涉及一种用于硬岩及超硬岩的微波辅助tbm破岩刀盘。

背景技术：

随着地下空间工程的快速发展，越来越多的隧道正在被规划和建设，tbm在硬岩隧道掘进中正在越来越多的被选择使用，但tbm在硬岩隧道掘进过程中，由于岩石强度硬，节理发育差，在破岩过程中对刀具的磨损损坏剧烈。依据工程数据统计一些超硬岩隧道地段，隧道掘进不到1米就会因为岩石强度问题导致剧烈刀具磨损，崩刃等损坏形式而不得不进行换刀作业，反复的tbm换刀操作不仅极大增加了设备使用成本，而且很难保证隧道施工工期。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对以上不足，提供提供用于硬岩的微波辅助破岩tbm刀盘，可极大的缩短施工工期和工程投资。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于硬岩的微波辅助破岩tbm刀盘，它包括刀盘本体，所述刀盘本体上环绕其中心均布设置有多把双刃滚刀和多把单刃滚刀，所述双刃滚刀和单刃滚刀呈对称方式设置在刀盘本体上，且每把双刃滚刀和单刃滚刀的刀刃破岩轨迹线均不重合；在所述刀盘本体上延着刀盘本体圆周方向布置有多个喷射区能够覆盖整个盾构岩面的喷水除尘口；在所述刀盘本体上环绕刀盘本体的中心设置有多个、用于微波辐射加热岩石的微波发射装置；所述微波发射装置由微波发射盘、通过波导结构与微波发射盘通讯连接的微波发射模块组成；所述微波发射模块发射微波通过波导结构传递到微波发射盘上进行微波辐射加热岩石；所述微波发射盘嵌装在刀盘本体的掘进面上，所述波导结构穿过刀盘本体与设置在刀盘本体内的微波发射模块连接；所述发射模块包括控制模块及发射模块；所述控制模块通过加热电源、变压器、控制电路、加热控制器来进行控制热源；所述发射模块通过磁控管、波导管以及发射头来产生微波照射岩石加热。

进一步的，所述双刃滚刀靠近刀盘本体的中心部位设置。

进一步的，所述单刃滚刀以刀盘本体中心呈对称状布满双刃滚刀区域以外的刀盘本体掘进面上。

进一步的，所述单刃滚刀的整体数量大于双刃滚刀的数量。

本发明的有益效果是：（1）单刃滚刀和双刃滚刀的合理布置，合理覆盖到整个破岩面，覆盖范围大，破岩效果好；刀盘面板布置多个能够辐射整个岩面的喷水除尘口，能够有效降低隧道内施工产生的粉尘。

（2）搭载布置的多个微波破岩发射器，这种微波破岩发射器搭载方式灵活，当遇到硬质岩层启动微波发射装置，通过微波快速加热岩石，降低其点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度等力学特性，增加岩石节理裂隙辅助滚刀破岩，提高了盘形滚刀贯入速度，增加了破岩速率。

（3）这种单刃滚刀、双刃及微波破岩发射器的组合布置刀盘使用减少了tbm设备的推力和扭矩，减少了滚刀在硬岩中的磨损及换刀次数，可极大的缩短施工工期和降低工程投资。

本发明的微波辅助破岩tbm刀盘，当遇到硬质岩层启动微波发射装置，通过微波快速加热岩石，降低其点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度等力学特性，增加岩石节理裂隙辅助滚刀破岩。本发明设计的刀盘提高了盘形滚刀贯入速度，增加了破岩速率，减少了tbm设备的推力和扭矩，减少了滚刀在硬岩中的磨损及换刀次数，可极大的缩短施工工期和工程投资。

附图说明

图1为本发明的刀盘结构本体图。

图2为本发明刀盘正面布置视图。

图3为本发明微波发射装置示意图。

图4为本发明微波发射装置微波发射原理图。

图中：1为刀盘本体、2为微波发射装置、3为单刃滚刀、4为双刃滚刀、5为喷水除尘口、201为微波发射盘、202为波导结构、203为微波发射模块、6为控制模块、6-1为加热电源、6-2为变压器、6-3为控制电路、6-4为加热控制器、7为发射模块、7-1为磁控管、7-2为波导管、7-3为发射头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的一种用于硬岩的微波辅助破岩tbm刀盘，包括刀盘本体1、微波发射装置2、单刃滚刀3、双刃滚刀4、喷水除尘口5。在刀盘本体1中心位置布置s1-s8号4把双刃滚刀，在面板位置布置s9-s42共计34把单刃滚刀，滚刀呈对称式布置，每把滚刀刀刃破岩轨迹线不重合，滚刀布置数量的多少可以依据装备设计直径大小合理增添或减少。所述喷水除尘口5延着刀盘圆周方向布置，喷水除尘口布置数量的多少可以依据装备设计直径大小合理增添或减少。在所述刀盘本体1上设置有微波发射装置2。微波发射装置可以根据装备设计直径大小合理增添或减少。所述微波发射装置由微波发射盘201、波导结构202、微波发射模块203组成。微波发射模块203发射微波通过波导结构202传递到微波发射盘201上进行微波辐射加热岩石。发射模块203原理如图4所述，所述发射模块203包括控制模块6及发射模块7；所述控制模块6通过加热电源6-1、变压器6-2、控制电路6-3、加热控制器6-4来进行控制热源；所述发射模块7通过磁控管7-1、波导管7-2以及发射头7-3来产生微波照射岩石加热。

如图1和图2所示，本实施例的微波辅助破岩tbm刀盘随着刀盘主体1的旋转，通过设备推力和扭矩及出渣岩样进行判断岩石的软硬，在岩石强度相对较软时仅用单刃滚刀3、双刃滚刀4组合破岩；当灰尘较大时启动喷水除尘口5除尘；在岩石强度较硬启动微波发射装置2，通过微波快速加热岩石，降低其点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度等力学特性，增加岩石节理裂隙辅助滚刀破岩。

如图3和图4所示，所述微波发射模块203包含的控制模块及发射模块通过控制能够提供的微波频率为920±30mhz，波长可以为28-32cm，最大功率为40kw，可提供在3-5min内加热岩面，产生节理效果。微波破岩理论上微波功率越大破岩效果越好，但在设计时需要考虑到整个外部供电功率，以保护不超载为准。

本发明设计的用于硬岩的微波辅助破岩tbm刀盘，利用微波辅助滚刀破岩极大提高了盘形滚刀贯入速度，增加了破岩速率，减少了tbm设备的推力和扭矩，减少了tbm滚刀在硬岩地层中的磨损及换刀次数，可极大的缩短施工工期和降低工程投资。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于硬岩的微波辅助破岩TBM刀盘，包括TBM刀盘主体，TBM刀盘主体主要由单刃破岩滚刀，双刃破岩滚刀，喷水除尘口及微波辅助破岩发射器组成；刀盘通过双刃和单刃滚刀的组合布置覆盖不同轨迹破岩路径；刀盘面板设置多个喷水除尘口；刀盘面板布置多个微波破岩发射器，微波破岩发射器由微波发射盘、波导结构、微波发射模块组成，当遇到硬质岩层时启动微波发射装置，通过微波快速加热岩石，降低岩石点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度等力学特性，增加岩石节理裂隙辅助TBM滚刀破岩，它提高了盘形滚刀贯入速度，增加了破岩速率，减少了TBM设备的推力和扭矩，减少了滚刀在硬岩中的磨损及换刀次数，可极大的缩短工期和降低工程投资。

技术研发人员：李宏波;周建军;王平豪;孙振川;张兵;翟乾智;王利明;陈岗;陶源;冯俊琦
受保护的技术使用者：中铁隧道局集团有限公司;盾构及掘进技术国家重点实验室;深圳市地铁集团有限公司
技术研发日：2018.12.25
技术公布日：2019.05.17