本發(fā)明屬于硬巖鉆掘施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種破巖滾刀、盾構(gòu)機(jī)刀盤及盾構(gòu)機(jī)。

背景技術(shù)：

在全斷面硬巖隧道掘進(jìn)施工中，最常用的是機(jī)械滾刀，在可連續(xù)回轉(zhuǎn)的刀盤上沿半徑方向按設(shè)定的刀間距布置若干把盤形滾刀，在軸向壓力作用下刀刃切入待切削巖體，刀具產(chǎn)生的裂紋互相貫通使巖體破碎成小片脫落下來(lái)，刀盤持續(xù)的旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)實(shí)現(xiàn)鉆掘。此方式完全依靠機(jī)械作用進(jìn)行破巖，切削效率難以提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種破巖滾刀，包括滾刀座和滾刀刀圈，還包括用于切削硬巖的水射流破巖裝置。水射流破巖裝置布置在滾刀座上，水射流破巖裝置的噴射方向與滾刀刀圈呈夾角布置。

本發(fā)明涉及的破巖滾刀，利用滾刀刀刃錐面對(duì)高壓水射流導(dǎo)流偏轉(zhuǎn)，使水射流進(jìn)入滾刀刀圈貫入硬巖作用段，利用水射流提高滾刀擠壓巖體所產(chǎn)生裂紋的擴(kuò)展速度和長(zhǎng)度，并及時(shí)將破碎的碎屑和石粉沖刷走。從而提高破巖速度和體積，減少空氣中粉塵含量，降低刀具溫度。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

水射流破巖裝置布置在滾刀刀圈兩側(cè)。

在滾刀刀圈兩側(cè)都布置高壓水射流破巖裝置，一方面可以進(jìn)一步提高破巖速度和體積，另外一方面可以使?jié)L刀刀圈兩側(cè)受力相同，從而避免了滾刀刀圈的偏磨問題。

水射流破巖裝置布置在滾刀刀圈的一側(cè)。

對(duì)于離盾構(gòu)機(jī)刀盤回轉(zhuǎn)中心距離較近的滾刀，存在較大的徑向外推反作用力，這種反作用力容易造成滾刀刀圈偏磨。為了解決上述問題，在滾刀刀圈的單側(cè)布置高壓水射流破巖裝置，使?jié)L刀刀圈兩側(cè)受力接近，減輕偏磨。具體地講，刀圈本身承受兩側(cè)基本一樣大的切削反作用力和單向徑向外推力，加入的水射流會(huì)減輕內(nèi)側(cè)的切削反作用力，使刀具兩側(cè)反作用力差值減小，從而減輕偏磨。

水射流破巖裝置的噴射方向與滾刀刀圈的夾角為15～60度。

這個(gè)夾角范圍能夠在避免水射流破巖裝置與滾刀刀圈干涉的情況下，確保水射流噴出口與滾刀刀圈的距離最短，從而避免高壓水射流破巖裝置在工作中由于噴射距離遠(yuǎn)而影響破巖速度和體積。

水射流破巖裝置形成的水射流與滾刀刀圈的接觸長(zhǎng)度大于滾刀刀圈切入巖體深度3～5mm。

高壓水射流覆蓋滾刀刀圈與所述滾刀刀圈的接觸長(zhǎng)度比滾刀刀圈貫入巖體長(zhǎng)度大一點(diǎn)，能夠確保高壓水射流對(duì)巖體的有效切削作用，從而確保破巖體積和速度的提高。

水射流破巖裝置形成的水射流的擴(kuò)散角為5～30度。

這個(gè)擴(kuò)散角范圍能夠確保水射流完全覆蓋滾刀刀圈在巖體上的切入段，從而確保高壓水射流的切割效率。

水射流破巖裝置包括噴頭和與噴頭連接的輸水管路。滾刀座上設(shè)有固定夾，噴頭布置在固定夾內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明第二方面的盾構(gòu)機(jī)刀盤，包括上文所述的破巖滾刀。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

在盾構(gòu)機(jī)刀盤的外緣布置1～3圈上文所述的破巖滾刀。對(duì)于掘進(jìn)斷面直徑較大、滾刀數(shù)量較多的情況，可以只在刀盤外圈線速度較高的一圈或數(shù)圈布置上述帶水射流破巖裝置的破巖滾刀，或只在刀盤中心區(qū)域布置上述帶水射流破巖裝置的破巖滾刀。這樣可以減少總體高壓水流量需求，從而節(jié)省成本。

根據(jù)本發(fā)明第三方面的盾構(gòu)機(jī)，包括上述所述的盾構(gòu)機(jī)刀盤。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用水射流提高滾刀擠壓巖體所產(chǎn)生裂紋的擴(kuò)展速度和長(zhǎng)度，并及時(shí)將破碎的碎屑和石粉沖刷走。從而提高破巖速度和體積，減少空氣中粉塵含量，降低刀具溫度。

附圖說明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：

圖1示意性顯示了本發(fā)明中實(shí)施例1的破巖滾刀；

圖2示意性顯示了本發(fā)明中實(shí)施例1的破巖滾刀；

圖3示意性顯示了本發(fā)明中實(shí)施例1的破巖滾刀的工作狀態(tài)；

圖4示意性顯示了本發(fā)明中實(shí)施例1的破巖滾刀的工作狀態(tài)；

圖5示意性顯示了本發(fā)明中實(shí)施例2的破巖滾刀；

圖6示意性顯示了本發(fā)明中的盾構(gòu)機(jī)刀盤。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

圖1和圖2示意性顯示了本發(fā)明中實(shí)施例1的破巖滾刀10，圖3和圖4示意性顯示了本發(fā)明中實(shí)施例1的破巖滾刀10的工作狀態(tài)。如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中的破巖滾刀10，包括滾刀座1和滾刀刀圈2，還包括用于切削硬巖的水射流破巖裝置3。水射流破巖裝置3布置在滾刀座1上，并且水射流破巖裝置3的噴射方向與滾刀刀圈2呈夾角布置。水射流破巖裝置3布置在滾刀刀圈2兩側(cè)。水射流破巖裝置3包括噴頭31和與噴頭31連接的輸水管路32。滾刀座1上設(shè)有固定夾4，噴頭31布置在固定夾4內(nèi)。固定夾4通過焊接固定在滾刀座1上，容易理解，可以使用多種方式來(lái)將固定夾4固定在滾刀座1上，例如卡接、螺紋連接等。在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，固定夾4以可拆卸的方式固定到滾刀座1上。高壓水通過輸水管路32輸送到噴頭31。固定夾4包括彈性?shī)A緊孔，噴頭布置在彈性孔內(nèi)，可以利用螺栓使彈性?shī)A緊孔收縮來(lái)夾緊噴頭31的外圓柱面。容易理解，可以使用多種方式來(lái)將噴頭固定在固定夾4內(nèi)的彈性收縮空內(nèi)，例如緊定螺釘、鎖緊擋圈、脹緊連接套等。如圖3所示，本實(shí)施例中涉及的破巖滾刀，利用滾刀刀刃錐面對(duì)高壓水射流導(dǎo)流偏轉(zhuǎn)，使水射流進(jìn)入滾刀刀圈貫入硬巖作用段，利用水射流提高滾刀擠壓巖體所產(chǎn)生裂紋的擴(kuò)展速度和長(zhǎng)度，并及時(shí)將破碎的碎屑和石粉沖刷走，從而提高破巖速度和體積，減少空氣中粉塵含量，降低刀具溫度。在滾刀刀圈兩側(cè)都布置高壓水射流破巖裝置，一方面可以進(jìn)一步提高破巖速度和體積，另外一方面可以使?jié)L刀刀圈兩側(cè)受力相同，從而避免了滾刀刀圈的偏磨問題。

如圖3所示，水射流破巖裝置3的噴射方向與滾刀刀圈2的夾角α優(yōu)選為15～60度。這個(gè)夾角范圍能夠在避免水射流破巖裝置與滾刀刀圈干涉的情況下，確保水射流噴出口與滾刀刀圈的距離最短，從而避免高壓水射流破巖裝置在工作中由于噴射距離遠(yuǎn)而影響破巖速度和體積。水射流破巖裝置3形成的水射流與滾刀刀圈2的接觸長(zhǎng)度大于滾刀刀圈切入巖體深度3～5mm。高壓水射流覆蓋滾刀刀圈與滾刀刀圈的接觸長(zhǎng)度比滾刀刀圈貫入巖體深度大一點(diǎn)，能夠確保高壓水射流對(duì)巖體的有效切削作用，從而確保破巖體積和速度的提高。

如圖4所示，水射流破巖裝置3形成的水射流的擴(kuò)散角β優(yōu)選為5～30度。一般優(yōu)選選用扇形噴嘴或者自旋轉(zhuǎn)圓錐形噴嘴。這個(gè)擴(kuò)散角范圍能夠確保水射流完全覆蓋滾刀刀圈在巖體上的切入段，從而確保高壓水射流的切割效率。水射流破巖裝置3形成的水射流噴射方向朝破巖滾刀10的前進(jìn)方向偏轉(zhuǎn)的角度γ為0～20度。這個(gè)偏轉(zhuǎn)角度范圍能夠確保水射流完全覆蓋滾刀刀圈在巖體上的切入段，從而進(jìn)一步確保高壓水射流的切割效率。

實(shí)施例2

圖5示意性顯示了本發(fā)明中實(shí)施例2的破巖滾刀11。如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例中的破巖滾刀11，包括滾刀座21和滾刀刀圈22，還包括用于切削硬巖的水射流破巖裝置23。水射流破巖裝置23布置在滾刀座21上，并且水射流破巖裝置23的噴射方向與滾刀刀圈22呈夾角布置。與上述實(shí)施例1所述的破巖滾刀12的唯一區(qū)別是，本實(shí)施例中的水射流破巖裝置23布置在滾刀刀圈22的一側(cè)。

本發(fā)明實(shí)施例中涉及的破巖滾刀，利用滾刀刀刃錐面對(duì)高壓水射流導(dǎo)流偏轉(zhuǎn)，使水射流進(jìn)入滾刀刀圈貫入硬巖作用段，利用水射流提高滾刀擠壓巖體所產(chǎn)生裂紋的擴(kuò)展速度和長(zhǎng)度，并及時(shí)將破碎的碎屑和石粉沖刷走，從而提高破巖速度和體積，減少空氣中粉塵含量，降低刀具溫度。對(duì)于離盾構(gòu)機(jī)刀盤回轉(zhuǎn)中心距離較近的滾刀，存在較大的徑向外推反作用力，這種反作用力容易造成滾刀刀圈偏磨。為了解決滾刀刀圈偏磨的問題，在滾刀刀圈的單側(cè)布置高壓水射流破巖裝置，使?jié)L刀刀圈兩側(cè)受力接近，減輕偏磨。

圖6示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明中的盾構(gòu)機(jī)刀盤100。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的盾構(gòu)機(jī)刀盤100，包括上文所述的破巖滾刀10和11。對(duì)于掘進(jìn)斷面直徑較大、滾刀數(shù)量較多的情況，可以只在刀盤的外圈線速度較高的一圈或數(shù)圈布置上述帶水射流破巖裝置的破巖滾刀10，或只在刀盤中心區(qū)域布置上述帶水射流破巖裝置的破巖滾刀10或11，優(yōu)選在刀盤的外圈布置1～3圈上述所述帶水射流破巖裝置的破巖滾刀10。這樣可以減少總體高壓水流量需求，從而節(jié)省成本。

根據(jù)本發(fā)明的盾構(gòu)機(jī)，包括上述所述的盾構(gòu)機(jī)刀盤100。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來(lái)。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。