一种盾构常压刀盘冲击破岩装置及其破岩方法与流程

本发明涉及盾构机破岩领域，特别是涉及一种盾构常压刀盘冲击破岩装置及其破岩方法。

背景技术：

1、随着当前隧道穿江越海、穿山越岭、穿越城市核心区等场景应用越发广泛，盾构法以其良好的安全性、优异的施工效率成为隧道施工工法的优选方案。传统盾构法的破岩机理是以盾构机的滚刀刀盘上的滚刀挤压岩面，使得岩面形成放射性裂隙，在岩面裂隙相互贯通后，岩石脱落从而进入环流系统随浆液排出。

2、目前盾构机采用滚刀刀盘挤压岩面形成放射性裂隙实现破岩的不足之处在于：在滚刀刀盘设计中，为避免各滚刀之间发生碰撞，因此滚刀之间的间隙设置较大，使得滚刀在硬岩碾压破碎过程中，存在难以出现放射性裂隙或者贯入度不足难以使轨迹之间裂隙相互贯通，形成岩脊，使得滚刀掘进效率大幅下降，导致盾构机的破岩效率低。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种盾构常压刀盘冲击破岩装置及其破岩方法，盾构常压刀盘冲击破岩装置是以压缩气体为动力的一种气动件，通过盾构常压刀盘冲击破岩装置的高频率低振幅冲击使得岩面得以快速破碎，使得安装盾构常压刀盘冲击破岩装置的盾构机具有较高的破岩效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种盾构常压刀盘冲击破岩装置，其包括刀筒、第一冲击器、第二冲击器、导向组件及冲击齿；

3、所述刀筒上开设有进气孔和出气孔，所述刀筒的内部设置有腔体，所述进气孔位于所述腔体的一端，所述出气孔位于所述腔体的另一端；

4、所述第一冲击器设于所述腔体的后端，且所述第一冲击器可沿腔体的前端、后端移动，所述第二冲击器设于所述腔体前端，且所述第二冲击器可沿腔体的前端、后端移动，所述第一冲击器的前端与所述第二冲击器的后端抵接；

5、所述第一冲击器沿前端移动时，其与所述刀筒的内壁形成有第一气腔，所述第一冲击器沿后端移动时，其与所述刀筒的后端壁形成有第二气腔，所述第一冲击器和所述第二冲击器的内部设置有第三气腔，且所述第三气腔与所述出气孔连通；

6、所述导向组件设置于所述刀筒的内壁与所述第二冲击器之间，所述导向组件用于限制第二冲击器沿前端和后端的位移量；

7、所述冲击齿设于第二冲击器的前端。

8、在一个实施方式中，所述进气孔与腔体之间形成有进气通道，所述进气通道上设置有单向阀，所述单向阀的一端与所述进气通道连通，另一端与所述第一气腔连通。

9、在一个实施方式中，所述进气通道内还设置有活塞头，所述活塞头设于所述进气孔与所述腔体之间用于封堵进气孔。

10、在一个实施方式中，所述进气孔的下方设置有滑槽，所述活塞头位于所述滑槽内，且所述活塞头沿前端、后端移动。

11、在一个实施方式中，所述冲击齿的数量为多个，且多个所述冲击齿围绕所述刀筒的中心轴设于所述第二冲击器的前端。

12、在一个实施方式中，所述第二冲击器的外壁上设置有限位槽，所述导向组件包括限位部，所述限位部设置于所述刀筒的内壁上，且所述限位部插置于所述限位槽内用于限制第二冲击器沿前端、后端的位移。

13、在一个实施方式中，所述导向组件还包括导向部，所述导向部设置于所述刀筒的内壁上，且所述导向部与第二冲击器连接用于分散第二冲击器沿后端移动的冲击力。

14、本发明的另一方面，还提出了一种破岩方法，采用上述盾构常压刀盘冲击破岩装置，其破岩过程为：

15、通过进气孔持续向第一气腔内注入气体；

16、第一气腔内的气体膨胀，驱动第一冲击器沿后端移动，第一冲击器沿后端移动，压缩第二气腔，同时第一气腔内的气体通过第三气腔从出气孔逸散，第一冲击器压缩第二气腔至一定距离后，使得第二气腔内的气体形成气体弹簧，气体弹簧驱动第一冲击器沿前端移动，同时第二气腔内的压缩气体通过第三气腔从出气孔逸散，使得第一冲击器冲击第二冲击器，从而使第二冲击器沿前端移动，第一冲击器在反作用力和第一气腔内的气体不断膨胀，使得第一冲击器沿后端移动，再次压缩第二气腔；

17、第二冲击器在岩面的反作用下，沿后端移动，第一冲击器压缩第二气腔至一定距离后，第二气腔内的气体形成气体弹簧，气体弹簧驱动第一冲击器沿前端移动，使得第一冲击器再次冲击第二冲击器，第二冲击器再次沿前端移动，冲击岩面。

18、本发明实施例一种盾构常压刀盘冲击破岩装置及其破岩方法与现有技术相比，其有益效果在于：

19、通过设置第一冲击器、第二冲击器及冲击齿，持续不断的向第一气腔注入气体，使得第一气腔内的气体膨胀，进而驱动第一冲击器沿后端移动，第一冲击器沿后端移动时，压缩第二气腔，第二气腔内压缩的气体形成气体弹簧，进而驱动第一冲击器沿前端移动，冲击第二冲击器，第三气腔的配合下，使得第一冲击器沿前端、后端的往复移动不会受到阻碍，第二冲击器沿前端移动，带动冲击齿沿前端移动冲击岩面，在岩面给予冲击齿的反作用力下，冲击齿和第二冲击器沿后端移动，通过导向组件的设置，使得第二冲击器沿前端、后端的位置受到限制，第一冲击器沿前端、后端的高频移动，能够往复冲击第二冲击器，使得第二冲击器和位第二冲击器前地的冲击齿以较高的冲击频率冲击岩面。有效实现了冲击齿高频率低振幅冲击岩面，使得本装置具有较高的破岩效率。

技术特征：

1.一种盾构常压刀盘冲击破岩装置，其特征在于，包括：刀筒(10)、第一冲击器(30)、第二冲击器(40)、导向组件(60)及冲击齿(50)；

2.根据权利要求1所述的盾构常压刀盘冲击破岩装置，其特征在于，所述进气孔(11)与腔体(13)之间形成有进气通道，所述进气通道上设置有单向阀(15)，所述单向阀(15)的一端与所述进气通道连通，另一端与所述第一气腔(131)连通。

3.根据权利要求2所述的盾构常压刀盘冲击破岩装置，其特征在于，所述进气通道内还设置有活塞头(20)，所述活塞头(20)设于所述进气孔(11)与所述腔体(13)之间用于封堵进气孔(11)。

4.根据权利要求3所述的盾构常压刀盘冲击破岩装置，其特征在于，所述进气孔(11)的下方设置有滑槽，所述活塞头(20)位于所述滑槽内，且所述活塞头(20)沿前端、后端移动。

5.根据权利要求1所述的盾构常压刀盘冲击破岩装置，其特征在于，所述冲击齿(50)的数量为多个，且多个所述冲击齿(50)围绕所述刀筒(10)的中心轴设于所述第二冲击器(40)的前端。

6.根据权利要求1所述的盾构常压刀盘冲击破岩装置，其特征在于，所述第二冲击器(40)的外壁上设置有限位槽，所述导向组件(60)包括限位部(61)，所述限位部(61)设置于所述刀筒(10)的内壁上，且所述限位部(61)插置于所述限位槽内用于限制第二冲击器(40)沿前端、后端的位移。

7.根据权利要求6所述的盾构常压刀盘冲击破岩装置，其特征在于，所述导向组件(60)还包括导向部(62)，所述导向部(62)设置于所述刀筒(10)的内壁上，且所述导向部(62)与第二冲击器(40)连接用于分散第二冲击器(40)沿后端移动的冲击力。

8.一种破岩方法，采用上述权利要求1-7中任一项所述的盾构常压刀盘冲击破岩装置，其特征在于，包括以下过程：

技术总结本发明涉及盾构机破岩领域，公开了一种盾构常压刀盘冲击破岩装置及其破岩方法，其包括刀筒、第一冲击器、第二冲击器、导向组件及冲击齿；刀筒上开设有进气孔和出气孔，进气孔位于腔体的一端，出气孔位于腔体的另一端，第一冲击器位于腔体的后端，且可沿腔体的前端、后端移动，第二冲击器设于腔体前端，且可沿腔体的前端、后端移动，第一冲击器沿前端移动时，其与刀筒的内壁形成有第一气腔，第一冲击器沿后端移动时，其与刀筒的后端壁形成有第二气腔，第一冲击器和第二冲击器的内部设置有第三气腔，且第三气腔与出气孔连通，所述冲击齿设于第二冲击器的前端。本发明通过气压驱动冲击装置高频率冲击岩面进行破岩，其具有较高的破岩效率。技术研发人员：陈乔松,张海彬,卢杨艺,张博,廖文江,王俊彬,杨明先,刘佳志,陈照受保护的技术使用者：广州地铁工程咨询有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20