一种基于岩石孔内扩体的超高压切割设备及切割方法与流程

本发明属于岩土工程，具体涉及一种基于岩石孔内扩体的超高压切割设备及切割方法。

背景技术：

1、在岩土锚固工程中，锚索是边坡治理、水库大坝及高速公路、高速铁路边坡加固的关键技术手段。目前常规直孔锚索在实际应用中存在以下问题：单索抗拔力较小，若要增大抗拔力只能通过延长锚索的长度来实现，这不仅增加了锚索的施工长度，也使得施工难度增大、施工周期延长。此外，直孔锚索由于长期承受拉拔载荷，容易产生松动，影响锚固结构的长期稳定性。为解决上述问题，工程中采用在岩石孔内形成扩大头（即扩体）的方式来提高锚固力，这需要在岩石孔内对孔壁进行环周切割以形成扩体空间。然而，现有的切割设备难以在狭窄的岩石孔内实现超高压水射流的高效、精准环周切割，且在切割过程中无法有效排出孔内产生的浆液，影响了切割效率和设备运行稳定性。因此，有必要提供一种能够在岩石孔内进行超高压环周切割、并具备良好排浆能力的切割设备。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于岩石孔内扩体的超高压切割设备及切割方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。

2、为了实现上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：一种基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，包括：

3、主轴，其表面设有对中装置，所述对中装置用于将主轴调整至岩石孔的中心位置；

4、泵站模块，用于产生压力为550mpa-600mpa的超高压水；

5、切割执行模块，其包括基座、旋转器、切割喷射头和进给装置，所述基座滑动套设在主轴上，基座内部设有第一流道，所述旋转器与基座转动连接，旋转器内部设有第二流道，所述切割喷射头倾斜设置在旋转器上，泵站模块产生的超高压水依次通过第一流道和第二流道传递至切割喷射头，所述进给装置用于驱动所述基座带着旋转器和切割喷射头沿主轴轴向移动；

6、抽吸模块，其用于抽出岩石孔内的浆液；以及

7、控制系统，其分别与泵站模块、进给装置和抽吸模块连接。

8、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述泵站模块包括第一增压缸、第二增压缸、液压缸、液压驱动单元、进水管和出水管，所述第一增压缸和第二增压缸的进水口均与进水管相连，第一增压缸和第二增压缸的出水口均与出水管相连，所述出水管与第一流道连通，所述液压缸的两端分别与第一增压缸和第二增压缸相连，所述液压驱动单元用于驱使液压缸内部的活塞往返，以使第一增压缸和第二增压缸交替产生超高压水。

9、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述第一增压缸包括第一缸体，所述第一缸体内部设有第一柱塞，所述第一柱塞与活塞之间连接有第一连杆。

10、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述第二增压缸包括第二缸体，所述第二缸体内部设有第二柱塞，所述第二柱塞与活塞之间连接有第二连杆。

11、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述第一增压缸和第二增压缸的进水口均设有进水单向阀，第一增压缸和第二增压缸的出水口均设有出水单向阀。

12、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述进水管上设有过滤装置，所述过滤装置包括精密过滤器和反渗透过滤器，所述精密过滤器和反渗透过滤器沿着水流方向依次设置在进水管上。

13、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述出水管上设有蓄能稳压装置和压力表，所述蓄能稳压装置用于将出水管的出水压力波动控制在额定值的±2%以内。

14、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述出水管上设有磨料添加装置，所述磨料添加装置用于向超高压水中添加磨料。

15、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述进给装置包括推杆电机，所述推杆电机的活动端与基座相连。

16、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述第一流道和第二流道的转角部位经抛光处理并采用抛物线型过渡结构。

17、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述抽吸模块包括抽液泵、抽液管和收集池，所述抽液泵设置在岩石孔内，所述抽液管设置在主轴内部，抽液管的两端贯穿主轴后分别与抽液泵和收集池相连。

18、作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述主轴上设有风化测试装置，所述风化测试装置与控制系统相连。

19、另一方面，本发明采用以下技术方案：一种基于岩石孔内扩体的切割方法，采用上述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，所述切割方法包括以下步骤：

20、步骤a,边界确定：将设备送入已施工的岩石孔内，采用风化测试装置沿岩石孔环周进行探测，确定岩石孔的切割位置；

21、步骤b，对中定位：利用对中装置用于将主轴调整至岩石孔的中心位置，并将切割喷射头调整至待切割位置；

22、步骤c，系统调试：启动泵站模块，调试切割喷射头的超高压水至正常工作状态；

23、步骤d，旋转切割：超高压水经第一流道和第二流道传递至切割喷射头，切割喷射头喷射超高压水对岩石进行切割，进给装置驱动切割喷射头沿岩石孔轴向移动，旋转器带动切割喷射头旋转进行环周切割，切割过程中通过抽吸模块排出岩石孔内的浆液；

24、步骤e，设备退出：切割完成后关闭泵站模块，将设备移出岩石孔外。

25、作为上述技术方案的一种可选实施方式，在步骤d中，切割喷射头切割时的水压为580mpa-600mpa，靶距为2mm-5mm，沿主轴轴向移动速度为100-300mm/min；切割过程中添加80-100目石榴石作为磨料，磨料添加的流量为0.2-0.5kg/min。

26、本发明的有益效果为：

27、1.本发明利用泵站模块产生550mpa至600mpa的超高压水，配合切割喷射头，实现了在狭窄岩石孔内对孔壁进行环周超高压水射流切割。切割形成的环形扩体空间能够大幅提高后续锚索的抗拔力，在同等锚固力要求下可缩短锚索长度，减少施工难度和施工周期，同时扩体结构能够有效抵抗锚索的长期松动。

28、2.泵站模块采用第一增压缸和第二增压缸交替工作的结构，配合液压缸及活塞的往复驱动，实现了超高压水的连续稳定输出；进水管上的过滤装置确保了水质洁净，出水管上的蓄能稳压装置将压力波动控制在±2%以内，保证了切割过程的压力稳定性。

29、3.切割执行模块中，第一流道和第二流道的转角部位采用抛光处理及抛物线型过渡结构，有效降低了超高压水在流道中的流动阻力和压力损失，提高了能量传递效率，确保了切割喷射头能够获得足够的喷射压力。

30、4.切割方法提供了完整的工艺流程，保证了切割效率和切割质量，为扩大头锚索施工提供了可靠的工艺支撑。

1.一种基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，所述泵站模块（4）包括第一增压缸、第二增压缸、液压缸（10）、液压驱动单元（11）、进水管（12）和出水管（13），所述第一增压缸和第二增压缸的进水口均与进水管（12）相连，第一增压缸和第二增压缸的出水口均与出水管（13）相连，所述出水管（13）与第一流道连通，所述液压缸（10）的两端分别与第一增压缸和第二增压缸相连，所述液压驱动单元（11）用于驱使液压缸（10）内部的活塞（14）往返，以使第一增压缸和第二增压缸交替产生超高压水。

3.根据权利要求2所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，所述第一增压缸包括第一缸体（15），所述第一缸体（15）内部设有第一柱塞（16），所述第一柱塞（16）与活塞（14）之间连接有第一连杆（17）；所述第二增压缸包括第二缸体（18），所述第二缸体（18）内部设有第二柱塞（19），所述第二柱塞（19）与活塞（14）之间连接有第二连杆（20）。

4.根据权利要求2所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，所述第一增压缸和第二增压缸的进水口均设有进水单向阀，第一增压缸和第二增压缸的出水口均设有出水单向阀。

5.根据权利要求2所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，所述进水管（12）上设有过滤装置（21），所述过滤装置（21）包括精密过滤器和反渗透过滤器，所述精密过滤器和反渗透过滤器沿着水流方向依次设置在进水管（12）上。

6.根据权利要求2所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，所述出水管（13）上设有蓄能稳压装置（22）和压力表（23），所述蓄能稳压装置（22）用于将出水管（13）的出水压力波动控制在额定值的±2%以内；

7.根据权利要求1所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，所述进给装置（8）包括推杆电机，所述推杆电机的活动端与基座（5）相连；所述第一流道和第二流道的转角部位经抛光处理并采用抛物线型过渡结构。

8.根据权利要求1所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，所述抽吸模块包括抽液泵（24）、抽液管（25）和收集池（26），所述抽液泵（24）设置在岩石孔（3）内，所述抽液管（25）设置在主轴（1）内部，抽液管（25）的两端贯穿主轴（1）后分别与抽液泵（24）和收集池（26）相连。

9.根据权利要求1所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，其特征在于，所述主轴（1）上设有风化测试装置（27），所述风化测试装置（27）与控制系统（9）相连。

10.一种基于岩石孔内扩体的切割方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的基于岩石孔内扩体的超高压切割设备，所述切割方法包括以下步骤：