一种基于弹丸侵爆与机械滚刀的联合破岩装置及破岩方法与流程

1.本发明属于隧道及地下工程领域技术领域，特别涉及一种基于弹丸侵爆与机械滚刀的联合破岩装置及破岩方法。


背景技术：

2.在隧道开挖中，通过高压水射流联合破岩tbm装置和冰粒联合破岩tbm装置的方式进行破岩，由于其辅助破岩方式采用的是不同状态下的水，所能产生的破坏力有限，在遇到硬岩、极硬岩的情况下，其辅助破岩装置并没有起到很好的辅助破岩效果，造成机械滚刀破岩压力增大，整体破岩效率的下降，机械滚刀损害增加，作业成本增加。
3.也即，通过tbm刀盘在隧道开挖中对于硬岩、极硬岩进行破坏时，现有技术中通过高压水射流联合破岩tbm装置和冰粒联合破岩tbm装置，存在tbm刀盘上机械滚刀破岩压力大，增加了机械滚刀损伤的弊端，进而造成整体破岩效率下降；
4.可见，对于通过tbm刀盘进行破岩的技术而言，如何有效降低tbm刀盘上机械滚刀的压力，进而提高破岩效率，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种基于弹丸侵爆与机械滚刀的联合破岩装置，以至少解决上述技术问题；
6.为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种基于弹丸侵爆与机械滚刀的联合破岩装置，所述破岩装置用于对掌子面进行联合开挖，所述破岩装置包括：弹丸侵爆机构，所述弹丸侵爆机构包括依次连接的线膛炮管、弹丸发射组件和弹丸装填组件；刀盘机构；所述刀盘机构包括tbm刀盘，以及用于驱动所述tbm刀盘进行转动的驱动组件；其中，所述弹丸侵爆机构与所述刀盘机构通过机架设置为一体结构，且当所述弹丸发射组件将所述弹丸通过所述线膛炮管发射至所述掌子面进行一次破碎后，所述驱动组件驱动所述tbm刀盘进行转动，以通过所述tbm刀盘对一次破碎后的所述掌子面进行二次破碎。
7.在第一方面中，所述tbm刀盘的其中一面布设有若干机械滚刀，所述tbm刀盘上还贯穿设置一个或多个发射孔；所述线膛炮管为一根或多根，且一根或多根所述线膛炮管的出口对应位于一个或多个所述发射孔的孔口，所述出口与所述孔口的中心对应重合。
8.在第一方面中，所述弹丸侵爆机构还包括：环状的保护挡板；环状的所述保护挡板套设在所述线膛炮管的出口位置并延伸至所述线膛炮管的出口之外。
9.在第一方面中，所述破岩装置还包括：第一液压推进组件；所述第一液压推进组件的推进端与所述驱动组件远离所述tbm刀盘的一端连接，用于推动所述驱动组件以使所述tbm刀盘发生与所述第一液压推进组件的推进端同步位移；所述线膛炮管通过一对间隔设置的支撑台进行支撑；第二液压推进组件；所述第二液压推进组件的推进端与所述支撑台连接，用于推动支撑台以使所述线膛炮管发生与所述第二液压推进组件的推进端的同步位移。
10.在第一方面中，所述破岩装置还包括：压力检测组件；所述压力检测组件设置在所述tbm刀盘上，且位于所述机械滚刀的一面。
11.在第一方面中，所述破岩装置还包括：图像检测组件；所述图像检测组件设置在所述机架上，用于检测所述掌子面的图像；所述图像检测组件与外部显示终端连接。
12.第二方面，本发明提供了一种弹丸侵爆与机械滚刀联合破岩方法，所述方法应用于上述的基于弹丸侵爆与机械滚刀的联合破岩装置，所述破岩装置包括：弹丸侵爆机构和刀盘机构，所述弹丸侵爆机构包括线膛炮管、弹丸发射组件和弹丸装填组件，所述刀盘机构包括tbm刀盘和驱动所述tbm刀盘进行转动的驱动组件，其特征在于，所述破岩方法包括：通过所述线膛炮管对所述掌子面的预设位置发射炮弹，以对所述掌子面进行一次破碎；将所述tbm刀盘紧密抵触至所述掌子面；通过所述驱动组件驱动所述tbm刀盘转动，以对所述掌子面进行二次破碎。
13.在第二方面中，所述破岩装置还包括第一液压推进组件，所述第一液压推进组件的推进端与所述驱动组件远离所述tbm刀盘的一端连接，所述通过所述驱动组件驱动所述tbm刀盘转动，以对所述掌子面进行二次破碎包括：在所述tbm刀盘在对所述掌子面进行转动切割时，通过所述第一液压推进组件以预设推进速度实时推进所述tbm刀盘向所述掌子面发生位移。
14.在第二方面中，所述破岩装置还包括压力检测组件，所述压力检测组件设置在所述到tbm刀盘上，所述将所述tbm刀盘紧密抵触至所述掌子面包括：将所述tbm刀盘抵触至所述掌子面时，通过所述压力检测组件检测所述tbm刀盘受到的压力，若压力值达到预设的压力阈值则停止抵触程序。
15.在第二方面中，所述破岩装置还包括图像检测组件，所述图像检测组件设置在机架上，并与外部显示终端连接，所述破岩方法还包括：实时获取所述掌子面的图像信息；依据所述图像信息判断是否继续通过所述tbm刀盘对掌子面进行破碎；若检测到所述掌子面的图像显示有可破碎环境，则继续通过所述tbm刀盘对所述掌子面进行持续破碎；若检测到所述掌子面的图像显示有不可破碎环境，则停止所述tbm刀盘对所述掌子面的破碎。
16.有益效果：本发明提出了一种基于弹丸侵爆与机械滚刀的联合破岩装置，通过弹丸侵爆机构对掌子面进行一次破碎，然后通过刀盘机构对掌子面进行二次破碎，以达到对硬岩、极硬岩的掌子面进行联合破碎的技术效果，具体而言，当需要进行一次破碎时，通过弹丸装填组件装填炮弹，然后通过弹丸发射组件利用线膛炮管对炮弹进行发射，通过炮弹的超高破坏力对掌子面进行一次破碎充分后，在利用tbm刀盘对掌子面进行破碎，以降低对tbm刀盘上切割组件的伤害，进而提高对硬岩、极硬岩掌子面的破坏效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例一中基于弹丸侵爆与机械滚刀的联合破岩装置的结构图；
19.图2为本发明实施例一中弹丸侵爆机构的结构图；
20.图3为本发明实施例一中弹丸侵爆机构的侧视图；
21.图4为本发明实施例一中tbm刀盘的结构图一；
22.图5为本发明实施例一中tbm刀盘的结构图二。
23.附图标记说明：
24.1、tbm刀盘；101、机械滚刀；102、发射孔；
25.2、线膛炮管；
26.3、保护挡板；
27.4、弹丸发射组件；
28.5、弹丸装填组件；
29.6、第一液压推进组件；
30.7、第二液压推进组件；
31.8、驱动组件；
32.9、机架；
33.10、油压缸；
34.11、护盾；
35.12、皮带输送机；
36.13、支撑台。
具体实施方式
37.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
39.实施例一：
40.如图1所示，本实施例一提供了一种基于弹丸侵爆与机械滚刀101的联合破岩装置，破岩装置用于对掌子面进行联合开挖，破岩装置包括：弹丸侵爆机构，弹丸侵爆机构包括依次连接的线膛炮管2、弹丸发射组件4和弹丸装填组件5；刀盘机构；刀盘机构包括tbm刀盘，以及驱动tbm刀盘进行转动的驱动组件8；其中，弹丸侵爆机构与刀盘机构通过机架9设置为一体结构，且当弹丸发射组件4将弹丸通过线膛炮管2发射至掌子面进行一次破碎后，驱动组件8驱动tbm刀盘进行转动，以通过tbm刀盘对一次破碎后的掌子面进行二次破碎。
41.具体而言，本发明提出了一种基于弹丸侵爆与机械滚刀101的联合破岩装置，通过弹丸侵爆机构对掌子面进行一次破碎，然后通过刀盘机构对掌子面进行二次破碎，以达到对硬岩、极硬岩的掌子面进行联合破碎的技术效果，具体而言，当需要进行一次破碎时，通过弹丸装填组件5装填炮弹，然后通过弹丸发射组件4利用线膛炮管2对炮弹进行发射，通过
炮弹的超高破坏力对掌子面进行一次破碎充分后，在利用tbm刀盘对掌子面进行破碎，以降低对tbm刀盘上切割组件的伤害，进而提高对硬岩、极硬岩掌子面的破坏效率；
42.在一些可能的实施方式中，tbm刀盘的其中一面布设有若干机械滚刀101，tbm刀盘上还贯穿设置一个或多个发射孔102；线膛炮管2为一根或多根，且一根或多根线膛炮管2的出口对应位于一个或多个发射孔102的孔口，出口与孔口的中心对应重合；
43.这是为了适应不同体积或硬度的掌子面，通过一个或多个线膛炮管2对掌子面进行破坏。如果掌子面的面积较大且硬度也较大，通过一个线膛炮管2对掌子面进行破坏的面积有限，对掌子面造成的破坏不够充分，进而有可能使得tbm刀盘1在对掌子面进行二次破坏时造成刀盘上机械滚刀101的损坏风险，所以，预先测得掌子面的面积和硬度后，在对应设置线膛炮管2(弹丸侵爆机构)的数量，进而达到对掌子面进行充分破坏的技术效果。
44.在一些可能的实施方式中，弹丸侵爆机构还包括：环状的保护挡板3；环状的保护挡板3套设在线膛炮管2的出口位置并延伸至线膛炮管2的出口之外；
45.这是为了，在炮弹进行发射时，线膛炮管2的管口会产生较大的冲击，为了防止对线膛炮管2周围的设备造成损坏冲击的风险，在线膛炮管2的外部设置一保护挡板3，并使该保护挡板3延伸至线膛炮管2的出口之外，以当炮弹射出线膛炮管2后对管口周围的设备形成防护。
46.在一些可能的实施方式中，破岩装置还包括：
47.第一液压推进组件6；第一液压推进组件6的推进端与驱动组件8远离tbm刀盘的一端连接，用于推动驱动组件8以使tbm刀盘发生与第一液压推进组件6的推进端同步位移；线膛炮管2通过一对间隔设置的支撑台13进行支撑；第二液压推进组件7；第二液压推进组件7的推进端与支撑台13连接，用于推动支撑台13以使线膛炮管2发生与第二液压推进组件7的推进端的同步位移；
48.这是由于当线膛炮管2发射炮弹对掌子面进行爆破以后，会产生较大的爆破深度，tbm刀盘在转动切割的过程中需要持续进行推进，所以，通过第一液压推进组件6以恒定的速度推进tbm刀盘始终紧贴被一次破碎后的掌子面，以形成有效的破碎；同时线膛炮管2在进行炮弹发射之前，也需要测定最佳的发射距离，以及，需要将线膛炮管2的管口始终设置在距离tbm刀盘的发射孔102位处，所以，通过第二液压推进组件7利用支撑台13实时调节推进线膛炮管2的位置，以达到使线膛炮管2与tbm刀盘位置同步的技术效果。
49.在一些可能的实施方式中，破岩装置还包括：压力检测组件；压力检测组件设置在tbm刀盘上，且位于机械滚刀101的一面。
50.这是由于，在线膛炮管2进行一次爆破后，需要将tbm刀盘1先紧贴在掌子面上，然后在启动驱动装置使刀盘发生转动，进而对经过一次破碎后的掌子面进行破碎；但是，为了精确测量tbm刀盘1是否紧贴掌子面，本实施例一提出一种在tbm刀盘1上设置压力检测组件的方式，以通过压力检测组件获取tbm刀盘1与掌子面的压力值，进而精确做出判断。
51.在一些可能的实施方式中，破岩装置还包括：图像检测组件；图像检测组件设置在机架9上，用于检测掌子面的图像；图像检测组件与外部显示终端连接；
52.为了实时、清晰地看到掌子面的破碎开挖情况，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式通过在机架9上设置图像检测组件的方式实时获取掌子面的图像信息，进而依据该图像信息实时掌握掌子面的破碎进度。
53.在一些可能的实施方式中，在机架9的周侧还设置有若干油压缸10，该油压缸10的一端通过护盾11与隧道侧壁连接，另一端与机架9连接；
54.这是为了通过调节油压缸10的伸缩来调节机架9的高度。
55.在一些可能的实施方式中，在机架9上还设置有皮带输送机12，皮带输送机12的起始端靠近tbm刀盘，当tbm刀盘将岩石进行切割破碎以后掉落的碎石，可通过该皮带输送机12输送至机架9外部进行清运。
56.实施例二：
57.本实施例二提供了一种弹丸侵爆与机械滚刀101联合破岩方法，方法应用于的基于弹丸侵爆与机械滚刀101的联合破岩装置，破岩装置包括：弹丸侵爆机构和刀盘机构，弹丸侵爆机构包括线膛炮管2、弹丸发射组件4和弹丸装填组件5，刀盘机构包括tbm刀盘和驱动tbm刀盘进行转动的驱动组件8，破岩方法包括：通过线膛炮管2对掌子面的预设位置发射炮弹，以对掌子面进行一次破碎；将tbm刀盘紧密抵触至掌子面；通过驱动组件8驱动tbm刀盘转动，以对掌子面进行二次破碎，通过弹丸侵爆机构和刀盘机构相结合的方式达到对硬岩、极硬岩的掌子面的联合破碎的目的。
58.进一步地，在一些可能的实施方式中，本实施例二的破岩装置还包括第一液压推进组件6，第一液压推进组件6的推进端与驱动组件8远离tbm刀盘的一端连接，依据上述装置，对于通过驱动组件8驱动tbm刀盘转动，以对掌子面进行二次破碎的步骤而言，其还包括以下步骤：在tbm刀盘在对掌子面进行转动切割时，通过第一液压推进组件6以预设推进速度实时推进tbm刀盘向掌子面发生位移。
59.这是由于，在进行一次爆破后，需要将tbm刀盘1先紧贴在掌子面上，然后在启动驱动装置使刀盘发生转动，进而对经过一次破碎后的掌子面进行破碎；但是，为了精确测量tbm刀盘1是否紧贴掌子面，本实施例一提出一种在tbm刀盘1上设置压力检测组件的方式，以通过压力检测组件获取tbm刀盘1与掌子面的压力值，进而精确做出判断
60.进一步地，在一些可能的实施方式中，本实施例二的破岩装置还包括压力检测组件，压力检测组件设置在到tbm刀盘上，对于将tbm刀盘紧密抵触至掌子面的步骤而言，方法还包括：将tbm刀盘贴合至掌子面时，通过压力检测组件检测tbm刀盘受到的压力，若压力值达到预设的压力阈值则停止贴合程序。
61.进一步地，在一些可能的实施方式中，本实施例二破岩装置还包括图像检测组件，图像检测组件设置在机架9上，并与外部显示终端连接，基于上述装置，本实施例二还提出一种实施方式，该实施方式包括：实时获取掌子面的图像信息；依据图像信息判断是否继续通过tbm刀盘对掌子面进行破碎；若检测到掌子面的图像显示有可破碎环境，则继续通过tbm刀盘对掌子面进行持续破碎；若检测到掌子面的图像显示有不可破碎环境，则停止tbm刀盘对掌子面的破碎。
62.由于该实施例二与实施例一为同一发明构思下的一个实施例，其部分结构完全相同，因此对实施例二中与实施例一实质相同的结构不在详细阐述，未详述部分请参阅实施例一即可。
63.最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员
在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
64.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。