CN106884662A - 一种激光辅助隧道掘进机及其破岩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道工程技术领域，公开了一种激光辅助隧道掘进机及其破岩的方法。两种破岩模式：激光‑滚刀破岩模式与滚刀破岩模式；通过智能控制***可实现两种破岩模式的识别与转换，硬岩地段使用激光‑滚刀破岩模式，可以提高破岩效率，软岩地段采用滚刀破岩模式；对于激光辅助破岩的破坏模式主要为热破碎，采用激光器，将激光头安装在隧道掘进机的刀盘上，并辅以喷水***，实现激光照射热裂并且喷水迅速冷却辅助破岩、再机械破岩开挖的目的，通过合理选择破岩模式，提高了掘进机对软硬相间的复杂地质条件的适应性，既提高了破岩效率，又节省了施工成本。

Description

一种激光辅助隧道掘进机及其破岩的方法
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，涉及到一种激光辅助隧道掘进机及其破岩的方法。
背景技术
目前，掘进机法和***法是隧道开挖的两种主要的方式，对于常规的掘进开挖法，是利用大型刀具将岩石剪切挤压破碎，然后通过配套的运输设备将碎石运出。由于传统的掘进机法对软硬不均的地质条件及不同岩面的适应性差、使用有局限性，且常伴随着刀具的磨损，降低了掘进效率，增大了施工成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是对于多变的地质条件下，既可以选择高效的破岩模式，又可以有效的减少滚刀的磨损，从而提高破岩效率。
本发明的技术方案：
一种激光辅助隧道掘进机，在传统隧道掘进机的基础上增设激光器、喷水***、实时监测***和智能控制***；
激光器：隧道掘进机的刀盘上安装有多个激光器，形成热破碎、熔化及汽化为主的激光-滚刀破岩模式；为了保证高效的辅助破岩，激光器按激光参数(波的类形、波长、强度、脉冲宽度、功率密度等)分为多种工作类型，根据监测***采集的破岩信息，进行***对比分析，针对不同种类、不同强度的岩石，切换不同的激光器，从而增加了掘进机的地层适应性；
喷水***：激光器周围辅设有喷水***，利用激光辐射产生高温、再喷水降温，利用瞬时的高温差，使得岩石产生拉应力而破碎，从而实现激光照射热裂并且喷水迅速冷却辅助破岩、再机械破岩开挖的目的；
实时监测***：包括图像可视模块、传感器模块和信息采集模块，为了保证激光辅助掘进的安全和适时转变破坏模式，通过信息采集模块，实现对各种不同类型的数据实时同步采集，对掘进过程中的不同类型、强度的岩石做出及时的判断；
智能控制***：对信息采集模块输出的各种物理量信号进行调理和识别，从而对激光器的数量与空间布局、激光器的类型、破岩模式、刀盘的转速进行智能更变，提高掘进机对不同地质条件适应能力。
一种激光辅助隧道掘进机破岩的方法：
激光辅助隧道掘进机包括两种破岩模式：激光-滚刀破岩模式和滚刀破岩模式，通过智能控制***对信息采集模块输出数据的识别，刀盘驱动装置可实现两种破岩模式间的识别与切换，将复杂地层分为硬岩地段和软岩地段，在硬岩地段使用激光-滚刀破岩模式，可以提高破岩效率，减少刀具磨损；在软岩地段，采用滚刀破岩模式，降低施工成本。
本发明的效果和益处是：通过一种激光辅助隧道掘进机及其破岩的方法，提高了掘进机对软硬相间的复杂地质条件的适应性；通过智能选择破岩模式，既提高了破岩效率，又节省了施工成本。
附图说明
图1是掘进机纵断面图。
图2是滚刀破岩模式刀盘图I-I断面。
图3是激光-滚刀破岩模式刀盘图I-I断面。
图中：1钻头；2刀片；3激光器；4传感器子***；5转换中心；
6信息采集模块；7驱动装置；8螺旋输送器；9光纤光栅传感器；
10刀盘；11喷水***。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图进一步说明本发明的具体实施方式。
传统的隧道掘进机通过驱动装置7驱动刀盘10旋转，同时开启掘进机的推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被剪切挤压破坏的碎石通过螺旋输送器8将其送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至外。
在传统的掘进机基础上在刀盘10上设置与刀片2相间分布的激光器3和喷水***11，其中激光器采用光纤激光器，通过设置不同的输出功率有多种工作类型以适应不同强度的岩石，通过设置传感器子***4包括压力传感器、温度传感器、超声波式传感器等组成的监测***对掘进过程中不同地质条件做出及时的探测，信息采集模块6集成不同类型传感器采集的数据，然后将数据实时传递给智能控制***，智能控制***识别信息后通过驱动装置7做出调整，从而智能更换激光器的数量、空间布局与激光器的工作类型。
对于两种破岩模式，滚刀破岩模式图2与激光-滚刀破岩模式图3，掘进机前进开挖过程中，通过钻头1对地质的超前探测、传感器子***4的实时监测和光纤光栅传感器9对螺旋输送器8的压力感应，智能控制***通过驱动装置控制转换中心5选择不同的破岩模式。

Claims (5)

1.一种激光辅助隧道掘进机，其特征在于，隧道掘进机上增设激光器、喷水***、实时监测***和智能控制***；
激光器：隧道掘进机的刀盘上安装有多个激光器，形成热破碎、熔化及汽化为主的激光-滚刀破岩模式；
喷水***：激光器周围辅设有喷水***，激光辐射产生高温、喷水***降温，利用瞬时的高温差，使岩石产生拉应力而破碎；
实时监测***：包括图像可视模块、传感器模块和信息采集模块，保证激光辅助掘进的安全和实现破坏模式间的转变，信息采集模块实时同步采集，对掘进过程中的不同类型、强度的岩石做出及时的判断；
智能控制***：对信息采集模块输出的信号进行调理和识别，实现激光-滚刀破岩模式和滚刀破岩模式之间的灵活转换，再对激光器的数量与空间布局、激光器的类型、刀盘的转速进行控制，提高掘进机对不同地质条件适应能力。
2.根据权利要求1所述的一种激光辅助隧道掘进机，其特征在于，刀盘上设置与刀片相间分布的激光器和喷水***。
3.根据权利要求1或2所述的一种激光辅助隧道掘进机，其特征在于，所述的激光器采用光纤激光器。
4.权利要求1或2所述的一种激光辅助隧道掘进破岩的方法，其特征在于，步骤如下：激光辅助隧道掘进机包括两种破岩模式：激光-滚刀破岩模式和滚刀破岩模式，通过智能控制***对信息采集模块输出数据的识别，刀盘驱动装置实现两种破岩模式间的识别与切换，将复杂地层分为硬岩地段和软岩地段，在硬岩地段使用激光-滚刀破岩模式；在软岩地段，采用滚刀破岩模式。
5.权利要求3所述的一种激光辅助隧道掘进机破岩的方法，其特征在于，步骤如下：激光辅助隧道掘进机包括两种破岩模式：激光-滚刀破岩模式和滚刀破岩模式，通过智能控制***对信息采集模块输出数据的识别，刀盘驱动装置实现两种破岩模式间的识别与切换，将复杂地层分为硬岩地段和软岩地段，在硬岩地段使用激光-滚刀破岩模式；在软岩地段，采用滚刀破岩模式。
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