一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)及其破巖的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)及其破巖的方法。兩種破巖模式：激光?滾刀破巖模式與滾刀破巖模式；通過智能控制系統(tǒng)可實現(xiàn)兩種破巖模式的識別與轉(zhuǎn)換，硬巖地段使用激光?滾刀破巖模式，可以提高破巖效率，軟巖地段采用滾刀破巖模式；對于激光輔助破巖的破壞模式主要為熱破碎，采用激光器，將激光頭安裝在隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤上，并輔以噴水系統(tǒng)，實現(xiàn)激光照射熱裂并且噴水迅速冷卻輔助破巖、再機(jī)械破巖開挖的目的，通過合理選擇破巖模式，提高了掘進(jìn)機(jī)對軟硬相間的復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性，既提高了破巖效率，又節(jié)省了施工成本。

Laser aided tunneling machine and method for breaking rock

The invention belongs to the technical field of tunnel engineering, and discloses a laser aided tunneling machine and a method for breaking rock. Two kinds of rock breaking mode: laser hob rock breaking mode and hob rock breaking mode; through the intelligent control system can realize the recognition and conversion of two kinds of modes of breaking rock, hard rock sites using a laser hob rock breaking mode, can improve the efficiency of breaking rock, soft rock section of the hob rock breaking mode; failure mode for laser auxiliary rock breaking mainly for hot crushing, using a laser cutter, the laser head is installed in the tunnel boring machine, and with the sprinkler system, realize the laser thermal cracking and rapid cooling water, auxiliary rock breaking rock breaking excavation, rock breaking mode through the rational choice, improve the complicated geological conditions the soft and hard alternated roadheader adaptability, can improve the rock breaking efficiency, and save the construction cost.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)及其破巖的方法
本專利技術(shù)屬于隧道工程
，涉及到一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)及其破巖的方法。
技術(shù)介紹
目前，掘進(jìn)機(jī)法和爆破法是隧道開挖的兩種主要的方式，對于常規(guī)的掘進(jìn)開挖法，是利用大型刀具將巖石剪切擠壓破碎，然后通過配套的運輸設(shè)備將碎石運出。由于傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)法對軟硬不均的地質(zhì)條件及不同巖面的適應(yīng)性差、使用有局限性，且常伴隨著刀具的磨損，降低了掘進(jìn)效率，增大了施工成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是對于多變的地質(zhì)條件下，既可以選擇高效的破巖模式，又可以有效的減少滾刀的磨損，從而提高破巖效率。本專利技術(shù)的技術(shù)方案：一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)，在傳統(tǒng)隧道掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)激光器、噴水系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)；激光器：隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤上安裝有多個激光器，形成熱破碎、熔化及汽化為主的激光-滾刀破巖模式；為了保證高效的輔助破巖，激光器按激光參數(shù)(波的類形、波長、強(qiáng)度、脈沖寬度、功率密度等)分為多種工作類型，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)采集的破巖信息，進(jìn)行系統(tǒng)對比分析，針對不同種類、不同強(qiáng)度的巖石，切換不同的激光器，從而增加了掘進(jìn)機(jī)的地層適應(yīng)性；噴水系統(tǒng)：激光器周圍輔設(shè)有噴水系統(tǒng)，利用激光輻射產(chǎn)生高溫、再噴水降溫，利用瞬時的高溫差，使得巖石產(chǎn)生拉應(yīng)力而破碎，從而實現(xiàn)激光照射熱裂并且噴水迅速冷卻輔助破巖、再機(jī)械破巖開挖的目的；實時監(jiān)測系統(tǒng)：包括圖像可視模塊、傳感器模塊和信息采集模塊，為了保證激光輔助掘進(jìn)的安全和適時轉(zhuǎn)變破壞模式，通過信息采集模塊，實現(xiàn)對各種不同類型的數(shù)據(jù)實時同步采集，對掘進(jìn)過程中的不同類型、強(qiáng)度的巖石做出及時的判斷；智能控制系統(tǒng)：對信息采集模塊輸出的各種物理量信號進(jìn)行調(diào)理和識別，從而對激光器的數(shù)量與空間布局、激光器的類型、破巖模式、刀盤的轉(zhuǎn)速進(jìn)行智能更變，提高掘進(jìn)機(jī)對不同地質(zhì)條件適應(yīng)能力。一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)破巖的方法：激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)包括兩種破巖模式：激光-滾刀破巖模式和滾刀破巖模式，通過智能控制系統(tǒng)對信息采集模塊輸出數(shù)據(jù)的識別，刀盤驅(qū)動裝置可實現(xiàn)兩種破巖模式間的識別與切換，將復(fù)雜地層分為硬巖地段和軟巖地段，在硬巖地段使用激光-滾刀破巖模式，可以提高破巖效率，減少刀具磨損；在軟巖地段，采用滾刀破巖模式，降低施工成本。本專利技術(shù)的效果和益處是：通過一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)及其破巖的方法，提高了掘進(jìn)機(jī)對軟硬相間的復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性；通過智能選擇破巖模式，既提高了破巖效率，又節(jié)省了施工成本。附圖說明圖1是掘進(jìn)機(jī)縱斷面圖。圖2是滾刀破巖模式刀盤圖I-I斷面。圖3是激光-滾刀破巖模式刀盤圖I-I斷面。圖中：1鉆頭；2刀片；3激光器；4傳感器子系統(tǒng)；5轉(zhuǎn)換中心；6信息采集模塊；7驅(qū)動裝置；8螺旋輸送器；9光纖光柵傳感器；10刀盤；11噴水系統(tǒng)。具體實施方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖進(jìn)一步說明本專利技術(shù)的具體實施方式。傳統(tǒng)的隧道掘進(jìn)機(jī)通過驅(qū)動裝置7驅(qū)動刀盤10旋轉(zhuǎn)，同時開啟掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)油缸，將盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，隨著推進(jìn)油缸的向前推進(jìn)，刀盤持續(xù)旋轉(zhuǎn)，被剪切擠壓破壞的碎石通過螺旋輸送器8將其送到皮帶輸送機(jī)上，后由皮帶輸送機(jī)運輸至外。在傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)基礎(chǔ)上在刀盤10上設(shè)置與刀片2相間分布的激光器3和噴水系統(tǒng)11，其中激光器采用光纖激光器，通過設(shè)置不同的輸出功率有多種工作類型以適應(yīng)不同強(qiáng)度的巖石，通過設(shè)置傳感器子系統(tǒng)4包括壓力傳感器、溫度傳感器、超聲波式傳感器等組成的監(jiān)測系統(tǒng)對掘進(jìn)過程中不同地質(zhì)條件做出及時的探測，信息采集模塊6集成不同類型傳感器采集的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)實時傳遞給智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)識別信息后通過驅(qū)動裝置7做出調(diào)整，從而智能更換激光器的數(shù)量、空間布局與激光器的工作類型。對于兩種破巖模式，滾刀破巖模式圖2與激光-滾刀破巖模式圖3，掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)開挖過程中，通過鉆頭1對地質(zhì)的超前探測、傳感器子系統(tǒng)4的實時監(jiān)測和光纖光柵傳感器9對螺旋輸送器8的壓力感應(yīng)，智能控制系統(tǒng)通過驅(qū)動裝置控制轉(zhuǎn)換中心5選擇不同的破巖模式。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，隧道掘進(jìn)機(jī)上增設(shè)激光器、噴水系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)；激光器：隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤上安裝有多個激光器，形成熱破碎、熔化及汽化為主的激光?滾刀破巖模式；噴水系統(tǒng)：激光器周圍輔設(shè)有噴水系統(tǒng)，激光輻射產(chǎn)生高溫、噴水系統(tǒng)降溫，利用瞬時的高溫差，使巖石產(chǎn)生拉應(yīng)力而破碎；實時監(jiān)測系統(tǒng)：包括圖像可視模塊、傳感器模塊和信息采集模塊，保證激光輔助掘進(jìn)的安全和實現(xiàn)破壞模式間的轉(zhuǎn)變，信息采集模塊實時同步采集，對掘進(jìn)過程中的不同類型、強(qiáng)度的巖石做出及時的判斷；智能控制系統(tǒng)：對信息采集模塊輸出的信號進(jìn)行調(diào)理和識別，實現(xiàn)激光?滾刀破巖模式和滾刀破巖模式之間的靈活轉(zhuǎn)換，再對激光器的數(shù)量與空間布局、激光器的類型、刀盤的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，提高掘進(jìn)機(jī)對不同地質(zhì)條件適應(yīng)能力。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，隧道掘進(jìn)機(jī)上增設(shè)激光器、噴水系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)；激光器：隧道掘進(jìn)機(jī)的刀盤上安裝有多個激光器，形成熱破碎、熔化及汽化為主的激光-滾刀破巖模式；噴水系統(tǒng)：激光器周圍輔設(shè)有噴水系統(tǒng)，激光輻射產(chǎn)生高溫、噴水系統(tǒng)降溫，利用瞬時的高溫差，使巖石產(chǎn)生拉應(yīng)力而破碎；實時監(jiān)測系統(tǒng)：包括圖像可視模塊、傳感器模塊和信息采集模塊，保證激光輔助掘進(jìn)的安全和實現(xiàn)破壞模式間的轉(zhuǎn)變，信息采集模塊實時同步采集，對掘進(jìn)過程中的不同類型、強(qiáng)度的巖石做出及時的判斷；智能控制系統(tǒng)：對信息采集模塊輸出的信號進(jìn)行調(diào)理和識別，實現(xiàn)激光-滾刀破巖模式和滾刀破巖模式之間的靈活轉(zhuǎn)換，再對激光器的數(shù)量與空間布局、激光器的類型、刀盤的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，提高掘進(jìn)機(jī)對不同地質(zhì)條件適應(yīng)能力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光輔助隧道掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，刀盤上設(shè)置與刀片相間分布的激光...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王崢崢，高陽，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21