一种联合破岩方法、破岩试验台及破岩试验方法

摘要

本发明提出一种联合破岩方法、破岩试验台及破岩试验方法。该破岩方法包括如下步骤：利用激光器在岩石上灼烧出凹坑；利用高压喷嘴在凹坑上切割出切割线；利用刀具在相邻两个凹坑及切割线之间接触破岩；重复上述步骤，直至作业完成。该破岩试验台，包括台架，台架上设有激光器、高压喷嘴、刀具和岩石平台。该破岩试验方法，包括如下步骤：在岩石平台上装载岩石，利用激光器在岩石上灼烧出凹坑；利用高压喷嘴凹坑上切割出切割线；利用刀具在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间接触破岩；重复上述步骤，直至作业完成。本发明的优点：利用激光、射流和刀具联合使用，可以快速破岩贯入掘进。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道破岩，特别是指一种联合破岩方法、破岩试验台及破岩试验方法。

背景技术

采用滚刀破岩是硬岩隧道掘进的常见掘进方式。滚刀破岩时，压头侵入岩石中，在巨大压力的作用下，压头作用点的岩石会出现一个由粉碎体组成的密实核，核内的粉碎体处于高压流动状态，像液体一样向周边传递压力，部分压力的方向可以与滚刀推力方向垂直，从而向两侧挤压岩石使之发生剪裂或拉裂。

但是在硬岩隧道施工中，会遇到高埋深、地应力大的极硬岩石地层，面对极硬岩地层，常见的滚刀破岩易造成刀圈异常失效、刀盘大面积开裂、刀盘掘进贯入度＜2mm/r、滚刀消耗严重、掘进效率低、载荷分布不匀、振动强烈等问题。

同时由于刀盘贯入度小，施工时间中，刀具的检查、更换与维修等作业时间占掘进总时间大大增加，刀具的费用占掘进施工总费用也大大增加。

发明内容

本发明提出一种联合破岩方法、破岩试验台及破岩试验方法，解决常用破岩方法面对极硬岩地层贯入度低、施工效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种联合破岩方法，包括如下步骤：

步骤1：利用激光器在岩石上灼烧出凹坑；

步骤2：利用高压喷嘴在岩石上的凹坑上切割出切割线；

步骤3：利用刀具在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间接触破岩；

步骤4：重复步骤1~3，直至作业完成。

所述的步骤1中，在岩石上灼烧出行列布置的凹坑。

所述的步骤1中，在岩石上灼烧出矩形的凹坑。

所述的步骤2中，在岩石上的凹坑上切割出贯穿的切割线。

所述的步骤2中，高压喷嘴采用水射流进行切割。

所述的步骤2中，切割后，利用高压空气清理岩石上的水。

所述的步骤3中，刀具采用贝壳刮刀。

所述的步骤3中，在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间贯穿接触破岩。

所述的步骤4中，重复步骤1时，此次凹坑灼烧的位置与上次凹坑灼烧的位置错开。

一种联合破岩试验台，包括台架，所述的台架上设有激光器、高压喷嘴、刀具和岩石平台，激光器、高压喷嘴和刀具均位于岩石平台的上方，岩石平台均与高压喷嘴、刀具相对移动设置。

所述的激光器倾斜设置。

所述的激光器倾斜设在安装架上，安装架与升降油缸连接，升降油缸与激光支架连接，激光支架与支架腿连接，支架腿与台架连接。

所述的高压喷嘴为水射流式。

所述的高压喷嘴设在射流支架上，射流支架与辅撑支架连接，辅撑支架连接在台架与刀具支架之间。

所述的刀具设在刀具支架上，刀具支架与台架连接。

所述的刀具为贝壳刮刀。

所述的岩石平台纵向滑动设在平台底座上，岩石平台与平台底座之间设有纵向伸缩装置，平台底座横向滑动设在台架上，平台底座与台架之间设有横向伸缩装置。

所述的横向伸缩装置为横向油缸，横向油缸设在横向油缸底座上，纵向伸缩装置为纵向油缸，纵向油缸设在纵向油缸底座上。

所述的台架的边侧设有防护罩。

一种上述的联合破岩试验台的破岩试验方法，包括如下步骤：

步骤1：在岩石平台上装载岩石，利用激光器在岩石上灼烧出凹坑；

步骤2：控制高压喷嘴和岩石平台相对移动，利用高压喷嘴在岩石上的凹坑上切割出切割线；

步骤3：控制刀具和岩石平台相对移动，利用刀具在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间接触破岩；

步骤4：重复步骤1~3，直至作业完成。

所述的步骤1中，控制岩石平台横纵滑移，在岩石上灼烧出行列布置的凹坑；所述的步骤2中，控制岩石平台横纵滑移，针对行列布置的凹坑进行切割作业；所述的步骤3中，控制岩石平台横纵滑移，针对行列布置的凹坑进行破岩作业。

所述的步骤1中，在岩石上灼烧出矩形的凹坑。

所述的步骤1中，控制升降油缸伸长，将激光器靠近岩石进行灼烧作业，控制升降油缸缩短，将激光器远离岩石。

所述的步骤2中，在岩石上的凹坑上切割出贯穿的切割线。

所述的步骤2中，高压喷嘴采用水射流进行切割。

所述的步骤2中，切割后，利用高压空气清理岩石上的水。

所述的步骤2中，控制岩石平台移动，进行切割作业。

所述的步骤3中，刀具采用贝壳刮刀。

所述的步骤3中，在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间贯穿接触破岩。

所述的步骤3中，控制岩石平台移动，进行破岩作业。

控制纵向伸缩装置，实现岩石平台在平台底座上的纵向移动，控制横向伸缩装置，实现平台底座在台架上的横向移动。

所述的步骤4中，重复步骤1时，此次凹坑灼烧的位置与上次凹坑灼烧的位置错开。

本发明的优点：采用激光不仅可以灼烧凹坑，还可以降低灼烧凹坑单轴抗压强度，再次采用射流（切割线窄而深）大深度的贯入激光灼烧凹坑，最后采用贝壳刮刀（切割线宽而浅），在两个相邻的灼烧凹坑及切割线之间贯穿，运用这样配合可以快速破岩贯入掘进。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。

图1为本发明破岩示意图。

图2为本发明试验台结构主视图。

图3为本发明激光器结构俯视图。

图中：1-激光支架，2-升降油缸，3-安装架，4-激光器，5-支架腿，6-射流支架，7-高压喷嘴，8-横向油缸，9-横向油缸底座，10-纵向油缸，11-纵向油缸底座，12-岩石平台，13-平台底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种联合破岩方法，包括如下步骤：

步骤1：利用激光器4，在岩石上灼烧出行列布置的凹坑，凹坑为矩形；

步骤2：利用高压喷嘴7的水射流，在岩石上的凹坑上切割出贯穿的切割线（水线），切割后，利用高压空气清理岩石上的水，避免二次激光灼烧时能量损耗；

步骤3：利用贝壳刮刀作为刀具，在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间贯穿接触破岩；

步骤4：重复步骤1~3，重复步骤1时，此次凹坑灼烧的位置与上次凹坑灼烧的位置错开，从而往复交错循环、不断贯入，直至作业完成。

如图2和3所示，一种联合破岩试验台，包括台架，台架上设有激光器4、高压喷嘴7、刀具和岩石平台12，激光器4、高压喷嘴7和刀具均位于岩石平台12的上方，岩石平台12均与高压喷嘴7、刀具相对移动设置。

激光器4倾斜设在安装架3上，使得激光器与岩石平台形成一定夹角，避免激光反射造成元器件损坏。安装架3与升降油缸2连接，升降油缸2与激光支架1连接，激光支架1与支架腿5连接，支架腿5与台架连接。

高压喷嘴7为水射流式，高压喷嘴7设在射流支架6上，射流支架6与辅撑支架连接，辅撑支架连接在台架与刀具支架之间。

刀具为贝壳刮刀，刀具设在刀具支架上，刀具支架与台架连接。

岩石平台12纵向滑动设在平台底座13上，岩石平台12与平台底座13之间设有纵向伸缩装置，平台底座13横向滑动设在台架上，平台底座13与台架之间设有横向伸缩装置。横向伸缩装置为横向油缸8，横向油缸8设在横向油缸底座9上，纵向伸缩装置为纵向油缸10，纵向油缸10设在纵向油缸底座11上。

台架的边侧设有防护罩。

一种上述联合破岩试验台的破岩试验方法，包括如下步骤：

步骤1：在岩石平台12上装载岩石，控制升降油缸2伸长，将激光器4靠近岩石，控制岩石平台12横纵滑移，利用激光器4，在岩石上灼烧出行列布置的凹坑，凹坑为矩形，控制升降油缸2缩短，将激光器4远离岩石；

步骤2：控制岩石平台12横纵滑移移动，高压喷嘴7采用水射流，针对行列布置的凹坑，利用高压喷嘴7在岩石上的凹坑上切割出贯穿的切割线，切割后，利用高压空气清理岩石上的水，避免二次激光灼烧时能量损耗；

步骤3：控制岩石平台12横纵滑移，刀具采用贝壳刮刀，针对行列布置的凹坑，利用刀具在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间贯穿接触破岩；

步骤4：重复步骤1~3，重复步骤1时，此次凹坑灼烧的位置与上次凹坑灼烧的位置错开，从而往复交错循环、不断贯入，直至作业完成。

岩石平台横纵滑移时，控制纵向伸缩装置，实现岩石平台12在平台底座13上的纵向移动，控制横向伸缩装置，实现平台底座13在台架上的横向移动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。