本發(fā)明屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種激光輔助隧道掘進機及其破巖的方法。

背景技術(shù)：

目前，掘進機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)的掘進機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，降低了掘進效率，增大了施工成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(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。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種激光輔助隧道掘進機，在傳統(tǒng)隧道掘進機的基礎(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：隧道掘進機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，進行系統(tǒng)對比分析，針對不同種類、不同強度的巖石，切換不同的激光器，從而增加了掘進機的地層適應(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，對掘進過程中的不同類型、強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)速進行智能更變，提高掘進機對不同地質(zhì)條件適應(yīng)能力。

一種激光輔助隧道掘進機破巖的方法：

激光輔助隧道掘進機包括兩種破巖模式：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。

本發(fā)明的效果和益處是：通過一種激光輔助隧道掘進機及其破巖的方法，提高了掘進機對軟硬相間的復(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是掘進機縱斷面圖。

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)方案和附圖進一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

傳統(tǒng)的隧道掘進機通過驅(qū)動裝置7驅(qū)動刀盤10旋轉(zhuǎn)，同時開啟掘進機的推進油缸，將盾構(gòu)機向前推進，隨著推進油缸的向前推進，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上，后由皮帶輸送機運輸至外。

在傳統(tǒng)的掘進機基礎(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，掘進機前進開挖過程中，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。