基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备和施工方法与流程

1.本发明涉及隧道设备技术领域，特别涉及一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备和施工方法。


背景技术：

2.隧道穿越断层破碎带施工过程具有影响范围广、技术难度大、处置周期长和安全风险高等特点。tbm或者盾构机在通过断层破碎带时，围岩自身不能自稳造成不同规模的塌方并且卡机问题频发，对隧道掘进造成影响，导致被迫停机。钻爆法的使用会导致破碎带周围岩层、流体产生互相作用，极易发生塌方等问题，并且对周边环境扰动较大。
3.现有技术的隧道过破碎带的施工方案都极受破碎带突泥涌水的影响，如不能采取合理可靠的措施，极易造成工期延误，甚至导致财产损失、人员伤亡等难以承受的后果。基于此，我们迫切的需要一种基于非爆破破岩且不受突泥涌水等破碎带特有问题影响的施工装备与方法，以此来改善目前隧道的施工环境和劳动强度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备，该破碎带开挖装备通过注浆组件实现对破碎带段定量化的超前支护，将待开挖区域与围岩有效的分隔开来，充分利用开挖区域的破碎岩体天然联通性，通过自激脉冲射流装置实现对过破碎带隧道实现有效开挖。
5.本发明的目的还在于提供一种施工方法。
6.为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：
7.根据本发明的一个方面，提供了一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备包括台车主体、自激脉冲射流装置以及超前支护装置；所述自激脉冲射流装置包括自激脉冲射流枪、自激脉冲机械臂和增压组件，所述自激脉冲射流枪通过所述自激脉冲机械臂角度可调式连接于所述台车主体，所述自激脉冲射流枪与所述增压组件连通且枪口朝向掌子面，以将所述增压组件产生的高压水流射向所述掌子面；所述超前支护装置包括注浆组件和支护机械臂，所述注浆组件通过所述支护机械臂角度可调式连接于所述台车主体，以对所述掌子面的外侧围岩进行超前支护。
8.根据本发明的一实施方式，其中，所述自激脉冲射流枪包括射流枪壳体、震荡内芯和脉冲阀，所述射流枪壳体与所述增压组件连接，以使高压水进入所述射流枪壳体，所述震荡内芯连接于所述射流枪壳体，以在所述震荡内芯和所述射流枪壳体之间形成引流腔，所述震荡内芯的内部沿其轴线开设有箭头状的震荡腔，所述引流腔的出水端与所述震荡腔连通，所述脉冲阀设置于所述射流枪壳体的出水端，以将震荡后的高压水周期性射出。
9.根据本发明的一实施方式，其中，所述射流枪壳体包括依次连接的扩流部、震荡部和过渡部，所述扩流部的直径大于所述震荡部的直径，以使大部分高压水流进入所述引流腔，所述过渡部的直径小于所述震荡部的直径，以对震荡后的高压水流进行初步加压。
10.根据本发明的一实施方式，其中，所述脉冲阀包括阀体和球体，所述阀体围设形成两端开口的阀腔且连接于所述射流枪壳体，所述球体设置于所述阀腔内，以通过高压水流的冲击与所述阀体远离所述射流枪壳体的一端开口形成周期性抵接。
11.根据本发明的一实施方式，其中，所述注浆组件包括钻注一体钻钎、伺服电机、风炮气缸和注浆管，所述风炮气缸连接于所述支护机械臂，所述伺服电机连接于所述风炮气缸，以通过所述风炮气缸推动所述伺服电机，所述钻注一体钻钎为空心状结构且连接于所述伺服电机，以通过所述伺服电机带动所述钻注一体钻钎旋转，所述注浆管与所述钻注一体钻钎连通，以将特质浆料通过所述钻注一体钻钎填入围岩。
12.根据本发明的一实施方式，其中，所述注浆组件还包括储浆箱、抽浆泵和设置于所述储浆箱内的搅拌机，所述注浆管通过所述抽浆泵连接于所述储浆箱。
13.根据本发明的一实施方式，其中，所述自激脉冲机械臂包括自激脉冲机械臂主体、自激脉冲连接件和两个自激旋转电机，一个自激旋转电机连接于所述自激脉冲机械臂主体和所述自激脉冲连接件，另一个所述自激旋转电机连接于所述自激脉冲连接件和所述自激脉冲射流枪，两个所述自激旋转电机的旋转轴线垂直设置，以在两个互相垂直的平面内调整所述自激脉冲射流枪的射流角度。
14.根据本发明的一实施方式，其中，所述支护机械臂包括支护机械臂主体、支护连接件和两个支护旋转电机，一个支护旋转电机连接于所述支护机械臂主体和所述支护连接件，另一个所述支护旋转电机连接于所述支护连接件和所述注浆组件，两个所述支护旋转电机的旋转轴线垂直设置，以在两个互相垂直的平面内调整所述注浆组件的钻孔角度。
15.根据本发明的一实施方式，其中，所述增压组件包括高压抽水泵和储水箱，所述自激脉冲射流枪通过所述高压抽水泵连通所述储水箱。
16.根据本发明的另一方面，提供了一种施工方法，包括：步骤s1：注浆组件通过支护机械臂移动至掌子面的边缘；步骤s2：在风炮气缸和伺服电机的作用下，将钻注一体钻钎以合适的角度打入隧道破碎带围岩至规定深度；步骤s3：注浆管通过所述钻注一体钻钎向围岩注入特质浆料进行超前支护，同时所述钻注一体钻钎退出围岩；步骤s4：自激脉冲射流枪通过自激脉冲机械臂移动至掌子面的合适位置，开始破岩；步骤s5：掌子面掘进合适深度后，重复步骤s1至s4，直至施工结束。
17.本发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：
18.本发明的基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备采用本发明的施工方法，可以实现对破碎带段有效的超前支护，将破岩面与周围有效的分隔开来，减少对周围的扰动，从而有效的减少隧道垮塌的风险；自激脉冲射流枪产生的自激脉冲射流对于本身具有节理性的岩体破岩具有极佳的效果，并且节理性岩体遇水容易软化崩解，提高破岩效率；基于间歇性高压水射流的持续高强度锤击，可有效扩展岩石裂隙，使其自行破碎掉落；实现了无爆破破岩，减少了爆破施工对周围环境及建筑物的影响。精简了施工工序，实现了全断面自动无需人工干预，破岩速度快从而提升了施工效率；不会激起粉尘，不需要一段时间排风后才能进行下一步工序，有效提升施工速度与工人的工作环境；不会因为破碎带段的特殊性而导致类似tbm刀具卡机等机械故障暂停施工。
附图说明
19.通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
20.图1是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的右视图。
21.图2是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的左视图。
22.图3是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的水流示意图。
23.图4是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的特质浆料流动示意图。
24.图5是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的注浆组件的示意图。
25.图6是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的自激脉冲射流枪产生脉冲射流的原理图。
26.图7是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的射流枪壳体的内部示意图。
27.图8是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的工作隧道破碎带的示意图。
28.图9是根据一示例性实施方式示出的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的破岩示意图。
29.其中，附图标记说明如下：
30.1、台车主体；11、千斤顶；2、自激脉冲射流装置；21、自激脉冲射流枪；211、射流枪壳体；2111、扩流部；2112、震荡部；2113、过渡部；212、震荡内芯；2121、震荡腔；2122、内芯进水口；2123、内芯出水口；2124、左侧流道；2125、右侧流道；213、脉冲阀；2131、阀体；2132、球体；2133、阀腔；214、引流腔；22、自激脉冲机械臂；221、自激脉冲机械臂主体；222、自激脉冲连接件；2221、第一侧壁；2222、第二侧壁；223、自激脉冲液压杆；23、增压组件；231、高压抽水泵；232、储水箱；2321、储水箱进水口；2322、进水阀；3、超前支护装置；31、注浆组件；311、钻注一体钻钎；312、伺服电机；313、风炮气缸；314、注浆管；315、储浆箱；3151、进浆口；3152、进浆阀；316、抽浆泵；317、搅拌机；32、支护机械臂；321、支护机械臂主体；322、支护连接件；3221、第三侧壁；3222、第四侧壁；323、支护液压杆；4、罐车；51、中心裂纹；52、锥裂纹；53、放射性裂纹；54、径向裂纹。
具体实施方式
31.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
32.用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用
语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
33.如图1至图2所示，图1示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的右视图。图2示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的左视图。图3示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的水流示意图。图4示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的特质浆料流动示意图。图5示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的注浆组件31的示意图。图6示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的自激脉冲射流枪21产生脉冲射流的原理图。图7是示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的射流枪壳体的内部示意图。图8示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的工作隧道破碎带的示意图。图9示出了本发明提供的一种基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备的破岩示意图。
34.本发明实施例的基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备包括台车主体1、自激脉冲射流装置2以及超前支护装置3；所述自激脉冲射流装置2包括自激脉冲射流枪21、自激脉冲机械臂22和增压组件23，所述自激脉冲射流枪21通过所述自激脉冲机械臂22角度可调式连接于所述台车主体1，所述自激脉冲射流枪21与所述增压组件23连通且枪口朝向掌子面，以将所述增压组件23产生的高压水流射向所述掌子面；所述超前支护装置3包括注浆组件31和支护机械臂32，所述注浆组件31通过所述支护机械臂32角度可调式连接于所述台车主体1，以对所述掌子面的外侧围岩进行超前支护。
35.其中，台车主体1行进到需要破岩的掌子面位置处，自激脉冲射流装置2和注浆组件31朝向掌子面，将注浆组件31通过支护机械臂32进行角度调节设置于掌子面的边缘，并且注浆组件31以一定的角度对掌子面的外侧围岩进行超前支护，将需要破岩的掌子面与周围的岩体有效的分隔开来，减少对周围岩体的扰动，从而有效的减少隧道垮塌的风险。然后自激脉冲射流枪21通过自激脉冲机械臂22进行角度调节，使得自激脉冲射流枪21的枪口朝向掌子面的中间，增压组件23设置于台车主体1上，以对水流进行第一步增压，增压后的高压水流进入自激脉冲射流枪21后对掌子面进行破岩操作，周期性高压水流对岩石反复锤击可有效扩展岩石裂隙，使掌子面岩体的节理充分发育破碎后自行掉落，自激脉冲射流对于本身具有节理性的岩体破岩具有极佳的效果，并且节理性岩体遇水容易软化崩解，进而提高本破碎带开挖装备的破岩效率。
36.优选地，台车主体1的底部间隔设置有至少一个千斤顶11，可以在驻车施工过程中保证台车主体1的稳定。
37.在本发明的一个优选实施例中，所述自激脉冲射流枪21包括射流枪壳体211、震荡内芯212和脉冲阀213，所述射流枪壳体211与所述增压组件23连接，以使高压水进入所述射流枪壳体211，所述震荡内芯212连接于所述射流枪壳体211，以在所述震荡内芯212和所述射流枪壳体211之间形成引流腔214，所述震荡内芯212的内部沿其轴线开设有箭头状的震荡腔2121，所述引流腔214的出水端与所述震荡腔2121连通，所述脉冲阀213设置于所述射流枪壳体211的出水端，以将震荡后的高压水周期性射出。
38.如图1至图3、图6、图7所示，射流枪壳体211内部围设形成一个两端开口的形状为长方体的腔体结构，震荡内芯212包括以这个腔体结构的中心轴对称设置的两个块状的内
芯主体，内芯主体的两个侧面分别与射流枪壳体211的内壁贴合，以在腔体结构内的两侧分别形成引流腔214，其中内芯主体靠近腔体结构的中心的一端高于靠近射流枪壳体211一端，以在靠近高压水流入口处形成带内芯进水口2122的锥状结构，其中锥状结构的中心为震荡内芯212的内芯进水口2122，高压水流中大部分通过内芯主体的锥状结构引流进入引流腔214，小部分直接通过内芯进水口2122进入震荡腔2121内，引流腔214出水端与震荡腔2121连通，使得进入引流腔214的高压水流进入震荡腔2121后通过震荡腔2121内的箭头状结构进行导流，与直接进入震荡腔2121内的高压水流一同由震荡内芯212的内芯出水口2123流出，进入脉冲阀213后，通过脉冲阀213的周期性开启，使得震荡后的高压水流周期性射出，以形成水锤敲击掌子面，掌子面原有的裂隙在经过水锤捶打震动，以及水流充填后得到了充分发育，以中心裂纹51为轴心辐射大量的锥裂纹52和放射性裂纹53，这些裂纹相互贯通得到了比较平整的径向裂纹54，从而快速、有效和规整的破岩。
39.在本发明的一个优选实施例中，所述射流枪壳体211包括依次连接的扩流部2111、震荡部2112和过渡部2113，所述扩流部2111的直径大于所述震荡部2112的直径，以使大部分高压水流进入所述引流腔214，所述过渡部2113的直径小于所述震荡部2112的直径，以对震荡后的高压水流进行初步加压。
40.如图6和图7所示，扩流部2111的直径大于震荡部2112的直径，使得高压水流流经扩流部2111进入震荡部2112时，由于截面的突然加宽而释放水流压力，进而使得高压水流沿扩流部2111的内壁扩散流动，进而使得更多的水流进入引流腔214，仅仅剩下很小一部分水由内芯进水口2122进入震荡腔2121。过渡部2113的直径小于震荡部2112的直径，使得高压水流经过震荡后在过渡部2113进行平缓，再通过截面的突然变窄收缩而进行初步加压，使得震荡后的水流到达脉冲阀213时已具有初步的压力，进而保证脉冲阀213周期性加压后有足够的压力冲击掌子面。
41.优选地，震荡部2112的侧壁上开设有仅供空气进入的进气口，当高压水流经过引流腔214时，空气由于虹吸作用由进气口处进入引流腔214后与高压水流进行混合，混合空气后的高压水流在震荡腔2121内形成初步的周期性流动走向。
42.高压水流在震荡部2112内的每个流动周期包括三个阶段分别是：第一阶段如图6中(a)图所示，当高压水流通过扩流部2111时由于截面突然变大，使得高压水流沿扩流部2111的内壁扩散流动，具体为偏向左侧壁面或者右侧壁面，假设高压水流率先左偏，由于高压水流的附壁效应则会不断左偏至沿左侧的引流腔214流动，在左上角的换向区域进行第一次换向后，顺左侧流道2124倾斜向下流入震荡腔2121的右侧区域，然后通过震荡腔2121的右侧底部区域的第二次换向后沿震荡腔2121的中心轴由震荡内芯212的内芯出水口2123流出。第二阶段如图6中(b)图所示，内芯进水口2122处的高压水流受到左偏的高压水流挤压会产生右偏，由于附壁效应则会不断右偏至右侧的引流腔214流动，在右上角的换向区域进行第一次换向后，顺右侧流道2125倾斜向下流入震荡腔2121的左侧区域，然后通过震荡腔2121的左侧底部区域的第二次换向后沿震荡腔2121的中心轴由震荡内芯212的内芯出水口2123流出；第三阶段如图6中(c)图所示，内芯进水口2122处的左右两侧的高压水流对中间的高压水流进行挤压，使得高压水流由内芯进水口2122直接流入震荡腔2121，同时在震荡腔2121内的左右两侧的高压水流挤压下，中间的高压水流始终沿震荡腔2121的中轴线由震荡内芯212的内芯出水口2123流出，如图6中(d)图所示。这三个阶段中，前两个阶段时，左
右两侧的水流流速大于中间的水流流速，第三阶段中，中间的水流流速大于左右两侧的水流流速，在发生水流交叉时，由于水流流速有强有弱，互相影响可以忽略不计。
43.在本发明的一个优选实施例中，所述脉冲阀213包括阀体2131和球体2132，所述阀体2131围设形成两端开口的阀腔2133且连接于所述射流枪壳体211，所述球体2132设置于所述阀腔2133内，以通过高压水流的冲击与所述阀体2131远离所述射流枪壳体211的一端开口形成周期性抵接。
44.如图6所示，阀体2131连接在射流枪壳体211的出水端后，球体2132被设置在阀腔2133内且不会由阀腔2133内滑出，高压水流由射流枪壳体211流入脉冲阀213时，将球体2132冲向阀体2131远离射流枪壳体211的一端开口处，球体2132与阀体2131抵接后堵住脉冲阀213的出水口，使得阀腔2133内的压力随着高压水流的注入越来越大，当压力增加到可以从球体2132和阀体2131的夹缝处冲出时，即可冲开球体2132，使得高压水流得到足够大的压力射出脉冲阀213进行破岩，同时将球体2132冲向与阀体2131抵接，进行下一个周期循环。
45.在本发明的一个优选实施例中，所述注浆组件31包括钻注一体钻钎311、伺服电机312、风炮气缸313和注浆管314，所述风炮气缸313连接于所述支护机械臂32，所述伺服电机312连接于所述风炮气缸313，以通过所述风炮气缸313推动所述伺服电机312，所述钻注一体钻钎311为空心状结构且连接于所述伺服电机312，以通过所述伺服电机312带动所述钻注一体钻钎311旋转，所述注浆管314与所述钻注一体钻钎311连通，以将特质浆料通过所述钻注一体钻钎311填入围岩。
46.如图1、图2、图4和图5所示，支护机械臂主体321的一端连接风炮气缸313，另一端连接台车主体1，风炮气缸313的缸体固接于支护机械臂主体321上，缸杆连接于伺服电机312的固定端，通过缸杆相对于缸体的伸长可以推动伺服电机312向掌子面的外周围岩处移动，而钻注一体钻钎311连接于伺服电机312的输出端，通过伺服电机312的旋转，可以带动钻注一体钻钎311沿自身中心轴旋转，同时通过风炮气缸313的推动，可以将钻注一体钻钎311打入围岩，钻注一体钻钎311打入围岩后，通过注浆管314向钻注一体钻钎311内送入特质浆料，含有水泥浆和速凝剂的特质浆料沿钻注一体钻钎311的钻头处填入破碎带围岩的缝隙中迅速凝固，钻注一体钻钎311可以随特质浆料的注入而逐渐退出。
47.在本发明的一个优选实施例中，所述注浆组件31还包括储浆箱315、抽浆泵316和设置于所述储浆箱315内的搅拌机317，所述注浆管314通过所述抽浆泵316连接于所述储浆箱315。
48.如图2和图5所示，搅拌机317设置于储浆箱315内，可以对储浆箱315中的特质浆料搅拌，防止特质浆料在储浆箱315凝结，利用抽浆泵316将储浆箱315中的特质浆料通过注浆管314运送到注浆组件31的钻注一体钻钎311内。
49.优选地，储浆箱315还设置有进浆口3151及进浆阀3152，以方便罐车4中的特质浆料输送进储浆箱315内并暂时储存在储浆箱315中。
50.在本发明的一个优选实施例中，所述自激脉冲机械臂22包括自激脉冲机械臂主体221、自激脉冲连接件222和两个自激旋转电机，一个自激旋转电机连接于所述自激脉冲机械臂主体221和所述自激脉冲连接件222，另一个所述自激旋转电机连接于所述自激脉冲连接件222和所述自激脉冲射流枪21，两个所述自激旋转电机的旋转轴线垂直设置，以在两个
互相垂直的平面内调整所述自激脉冲射流枪21的射流角度。
51.如图1和图2所示，自激脉冲连接件222包括一体形成或固接的第一侧壁2221和第二侧壁2222，第一侧壁2221和第二侧壁2222垂直连接形成的自激脉冲连接件222的截面为“l”字形结构，第一个自激旋转电机连接于自激脉冲机械臂主体221和第一侧壁2221，自激脉冲机械臂主体221不动的情况下，第一个自激旋转电机旋转带动第一侧壁2221旋转，而第二个自激旋转电机连接于第二侧壁2222和自激脉冲射流枪21，第二侧壁2222绕第一个自激旋转电机的旋转轴旋转，第二个自激旋转电机旋转带动自激脉冲射流枪21沿第二个自激旋转电机的旋转轴旋转，进而使得自激脉冲射流枪21可以同时在互相垂直的两个平面内旋转而进行角度调节，以合适的角度对掌子面进行破岩，第一侧壁2221和第二侧壁2222为圆形时可以避免自激脉冲射流枪21在角度调节过程中发生干涉等现象。
52.优选地，自激脉冲机械臂22还包括自激脉冲液压杆223，自激脉冲液压杆223的一端旋转连接自激脉冲机械臂主体221的中部，另一端旋转连接台车主体1，自激脉冲机械臂主体221远离风炮气缸313的一端旋转连接于台车主体1，通过自激脉冲液压杆223的伸长和收缩，可以让自激脉冲机械臂主体221相对于台车主体1旋转，进而调整自激脉冲射流枪21的枪口高度，通过自激脉冲液压杆223、自激脉冲连接件222和两个自激脉冲旋转电机可以实现自激脉冲射流枪21的360
°
旋转与全方位移动，实现掌子面外周围岩的打孔注浆。
53.在本发明的一个优选实施例中，所述支护机械臂32包括支护机械臂主体321、支护连接件322和两个支护旋转电机，一个支护旋转电机连接于所述支护机械臂主体321和所述支护连接件322，另一个所述支护旋转电机连接于所述支护连接件322和所述注浆组件31，两个所述支护旋转电机的旋转轴线垂直设置，以在两个互相垂直的平面内调整所述注浆组件31的钻孔角度。
54.如图1和图2所示，支护连接件322包括一体形成或固接的第三侧壁3221和第四侧壁3222，第三侧壁3221和第四侧壁3222垂直连接形成的支护连接件322的截面为“l”字形结构，第一个支护旋转电机连接于支护机械臂主体321和第三侧壁3221，支护机械臂主体321不动的情况下，第一个支护旋转电机旋转带动第三侧壁3221旋转，而第二个支护旋转电机连接于第四侧壁3222和注浆组件31的风炮气缸313，第四侧壁3222绕第一个支护旋转电机的旋转轴旋转，第二个支护旋转电机旋转带动风炮气缸313沿第二个支护旋转电机的旋转轴旋转，进而使得注浆组件31可以同时在互相垂直的两个平面内旋转而进行角度调节，以合适的角度将钻注一体钻钎311倾斜打入掌子面外周的围岩内，第三侧壁3221和第四侧壁3222为圆形时可以避免注浆组件31在角度调节过程中发生干涉等现象。
55.优选地，支护机械臂32还包括支护液压杆323，支护液压杆323的一端连接支护机械臂主体321的中部，另一端连接台车主体1，支护机械臂主体321远离风炮气缸313的一端旋转连接于台车主体1，通过支护液压杆323的伸长和收缩，可以让支护机械臂主体321相对于台车主体1旋转，进而调整注浆组件31的高度，通过支护液压杆323、支护连接件322和两个支护旋转电机可以实现注浆风炮的360
°
旋转与全方位移动，实现整个掌子面围岩的锤击破岩。
56.在本发明的一个优选实施例中，所述增压组件23包括高压抽水泵231和储水箱232，所述自激脉冲射流枪21通过所述高压抽水泵231连通所述储水箱232。
57.如图1和图3所示，高压抽水泵231的进水端连接储水箱232，高压抽水泵231的出水
端连接自激脉冲射流枪21，开启高压抽水泵231后，利用高压抽水泵231将储水箱232内的水抽取至自激脉冲射流枪21的同时还对水流进行加压产生高压水流进入自激脉冲射流枪21的扩流部2111。
58.优选地，储水箱232还设置有储水箱进水口2321及进水阀2322，以方便罐车4中的水输送进储水箱232内并暂时储存在储水箱232中。
59.本发明实施例的一种施工方法，包括：
60.步骤s1：注浆组件31通过支护机械臂32移动至掌子面的边缘；
61.步骤s2：在风炮气缸313和伺服电机312的作用下，将钻注一体钻钎311以合适的角度打入隧道破碎带围岩至规定深度；
62.步骤s3：注浆管314通过所述钻注一体钻钎311向围岩注入特质浆料进行超前支护，同时所述钻注一体钻钎311退出围岩；
63.步骤s4：自激脉冲射流枪21通过自激脉冲机械臂22移动至掌子面的合适位置，开始破岩；
64.步骤s5：掌子面掘进合适深度后，重复步骤s1至s4，直至施工结束。
65.其中，运水的罐车4将水通过储水箱进水口2321注入储水箱232中，运特质浆料的罐车4将特质浆料通过进浆口3151注入储浆箱315中，台车主体1开至掌子面前的合适位置后，通过调整支护机械臂32的支护液压杆323对注浆组件31的高度进行调节，通过两个支护旋转电机对钻注一体钻钎311的打入角度进行调节，使得钻注一体钻钎311与掌子面的外周围岩形成一定的倾斜夹角，启动风炮气缸313和伺服电机312，钻注一体钻钎311便可以以合适的角度打入隧道破碎带围岩至规定深度；通过抽浆泵316将储浆箱315内的特质浆料泵至注浆管314内，使得特质浆料沿空心结构的钻注一体钻钎311流入围岩的钻孔内，填满破碎带围岩的缝隙中，进而对破碎带围岩进行超前支护，钻注一体钻钎311在注入特质浆料的同时逐步后撤退出钻孔，速凝的特质浆料沿着钻孔以及破碎带围岩裂隙进行填充，从而达到超前支护以及将掌子面与围岩分离的效果，减少对周围环境的扰动；通过调整自激脉冲机械臂22的自激脉冲液压杆223对自激脉冲射流枪21的高度进行调节，通过调整两个自激旋转电机，使得自激脉冲射流枪21的枪口可以对正掌子面的中心或者需要破岩的位置，启动自激脉冲射流枪21和增压组件23，高压抽水泵231将储水箱232中的水输送到自激脉冲射流枪21开始破岩，这期间如果储水箱232的水以及储浆箱315中的特质浆料不足可由罐车4及时补充；待到掌子面掘进1m后，再开始新的一轮循环，其中掌子面的掘进距离可以根据现场的实际情况进行距离调整，破碎带的围岩较破碎时间距1m，同时根据破碎程度调整注浆间距和射流水压力。
66.本发明的基于自激脉冲射流破岩的破碎带开挖装备与现有技术的tbm或盾构机相比，该破碎带开挖装备不会因为破碎带段的特殊性而导致类似tbm刀具卡机等机械故障，从而暂停施工。采用本发明的施工方法，通过周期性高压水流对岩体进行周期性反复锤击，掌子面原有的裂隙在经过水锤捶打震动，以及水流充填后得到了充分发育，以中心裂纹51为轴心辐射大量的锥裂纹52以及放射性裂纹53，这些相互贯通得到了比较平整的径向裂纹54，进而自激脉冲射流对于本身具有节理性的岩体破岩具有极佳的效果，并且节理性岩体遇水容易软化崩解，与普通的矿山法等施工方法相比，使用该方法实现了无爆破破岩，减少了爆破施工对周围环境及建筑物的影响，精简了施工工序，实现了全断面自动无需人工干
预，破岩速度快，从而提升了施工效率，且自激脉射流破岩不会激起粉尘，不需要一段时间排风后才能进行下一步工序，有效提升施工速度与工人的工作环境。
67.在本发明实施例中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
68.本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明实施例的限制。
69.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一个优选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.以上仅为本发明实施例的优选实施例而已，并不用于限制本发明实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。