1.本实用新型涉及隧道施工建设领域，特别是一种硬岩隧道应力释放装置。
背景技术：
2.随着我国交通网络基础设施建设的快速发展，铁路、公路和水利隧道规模发展迅速，逐渐向长大、深埋、大跨方向发展，加之工程区地形高差显著、地势起伏大、区域构造作用强烈以及地质条件复杂性，工程区初始应力值极高，深埋长大硬岩隧道岩爆病害问题日益显现，已成为一个严重威胁深埋隧道安全施工的典型地质灾害，造成了严重的人员伤亡、设备损毁、工期延误与施工成本增加。
3.在深埋长大硬岩隧道中，区域应力值极高，钻爆法和tbm(tunnel boring machine，隧道掘进机)掘进法很难保证安全高效快速施工，需要在施工前对深埋长大硬岩隧道进行应力释放处理。现有技术中，有直接通过微波加热岩体或液体气化使岩体降温等方式用于隧道应力释放，微波加热能提升一定的破岩效率，但可能会因温度过高导致设备损毁；典型的液体气化如液氮和液体二氧化碳通过降温也能提升一定的破岩效率，但其成本较高，不利于隧道大规模推广使用。
技术实现要素：
4.本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的微波加热破岩可能会因温度过高导致设备损毁，液体气化降温破岩成本较高，不利于隧道大规模推广使用的问题，提供一种硬岩隧道应力释放装置。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种硬岩隧道应力释放装置，包括载体和注水设备，还包括微波发射设备和/或红外线发射设备，所述载体能够移动至隧道围岩掌子面处，所述微波发射设备用于发射微波加热待挖掘的岩体，所述红外线发射设备用于发射红外线加热待挖掘的岩体，所述注水设备用于注水冷却待挖掘的岩体。
7.采用本实用新型所述的一种硬岩隧道应力释放装置，将微波、红外线及水流组合应用于深埋硬岩隧道应力释放，通过所述微波发射设备发射微波和/或所述红外线发射设备发射红外线对岩体升温破坏，导致岩体产生裂缝，大幅降低岩体应力水平，通过所述注水设备注水使岩体急剧降温，激发岩体裂隙长度和宽度，所述注水设备对岩体降温避免积热造成所述微波发射设备发射微波和/或所述红外线发射设备的损坏，还能够冷热循环反复作用，最终使岩体产生疲劳破坏，能够有效减少强烈岩爆和极强岩爆的发生，能够安全有效高速提升隧道掘进效率。
8.作为本实用新型优选地技术方案，所述微波发射设备包括微波发射器、微波控制器、微波控制显示屏、微波控制开关，所述微波控制器分别电连接所述微波发射器、所述微波控制显示屏和所述微波控制开关。
9.作为本实用新型进一步优选地技术方案，所述微波发射器通过微波传输电缆与微
波发射头电连接。
10.作为本实用新型进一步优选地技术方案，所述微波发射器中的磁控管输出口通过矩形波导依次与水负载、耦合器及检波器、调配器、转换器电连接，所述转换器末端通过所述微波传输电缆与所述微波发射头电连接。
11.作为本实用新型优选地技术方案，所述红外线发射设备包括红外线控制显示屏、红外线调制单元、红外线控制系统、红外线控制开关，所述红外线控制系统分别电连接所述红外线调制单元、所述红外线控制显示屏和所述红外线控制开关。
12.作为本实用新型进一步优选地技术方案，所述红外线调制单元通过红外线传输电缆与红外线发射头电连接。
13.作为本实用新型优选地技术方案，所述注水设备包括储水系统、泵送电机、注水控制系统和水管，所述水管通过所述泵送电机连接所述储水系统，所述泵送电机电性连接所述注水控制系统。
14.作为本实用新型优选地技术方案，所述载体上设有电源设备，所述电源设备电性连接所述微波发射设备、所述注水设备和所述红外线发射设备。
15.作为本实用新型进一步优选地技术方案，所述电源设备包括发电机、电力储存柜和外接电源切换柜，所述发电机和所述外接电源切换柜分别电连接所述电力储存柜。
16.作为本实用新型优选地技术方案，所述载体为车辆，所述车辆包括从前向后依次连接的车头、车厢和后座翻转厢体，所述车厢内设置所述微波发射设备、所述注水设备和所述红外线发射设备。
17.综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
18.本实用新型所述的一种硬岩隧道应力释放装置，将微波、红外线及水流组合应用于深埋硬岩隧道应力释放，通过所述微波发射设备发射微波和/或所述红外线发射设备发射红外线对岩体升温破坏，导致岩体产生裂缝，大幅降低岩体应力水平，通过所述注水设备注水使岩体急剧降温，激发岩体裂隙长度和宽度，所述注水设备对岩体降温避免积热造成所述微波发射设备发射微波和/或所述红外线发射设备的损坏，还能够冷热循环反复作用，最终使岩体产生疲劳破坏，能够有效减少强烈岩爆和极强岩爆的发生，能够安全有效高速提升隧道掘进效率。
附图说明
19.图1为硬岩隧道应力释放装置的结构示意图；
20.图2为微波发射头的结构示意图；
21.图3为红外线发射头的结构示意图；
22.图4为硬岩隧道应力释放装置的工作流程示意图。
23.图中标记：1-围岩，2-超前应力释放孔，3-传动丝杠，4-微波发射设备，401-微波发射器，402-微波控制器，403-微波控制显示屏，404-微波控制开关，5-注水设备，501-储水系统，502-泵送电机，503-注水控制系统，504-注水控制显示屏，505-注水控制开关，6-红外线发射设备，601一红外线控制显示屏，602-红外线调制单元，603-红外线控制系统，604-红外线控制开关，7-微波发射头，8-微波传输电缆，9-水负载，10-耦合器及检波器，11-调配器，12-转换器，13-陶瓷纤维膜堵塞，14-水管，15-孔口密封圈，16-红外线传输电缆，17-红外线
发射头，18-红外线堵塞，19-温度传感器，20-载体，21-移动升降平台，22-电源设备，23-电力储存柜，24-发电机，25-外接电源切换柜，26-履带，27-车厢，28-车头，29-后座翻转厢体。
具体实施方式
24.下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
25.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.实施例1
27.如图1至图4所示，本实用新型所述的一种硬岩隧道应力释放装置，包括载体20，所述载体20上设有电源设备22、微波发射设备4、高压注水设备5、所述红外线发射设备6。
28.所述载体20为车辆，能够移动至隧道围岩1掌子面处，具体地，本实施例中所述载体20采用履带式汽车，所述履带式汽车包括从前向后依次连接的车头28、车厢27和后座翻转厢体29，三者底部为履带26，所述履带26为所述载体20的行走部件，所述车头28用于控制所述载体20的进退和转向，所述车厢27内设置所述电源设备22、所述微波发射设备4、所述注水设备5和所述红外线发射设备6，所述后座翻转厢体29能够相对于所述车厢27翻转启闭，以露出其中的所述微波发射设备4、所述注水设备5和所述红外线发射设备6。
29.靠近所述车头28的所述车厢27中设置所述电源设备22，所述电源设备22包括发电机24、电力储存柜23和外接电源切换柜25，所述发电机24和所述外接电源切换柜25分别电连接所述电力储存柜23，所述发电机24用于发电并输送至所述电力储存柜23，所述外接电源切换柜25用于外接电并输送至所述电力储存柜23，所述电力储存柜23用于储电，为其余设备供电。
30.车尾至所述电源设备22的所述车厢27中依次设置所述微波发射设备4、所述注水设备5和所述红外线发射设备6，所述后座翻转厢体34与所述履带式汽车底盘之间对称设置有第一液压油缸，通过所述第一液压油缸的伸缩实现所述后座翻转厢体34的启闭，所述微波发射设备4、所述注水设备5和所述红外线发射设备6分别通过移动升降平台21连接于所述车厢27，通过所述移动升降平台21的升降能够调节所述微波发射设备4、所述注水设备5和所述红外线发射设备6各自的高度位置，所述移动升降平台21包括第二液压油缸，所述电力储存柜23用于为所述移动升降平台21、所述微波发射设备4、所述注水设备5、所述红外线发射设备6和所述第一液压油缸供电。
31.所述微波发射设备4用于发射微波加热待挖掘的岩体，所述微波发射设备4包括微波发射器401、微波控制器402、微波控制显示屏403、微波控制开关404，所述微波发射器401分别电连接所述微波控制器402和所述电力储存柜23，所述微波控制器402分别电连接所述微波控制显示屏403、所述微波控制开关404和所述电力储存柜23，所述微波发射器401中的磁控管输出口通过矩形波导依次与水负载9、耦合器及检波器10、调配器11、转换器12电连接，所述转换器12末端通过微波传输电缆8与微波发射头7电连接，如图2所示所述微波发射头7为五向发射头，所述微波发射设备4连接有传动丝杠3，所述传动丝杠3上转动配合有滑座，所述滑座连接所述微波发射头7，所述传动丝杠3上设有至少一个温度传感器19，所述传动丝杠3和所述温度传感器19均电连接所述电力储存柜23，通过所述传动丝杠3的转动能够
带动所述微波发射头7相对所述车厢27前后移动，所述微波控制开关404用于控制所述微波发射器401启闭，所述微波发射设备4通过所述微波发射头7和所述微波传输电缆8将微波发射到围岩1中的超前应力释放孔2中对岩体进行升温加热，所述温度传感器19能够检测加热温度，所述微波发射设备4对应的所述超前应力释放孔2通过陶瓷纤维膜堵塞13进行封闭，所述电力储存柜23用于为所述微波发射器401、所述微波控制器402、所述微波控制显示屏403和所述传动丝杠3供电。
32.所述注水设备5用于注水冷却待挖掘的岩体，所述注水设备5包括储水系统501、泵送电机502、注水控制系统503、注水控制显示屏504、注水控制开关505和水管14，所述水管14通过所述泵送电机502连接所述储水系统501，所述水管14能够延伸至所述车厢27之外，所述泵送电机502分别电连接所述注水控制系统503和所述电力储存柜23，所述注水控制系统503分别电连接所述注水控制显示屏504、所述注水控制开关505和所述电力储存柜23，所述注水控制系统503通过所述注水控制开关505控制所述泵送电机502启闭，所述泵送电机502启动时，能够将所述储水系统501中的水泵送至所述水管14喷出，所述水管14类似于消防车用注水管，日常状态下卷折叠，便于放置在所述车厢27内，使用时伸直，便于出水，所述储水系统501包括水箱，所述水箱中储水且设置有液位传感器，所述液位传感器电连接所述注水控制系统503，所述液位传感器检测的所述水箱的液位能够通过所述注水控制系统503换算成所述水箱中水的余量，并反馈在所述注水控制显示屏504上进行显示，所述注水设备5通过所述水管14将冷却水注入所述超前应力释放孔2中，所述注水设备5对应的所述超前应力释放孔2通过孔口密封圈15进行封闭，所述电力储存柜23用于为所述注水控制系统503、所述注水控制显示屏504和所述泵送电机502供电。
33.所述红外线发射设备6用于发射红外线加热待挖掘的岩体，所述红外线发射设备6包括红外线控制显示屏601、红外线调制单元602、红外线控制系统603、红外线控制开关604，所述红外线调制单元602分别电连接所述红外线控制系统603和所述电力储存柜23，所述红外线控制系统603分别电连接所述红外线控制显示屏601、所述红外线控制开关604和所述电力储存柜23，所述红外线调制单元602通过红外线传输电缆16与红外线发射头17电连接，如图3所示所述红外线发射头17为五向发射头，所述红外线发射设备6连接有所述传动丝杠3，所述传动丝杠3上转动配合有滑座，所述滑座连接所述红外线发射头17，所述传动丝杠3上设有至少一个温度传感器19，所述传动丝杠3和所述温度传感器19均电连接所述电力储存柜23，通过所述传动丝杠3的转动能够带动所述红外线发射头17相对所述车厢27前后移动，所述红外线控制开关604用于控制所述红外线调制单元602启闭，所述红外线发射设备6通过所述红外线传输电缆16和所述红外线发射头17将红外线发射到所述超前应力释放孔2中对岩体进行升温加热，所述红外线发射设备6对应的所述超前应力释放孔2通过红外线堵塞18进行封闭，所述电力储存柜23用于为所述红外线调制单元602、所述红外线控制系统603、所述红外线控制显示屏601和所述传动丝杠3供电。
34.如图4所示，所述硬岩隧道应力释放装置的使用包括以下步骤：
35.s1、在使用钻爆法或tbm掘进法进入潜在岩爆风险段落前，采用钻机在掌子面上钻取所述超前应力释放孔2，所述超前应力释放孔2为水平钻孔和/或具有倾角的斜钻孔，所述斜钻孔包括上仰孔和/或下斜孔，根据岩爆危险性等级确定所述超前应力释放孔2的数量以及分布情况；
36.s2、将所述微波发射设备4、所述微波传输电缆8和所述微波发射头7进行连接，将所述红外线发射设备6、所述红外线传输电缆16和所述红外线发射头17进行连接，将所述注水设备5和所述水管14进行连接；
37.s3、通过所述传动丝杠3带动将所述微波发射头7和所述红外线发射头17分别伸入所述超前应力释放孔2，开启所述微波发射设备4和所述红外线发射设备6，利用微波或红外线加热岩体到500～600℃；
38.s4、达到预定温度后，关闭所述微波发射设备4和所述红外线发射设备6，所述微波发射头7和所述红外线发射头17通过所述传动丝杠3远离掌子面，将所述水管14向掌子面方向移动进入所述超前应力释放孔2，开启所述注水设备5，岩体降温到200～300℃时，关闭所述注水设备5；
39.s5、重复步骤s3和s4，使岩体处于冷热循环过程中，直至岩体出现明显裂隙或破坏，然后在应力释放区域使用钻爆法或tbm掘进法进行施工。
40.本实施例所述的一种硬岩隧道应力释放装置，将微波、红外线及水流组合应用于深埋硬岩隧道应力释放，通过所述微波发射设备4发射微波和所述红外线发射设备6发射红外线对岩体升温破坏，导致岩体产生裂缝，大幅降低岩体应力水平，通过所述注水设备5注水使岩体急剧降温，激发岩体裂隙长度和宽度，所述注水设备5对岩体降温避免积热造成所述微波发射设备4发射微波和所述红外线发射设备6的损坏，还能够冷热循环反复作用，最终使岩体产生疲劳破坏，能够有效减少强烈岩爆和极强岩爆的发生，能够安全有效高速提升隧道掘进效率。
41.实施例2
42.本实用新型所述的一种硬岩隧道应力释放装置，与实施例1的不同之处在于，本实施例中所述硬岩隧道应力释放装置中对岩体加热升温的设备仅包括所述微波发射设备4，不包括所述红外线发射设备6。
43.实施例3
44.本实用新型所述的一种硬岩隧道应力释放装置，与实施例1的不同之处在于，本实施例中所述硬岩隧道应力释放装置中对岩体加热升温的设备仅包括所述红外线发射设备6，不包括所述微波发射设备4。
45.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。