水刀掘进式盾构机技术领域
本发明涉及高压水射流切割(以下简称水刀)技术及盾构技术，具体而言，
是将水刀与盾构机组合发明创造的一种利用水刀部分替换传统合金刀具，切割
隧道、矿山建设过程中可能遇到的硬岩或不均匀地层，以减少磨损从而降低成
本，并综合利用掘进施工地层所抽取地下水和掘进过程所产生废渣的盾构机。
背景技术
用现有盾构刀具施工时，会遇到各种复杂地层。均一硬岩地层只需滚刀，但
地层不均匀时必须安装切刀，切刀在破硬岩过程中几乎没有作用，由于贯入角
度和高度差的原因，产生瞬间冲击荷载，切刀会被磨平甚至崩断。在巨砾地层
中，有些砾石层中既有硬岩又有软岩，所以刀盘必须配备切刀和先行刀以对应
非硬岩的需要。同理，在软岩和软土地情况下，本不需安装滚刀，但在由于可
能存在硬岩砾石，又必须安装滚刀，导致滚刀严重损坏，失去破岩功能。因此
亟需一种减少刀具磨损的技术改进方案。
当前，我国的水刀与盾构技术日臻成熟。但由于现有土压平衡、泥水平衡
盾构技术建设成本高昂，如北京地铁采用土压平衡盾构法施工的隧道区间，平
均每建设一千米地铁隧道需要耗费约16亿元人民币。且传统盾构施工前必须大
量抽取地下水，不但浪费严重，而且增大了地表沉降的风险。因此，必须设计
一系列减少磨损，减少浪费，减少次生灾害风险，来降低盾构技术成本的方案。
若遇到岩溶发育区，则传统的土压平衡、泥水平衡盾构技术涉及的盾构机
容易受到突水事故的威胁，如宜万铁路施工时的一次岩溶突水事故，不但将盾
构机等设备大部分冲毁，而且将原先敷设的隧道盾片及铁轨全部冲毁，因此亟
须一种减少突水事故的威胁的盾构方案，以及改进的盾构机。
当前仅有手掘式盾构技术等机械化程度较低的盾构技术运用于采矿，和传
统采矿一样会在地下留下巨大空间。与现有无底柱崩落法喷浆的采空区不同，
机械化的盾构技术留下的空间是相对稳定的，因此可以将采空部分建设矿井避
难所，或者地下仓库、人防设施、地下居住场所、地下实验室等，实现空间综
合利用。同时，机械化的盾构技术等效于将盾片构成的空心筒间的矿石以近似
78.5％的比例取出，可以获取较无底柱崩落法等技术更多且分选更好的矿石，减
少炸药使用。另外，宝玉石矿产开采的矿石块度越大价值越高，需要尽量保持
矿石的完整性，必须尽量避免使用炸药，而当前使用的矿山法使用炸药较多，
使用盾构技术无炸药开采尚无先例。
发明内容
本发明目的在于提供一种减少地下水浪费、刀具磨损、综合利用废渣，以降
低成本的盾构机。此盾构机的应用范围也应较原有盾构机更为广泛，如应用于
岩溶区的隧道建设，减少突水风险；应用于矿山开采，以减少矿山热害、透水
事故风险，提高回采率与矿石质量。
为实现上述目的，本发明提供水刀掘进式盾构机，即一种采用水刀掘进的盾
构机，基本组成包括：掘进设备，其特征在于将现有盾构机部分或全部合金刀
具替换为水刀，置于盾构机最前端；环形(或外壁)保持设备，其特征在于截
面形状和所需隧道外壁形状相同，呈短管状，与已有盾构机的环形保持装置相
比增设纵向的千斤顶和防突水挡板槽，具有保持隧道形状稳定、拼装板片、固
定和保护掘进设备的作用；砂水循环利用设备，抽取盾构机掘进过程中产生的
岩屑、渣土和地层下渗的地下水，经分选后，抽取的地下水被掘进设备的水刀
再利用，抽取的岩屑、渣土一部分作为加砂水刀的磨砂再利用，一部分与混凝
土混合作为盾构的板片原料；运载设备，包括轨道、牵引机械、切割设备，拖
曳、切断、运移切下的岩石圆柱，并运载所需的其它设备就位；
控制室，控制盾构机各部分的运动，收集并处理传感器数据，为人员提供安全
工作的空间。
优选地，所述的水刀掘进式盾构机，其掘进设备包括：水刀，替代原有盾
构机的部分或全部合金刀具，当岩石不均匀、较硬或易产生有害粉尘时使用，
每个水刀有独立的传感器并可被单独控制，可拆卸替换；合金刀具，部分或全
部被水刀替代，当岩石均匀且较软(小于200Mpa)时使用；刀环，分为转动型
和非转动型两种，圆环形盾构采用转动型，异形盾构采用非转动型；水刀探头，
所述水刀探头为前端具有水刀，后端具有压力传感器的可伸缩的金属杆，位于
岩石圆柱底面圆心或刀环的几何中心向盾构机前进方向推进；传感器，以通过
压敏电阻、热敏电阻、电极的电流变化反映其位置的压力、温度、地下水溶解
盐类浓度等性质变化；推进装置，由控制室控制的多个水平、斜向方向的千斤
顶组成，每个千斤顶相互独立；
切断装置，所述切断装置包括刀盘、传送带、垂直千斤顶，破碎、切割、运送
岩石圆柱离开掌子面；
底座，所述底座沿隧道内轨道前端切线方向，至少包括两根相互平行的狭长组
件，引导轨道敷设。
优选地，其中掘进设备特征在于：所述掘进设备截面形状和所需隧道外壁
形状相同，将原有盾构机的刀盘变换为刀环，或与异形盾构的隧道外壁形状的
闭合环形，即刀具分布于闭合环形平面区域，掘进时只直接破碎岩石(圆)柱
侧面的岩石。
优选地，其中环形(或外壁)保持设备特征在于：所述环形(或外壁)保
持装置为圆筒形或异形，其中圆筒形者可绕轴转动，轴的投影位于环形保持装
置的圆心，与水刀探头共处一条直线，采用六角、八角或十二角放射形支架连
接转轴中心或环形保持装置圆形截面三个三等分点进行转动，支架与岩石圆柱
之间用可向前进方向后端折叠的挡板隔开，其推进器为均匀分布的液压千斤顶，
置于环形保持装置外围后端，筒形环形保持装置内壁具有环形的垂直于掘进方
向的凹槽，异形环形保持装置内壁具有垂直于掘进方向的两条凹槽，凹槽前端
具有搅拌器与抽泥泵，用于搅拌地下水和泥浆并通过抽水抽砂管导向砂水循环
利用设备的沉淀槽。
优选地，其中切断装置特征在于：所述切断装置为切断或分割岩石圆柱的
装置，其位于环形保持装置竖直下方的并牌两列共底座的垂直千斤顶，以及岩
石圆柱后方的刀盘；可凭借垂直千斤顶的升降，利用岩石圆柱自身重力使之自
行断裂，或凭借岩石圆柱后方的刀盘直接切削。
优选地，其中砂水循环利用设备特征在于：
所述砂水循环利用设备包括：
搅拌器，在刀环底端被动搅拌盾构机掘进过程中产生的岩屑、渣土和地层
下渗的地下水；
抽泥泵，所述抽泥泵连通抽水抽砂管，为抽取盾构机掘进过程中产生的岩
屑、渣土和地层下渗的地下水提供动力；
抽水抽砂管，所述抽水抽砂管为抽取盾构机掘进过程中产生的岩屑、渣土
和地层下渗的地下水过程中的通道；
过滤网，所述过滤网为具孔的双层传送带，筛孔单向可变，截面瓣膜状，
选取40-150目的岩石碎屑送入沉淀槽，其至少两个传动滚筒旋转轴互相平行，
倾斜于水平面放置，当过滤网的传动滚筒为两个大小不等的传动滚筒时，远离
掘进端的传动滚筒半径大于另一传动滚筒半径的3倍，当过滤网的传动滚筒为
三个大小相等的传动滚筒时，较远离掘进端的两个传动滚筒所夹斜面与水平面
夹角为锐角，当过滤网的传动滚筒为三个大小相等的传动滚筒时，较远离掘进
端的三个传动滚筒所夹两个斜面与过滤网其他部分闭合夹成燕尾形，两个斜面
较低者与水平面夹角为锐角，较高者夹角为钝角；
沉淀槽，所述沉淀槽浸没过滤网的部分分为三层，与未浸没过滤网的部分
以具漏斗状连通管的挡板隔开，分层部分上层中层暂存加砂水刀所需的水与砂，
并浸没过滤网，下层暂存污泥；
加压舱，所述加压舱同时属于加压设备，将沉淀槽内的上清液与经过滤网
的岩石碎屑分离地加压，并送入加砂水刀执行射流；
排渣口，所述排渣口位于沉淀槽底端过滤网倾斜向下一侧的底面或竖直侧
面，大小可调节，以排出颗粒过小的污泥与颗粒过大的砾石。
优选地，其中运载设备特征在于：所述运载设备放置于轨道上的部分，由
双层盘形可转动机车平台牵引和运载；上盘与下盘间以至少六根水平和竖直方
向的等大插销固定，插销插入后凭借螺母与插销一端的螺丝拧紧固定；不同方
向的设备功能不同，可固定于上盘的设备包括抽泥泵、切断装置的刀盘、环形
保持装置的马达等。
优选地，所述预警设备包括水刀探头预警设备、水刀预警设备、合金刀具
预警设备，其中水刀探头预警设备采用压敏电阻测量探头探入岩石圆柱的探孔
出口附近的压力，当压力小于等于3.1416倍的射流密度乘单位时间射水量的积
时，视为安全情况，反之视为不安全情况；水刀预警设备和合金刀具预警设备
位置，电路相互独立，均采用或门方式连接各个单元，以串联于干路的电流表
记录电流反馈回控制室，当出现断路或漏电的时候以电流增高的变化，反映刀
具的断裂或损坏。
优选地，所述水刀掘进式盾构机除掘进设备、环形保持装置、预警设备的
全部或部分，其它装置在掘进工作执行时均置于岩石圆柱远离掘进方向一侧。
掘进设备规格依据实际施工地层有不同，分类讨论地，如下表所列：
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表注：现有盾构机盘形滚刀刀具配置罗列如下：
(1)耐磨层表面刀圈：适用于掘进硬度40MPa的紧密地层，硬度80～100MPa的
断裂砾岩、砂岩、砂粘土等地层。
(2)标准钢刀圈：适用于掘进硬度50～150MPa的砾岩、大理石、砂岩、灰岩地
层。
(3)重型钢刀圈：适用于掘进硬度120～250MPa的硬岩，硬度80～150MPa的高
磨损岩层，如花岗岩、闪长岩、斑岩、蛇纹石及玄武岩等地层。
(4)镶齿硬质合金刀圈：适用于掘进硬度高达150～250MPa的花岗岩、玄武岩、
斑岩及石英岩等地层。
水刀是新改进盾构技术的“刀具”，将一定程度取代现有重型钢刀圈。推荐
采用喷嘴为人造蓝宝石或人造金刚石，工作压强300MPa的超高压水刀替代重型
钢刀圈与硬质合金钢刀圈。替代之后，以较少的刀具数就可以达到相同的切割
效果。
从上述关于本发明的描述、实践内容可知，本发明提供的水刀掘进式盾构
机与现有技术相比，其有益效果在于：将水刀技术与盾构技术组合，有利于凭
借环形保持装置与隧道板片支撑作用减小矿井塌方风险，凭借水射流降温作用
缓解矿山废热危害，凭借砂水循环利用设备减少透水事故风险，凭借水射流降
尘作用降低粉尘的危害。水刀技术与盾构技术组合同时可以有效降低成本，当
前，跨海隧道、大城市地铁建设等需要潜水面下盾构施工的场合，这种盾构机
在地层破碎，岩性复杂的地段施工，可大幅减少地下水浪费和设备磨损，从而
减少污染和浪费，来降低建设成本。注意到，当岩石柱达到一定长度，当其悬
空时便会发生脆性断裂而脱落，针对这一特点，环形保持装置将用液压千斤顶
控制升降，可以像活塞般后退取出岩石柱，这一特点非常有利于需要完整取出
化石、宝玉石晶洞的场合，因此该技术改进适用于矿体体积大，埋藏深的矿床
和需要尽量保持矿石完整性的宝玉石矿床。水刀掘进式盾构机运用于采矿，和
传统采矿一样会在地下留下巨大空间，但与现有采空区不同，盾构技术留下的
空间是相对稳定的，因此可以将采空部分建设矿井避难所，或者地下仓库、人
防设施、地下居住场所、地下实验室等，实现矿山空间综合利用。
附图说明
图1是本发明：水刀掘进式盾构机，涉及的其中一种实施例的环形保持装
置及后端的部分设备示意图。
图2是本发明涉及的其中一种实施例沿轴向的剖面示意图。
图3是本发明涉及的其中一种实施例提供的盾构机进场施工示意图。
图4是本发明涉及的其中一种实施例提供的盾构机的沉淀槽，其中过滤网
的传动滚筒为两个大小不等的传动滚筒时，沿轴向剖面示意图。
图5是本发明涉及的其中一种实施例提供的盾构机的沉淀槽横截面方向剖
面示意图。
图6是本发明涉及的其中一种实施例提供的盾构机的沉淀槽，其中过滤网
的传动滚筒为三个大小相等的传动滚筒时，沿轴向剖面示意图。
图7是本发明涉及的其中一种实施例提供的盾构机的沉淀槽，其中过滤网
的传动滚筒为四个大小相等的传动滚筒时，沿轴向剖面示意图。
图8是本发明涉及的其中一种实施例提供的盾构机的沉淀槽的过滤网横截
面示意图。
图9是本发明涉及的其中一种实施例提供的盾构机拖曳设备的双层盘形可
转动机车平台示意图。
图10是本发明涉及的其中一种实施例提供的盾构机拖曳设备下盘俯视图。
附图标记：1：环形保持装置；2：水刀；3：抽水抽砂管；4：沉淀槽；5：
加压设备；6：刀盘；7：拖曳设备；8：水刀探头；9：垂直千斤顶；10：合金
刀具；11：螺旋形管状空腔；12：岩石圆柱；13：放射形支架；14：动力设备；
15：双层盘形可转动机车平台；16：轨道；17：斜面挡板；18：过滤网；18.1：
具漏斗状连通管的隔板；19：传动滚筒；20：排渣口；21：上盘；22：下盘；23：
插销；24：抽泥泵；25：马达。
具体实施方式
为了令本发明的目的、特征、优点更加明显易懂，下面结合附图中涉及的
具体实施方式对本发明的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施
例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本
领域技术人员在未进行创造性劳动前提下获得的所有其它实施例，都属于本发
明保护的范围。
水刀掘进式盾构机，即一种采用2：水刀掘进的盾构机，基本组成包括：掘
进设备，其特征在于将现有盾构机部分或全部10：合金刀具替换为2：水刀，
置于盾构机最前端；环形保持设备，其特征在于截面形状和所需隧道外壁形状
相同，呈短管状，与已有盾构机的1：环形保持装置相比增设纵向的千斤顶凹槽
(以下简称9：垂直千斤顶)和防突水的17：斜面挡板，具有保持隧道形状稳
定、拼装板片、固定和保护掘进设备的作用；砂水循环利用设备，抽取盾构机
掘进过程中产生的岩屑、渣土和地层下渗的地下水，经分选后，抽取的地下水
被掘进设备的2：水刀再利用，抽取的岩屑、渣土一部分作为加砂2：水刀的磨
砂再利用，一部分与混凝土混合作为盾构的板片原料；运载设备，包括16：轨
道、牵引机械、切割设备，拖曳、切断、运移切下的12：岩石圆柱，并运载所
需的其它设备就位；
控制室，控制盾构机各部分的运动，收集并处理传感器数据，为人员提供安全
工作的空间。
优选地，所述的水刀掘进式盾构机，其掘进设备包括：2：水刀，替代原有
盾构机的部分或全部10：合金刀具，当岩石不均匀、较硬或易产生有害粉尘时
使用，每个2：水刀有独立的传感器并可被单独控制，可拆卸替换；10：合金刀
具，部分或全部被2：水刀替代，当岩石均匀且较软(小于200Mpa)时使用；
刀环，分为转动型和非转动型两种，圆环形盾构采用转动型，异形盾构采用非
转动型；8：水刀探头，所述8：水刀探头为前端具有2：水刀，后端具有压力
传感器的可伸缩的金属杆，位于12：岩石圆柱底面圆心或刀环的几何中心向盾
构机前进方向推进；传感器，以通过压敏电阻、热敏电阻、电极的电流变化反
映其位置的压力、温度、地下水溶解盐类浓度等性质变化；推进装置，由控制
室控制的多个水平、斜向方向的千斤顶组成，每个千斤顶相互独立；
切断装置，所述切断装置包括6：刀盘、传送带、9：垂直千斤顶，破碎、切割、
运送12：岩石圆柱离开掌子面；
底座，所述底座沿隧道内16：轨道前端切线方向，至少包括两根相互平行的狭
长组件，引导16：轨道敷设。
优选地，其中掘进设备特征在于：所述掘进设备截面形状和所需隧道外壁
形状相同，将原有盾构机的6：刀盘变换为刀环，或与异形盾构的隧道外壁形状
的闭合环形，即刀具分布于闭合环形平面区域，掘进时只直接破碎岩石(圆)
柱侧面的岩石。
优选地，其中环形保持设备特征在于：所述环形保持装置为圆筒形，可绕
旋转轴转动，旋转轴的投影位于1：环形保持装置的圆心，与8：水刀探头共处
一条直线；采用六角、八角或十二角13：放射形支架沿旋转轴方向，或以位于
1：环形保持装置圆形截面的三个三等分点或更多的等分点位置偏心转轴带动1：
环形保持装置进行转动，支架与12：岩石圆柱之间用可向前进方向后端折叠的
挡板隔开，其推进器为均匀分布的液压千斤顶，置于1：环形保持装置外围后端，
筒形1：环形保持装置内壁具有环形的垂直于掘进方向的凹槽，异形1：环形保
持装置内壁具有垂直于掘进方向的两条凹槽，凹槽前端具有搅拌器与24：抽泥
泵，用于搅拌地下水和泥浆并通过3：抽水抽砂管导向砂水循环利用设备的4：
沉淀槽。
优选地，其中切断装置特征在于：所述切断装置为切断或分割12：岩石圆
柱的装置，其位于1：环形保持装置竖直下方的并牌两列共底座的9：垂直千斤
顶，以及12：岩石圆柱后方的6：刀盘；可凭借9：垂直千斤顶的升降，利用
12：岩石圆柱自身重力使之自行断裂，或凭借12：岩石圆柱后方的6：刀盘直
接切削。
优选地，其中砂水循环利用设备特征在于：
所述砂水循环利用设备包括：
搅拌器，在刀环底端被动搅拌盾构机掘进过程中产生的岩屑、渣土和地层
下渗的地下水；
24：抽泥泵，所述24：抽泥泵连通3：抽水抽砂管，为抽取盾构机掘进过
程中产生的岩屑、渣土和地层下渗的地下水提供动力；
3：抽水抽砂管，所述3：抽水抽砂管为抽取盾构机掘进过程中产生的岩屑、
渣土和地层下渗的地下水过程中的通道；
18：过滤网，所述过滤网为具孔的双层传送带，筛孔单向可变，截面瓣膜
状，以选取40-150目的岩石碎屑送入4：沉淀槽，其至少两个19：传动滚筒旋
转轴互相平行，倾斜于水平面放置，当18：过滤网的19：传动滚筒为两个大小
不等的19：传动滚筒时，远离掘进端的19：传动滚筒半径大于另一19：传动滚
筒半径的3倍，当18：过滤网的19：传动滚筒为三个大小相等的19：传动滚筒
时，较远离掘进端的两个19：传动滚筒所夹斜面与水平面夹角为锐角，当18：
过滤网的19：传动滚筒为四个大小相等的19：传动滚筒时，较远离掘进端的三
个19：传动滚筒所夹两个斜面与18：过滤网其他部分闭合夹成燕尾形，两个斜
面较低者与水平面夹角为锐角，较高者夹角为钝角；
4：沉淀槽，所述4：沉淀槽浸没18：过滤网的部分分为三层，与未浸没18：
过滤网的部分以18.1：具漏斗状连通管的隔板隔开，分层部分上层中层暂存加
砂水刀所需的水与砂，并浸没18：过滤网，下层暂存污泥；
5：加压设备，所述5：加压设备将4：沉淀槽内的上清液与经18：过滤网
的岩石碎屑分离地加压，并送入加砂水刀执行射流；
20：排渣口，所述20：排渣口位于4：沉淀槽底端18：过滤网倾斜向下一
侧的底面或竖直侧面，大小可调节，以排出颗粒过小的污泥与颗粒过大的砾石
或过量废渣。
优选地，其中运载设备特征在于：所述运载设备放置于16：轨道上的前端
部分，由15：双层盘形可转动机车平台牵引和运载；21：上盘与22：下盘间以
至少六根水平和竖直方向的等大23：插销固定，23：插销插入后凭借螺母与23：
插销一端的螺丝拧紧固定；不同方向的设备功能不同，可固定于21：上盘的设
备包括24：抽泥泵、切断装置的6：刀盘、1：环形保持装置的25：马达等。
优选地，所述预警设备包括8：水刀探头预警设备、2：水刀预警设备、10：
合金刀具预警设备，其中8：水刀探头预警设备采用压敏电阻测量8：探头探入
12：岩石圆柱的探孔出口附近的压力，当压力小于等于3.1416倍的射流密度乘
单位时间射水量的积时，视为安全情况，反之视为不安全情况；水刀预警设备
和10：合金刀具预警设备位置，电路相互独立，均采用或门方式连接各个单元，
以串联于干路的电流表记录电流反馈回控制室，当出现断路或漏电的时候以电
流增高的变化，反映刀具的断裂或损坏。
优选地，所述水刀掘进式盾构机除掘进设备、1：环形保持装置、预警设备
的全部或部分，其它装置在掘进工作执行时均置于12：岩石圆柱远离掘进方向
一侧。
本发明提供的盾构机在平地地下隧道建设过程中的进场施工方式要点在
于，首先以明挖法开挖半径不小于1：环形保持装置横截面半径，长度不小于1：
环形保持装置、7：拖曳设备、砂水循环利用设备沿掘进方向一侧首尾相接排列
长度之和的2倍的一段狭长坑洞，坑洞深度原则上不小于1：环形保持装置半径
的1.36倍(250MPa均匀硬岩地层，在软岩及不均匀地层应适当加深)，完成开
挖后，首先就位的部分为1：环形保持装置的整体，包括1：环形保持装置其中
附带的预警设备的传感器、2：水刀、10：合金刀具，14：动力设备及部分电路，
以及凭借9：垂直千斤顶托举1：环形保持装置其下方的两道平行凹槽(先封装)，
以及1：环形保持装置与12：岩石圆柱间预拼接的盾片等附属物。此阶段砂水
循环利用装置的主要部分，包括3：抽水抽砂管、24：抽泥泵、4：沉淀槽，可
以先置于坑外执行作业，在狭长坑洞内的水位下降至托举1：环形保持装置其下
方的两道平行凹槽内的9：垂直千斤顶以下时，可以将具9：垂直千斤顶凹槽的
封装解除，并将砂水循环利用装置、7：拖曳设备的16：轨道与可旋转的机车平
台进坑敷设就位，同时1：环形保持装置前端的2：水刀开始执行射流，即此时
掘进设备开始工作，执行掘进。
特别地，当12：岩石圆柱的长度超过1：环形保持装置而其载荷不能使其
自然断裂，使用8：水刀探头预留孔的位置，将8：探头射流方向改为横截面方
向，且8：水刀探头可绕12：岩石圆柱预留孔中心环形转动，或将8：探头射流
方向改为棘轮状向外辐射，可沿远离切线的反方向转动的探头。即此时的8：水
刀探头变为掘进设备的一个部件。同时建议将应用于硬岩隧道掘进的实施例的
掘进设备及1：环形保持装置外围的采用双轴水刀，其射流方向在掘进方向和
12：岩石圆柱横截面方向0°到90°范围内转动。
特别地，当所建设的隧道段具有突水事故风险时，必须在所敷设隧道前端
加设用于保护的17：斜面挡板。17：斜面挡板在竖直方向的射影位置，必须落
在12：岩石圆柱和7：拖曳设备的机车平台之间，其间可以暂时固定3：抽水抽
砂管的管口，不得有16：轨道。容易推测：在突水事故发生时，断裂的岩石柱
可以被水压向后方推挤，但是在挡板处就会卡顿，形成活塞，所喷射的水流仅
限于预留孔、1：环形保持装置下方凹槽。以国内现有盾构机的最小半径(约3m)
和8：水刀探头能切出最大预留孔的半径(约0.1m)推算，此时喷射的水流，
对12：岩石圆柱远离掘进方向一端的冲击力强度最大。在安放挡板卡顿12：岩
石圆柱时，由突水压强一定时其冲击力与通道面积成正比的近似关系，利用本
发明提供的这种实施例施工遇到可能突水的地层时，突水水流冲击力变为不超
过原来的1/900。
特别地，本发明提供的水刀掘进式盾构机应用于矿山时，可将1：环形保持
装置的内壁或夹层加设前端开口小，后端开口大的11：螺旋形管状空腔，用于
放置探伤仪，或者地球物理所用仪器(尤其是测井专用的仪器)，以便实时追踪
富矿体、盲矿体，减少夹石，并随时跟踪矿洞内设备及作业地层的稳定与否。
仪器用前端开口通入的金属丝从后端开口拖曳进入，后端开口以前端的钢丝另
一端绕过1：环形保持装置下方凹槽连接前端仪器，自机车平台控制仪器呈活塞
状地在11：螺旋形管状空腔内运动，即探伤或地球物理所用仪器就位所用的钢
丝必须有且仅有一段。
从上述关于本发明的描述、实践内容可知，本发明提供的水刀掘进式盾构
机与现有技术相比，其有益效果在于：将水刀技术与盾构技术组合，有利于凭
借1：环形保持装置与隧道板片支撑作用减小矿井塌方风险，凭借水射流降温作
用缓解矿山废热危害，凭借砂水循环利用设备减少透水事故风险，凭借水射流
降尘作用降低粉尘的危害。水刀技术与盾构技术组合同时可以有效降低成本，
当前，跨海隧道、大城市地铁建设等需要潜水面下盾构施工的场合，这种盾构
机在地层破碎，岩性复杂的地段施工，可大幅减少地下水浪费和设备磨损，从
而减少污染和浪费，来降低建设成本。注意到，当岩石柱达到一定长度，当其
悬空时便会发生脆性断裂而脱落，针对这一特点，环形保持装置将用液压的垂
直千斤顶控制升降，可以像活塞般后退取出岩石柱，而不会将其震裂。这一特
点非常有利于需要完整取出化石、宝玉石晶洞的场合，因此该技术改进适用于
矿体体积大，埋藏深的矿床和需要尽量保持矿石完整性的宝玉石矿床。
水刀掘进式盾构机运用于采矿，和传统采矿一样会在地下留下巨大空间，
但与现有采空区不同，盾构技术留下的空间是相对稳定的，因此可以将采空部
分建设矿井避难所，或者地下仓库、人防设施、地下居住场所、地下实验室等，
实现矿山空间综合利用。
上述方案，仅为本申请较佳的实施方式的描述，但是本申请的保护范围不
仅限于此，任何熟悉该技术的人能在本申请描述的范围内轻易实现，或不改变
权利要求涉及基本特征的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内，即
本申请保护范围应以权利要求保护范围为准。