[发明专利]一种用于复合地层的盾构刀盘

说明书

技术领域

本发明属于盾构设备，特别涉及一种用于复合地层的盾构刀盘。

背景技术

盾构施工相对其它施工方法具有自动化程度高、快速、安全、高效、对地表环境影响小等优点，因此被广泛应用于各种地下隧道建设。

刀盘作为盾构机的关键部件之一，主要作用是对掌子面岩土的破碎剥离以及对掌子面进行支撑。刀盘的结构形式及开口率、刀具的组合形式及刀具布置和刀盘耐磨装置及泡沫喷嘴的合理设计，是盾构机高效掘进的重要保障。

隧道掌子面的岩土破碎后通过盾构刀盘的开口处进入土仓，刀盘的开口率是指刀盘开口部分的面积与刀盘面积的比值，开口率大，渣土流动更加顺畅。现有盾构刀盘的开口率比较小，一般不超过30%，尤其中心部位开口面积更小；刀盘的整体耐磨性能差；滚刀刀间距过大，一般为100mm，刀间距是刀具布置时编号相邻两把刀的分布半径之差；固接在切刀和边缘刮刀上用于切削岩土的硬质合金较小；用于土体改良的泡沫通道在刀盘体内采用一根管道分流为两根管道形式，容易造成泡沫喷嘴堵塞，现有的盾构刀盘在遇到隧道区间横断面与纵断面地质情况变化大的复合地层时，由于刀盘结构、刀具的组合形式、刀具的布置以及土体改良的泡沫喷嘴等设计不够合理，经常出现刀盘、刀具非正常磨损和“泥饼”现象，严重影响了盾构施工效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种开口率大，可降低刀盘、刀具的磨损，减小刀盘结“泥饼”可能性的用于复合地层的盾构刀盘。

实现本发明目的采用的技术方案是：用于复合地层的盾构刀盘，包括箱体结构的刀盘体，所述刀盘体的正面安装有滚刀，所述滚刀包括安装在十字形刀梁上的若干单刃标准滚刀、安装在位于十字形刀梁中心区的一字形刀梁上的若干单刃中心滚刀、安装在边缘区域的若干单刃标准滚刀和单刃偏心滚刀；沿所述十字形刀梁两侧成同心圆对称安装有切刀，在刀盘体正面的边缘上位于所述十字形刀梁两侧及十字形刀梁的每两个刀梁中间位置安装有边缘刮刀；在所述刀盘体的周边设有若干保径刀；在刀盘体的箱体内设有从周边伸出的超挖刀；在所述刀盘体的正面位于十字形刀梁的每两个刀梁之间和所述刀盘体的周边设有耐磨复合钢板，其中设在刀盘体正面的耐磨复合钢板为Y状，所述边缘区域的单刃标准滚刀和单刃偏心滚刀设在耐磨复合钢板上；所述耐磨复合钢板上及刀盘体1后部隔板上设有若干个泡沫喷嘴。

所述滚刀均通过刀座安装在所述刀盘体上，所述刀座包括五连体滚刀刀座、六连体滚刀刀座、八连体中心滚刀刀座和单刃滚刀刀座，其中，所述十字形刀梁上通过五连体滚刀刀座和六连体滚刀刀座交叉安装有五个单刃标准滚刀和六个单刃标准滚刀；所述一字形刀梁上通过八连体中心滚刀刀座安装有成同心圆布置的八个单刃中心滚刀；所述边缘区域的单刃标准滚刀和单刃偏心滚刀通过单刃滚刀刀座安装。

所述滚刀均通过两个楔块和一个压块从刀座背部固定，楔块置于刀座侧板内的斜槽内，高强螺栓穿过压块上的通孔与滚刀端盖上的螺纹孔连接，将滚刀固定于刀座内。

所述切刀、边缘刮刀刀头上焊有大块硬质合金。

所述五连体滚刀刀座及六连体滚刀刀座内的单刃标准滚刀、单刃滚刀刀座内的单刃标准滚刀和单刃偏心滚刀可分别与单刃中心齿刀、单刃标准齿刀、单刃偏心齿刀进行互换。

本发明刀盘体上设有四种滚刀刀座及七种刀具，各种刀具的上述布置增大了刀盘的开口率，特别是增大了刀盘中心部位开口率。整个刀盘开口率为37%，中心部位开口率为34%。当滚刀更换为相应的齿刀后，开口率将更大。

本发明利用滚刀、切刀、边缘刮刀、保径刀及超挖刀构成的刀具组合对掌子面进行全断面切削。切刀成同心圆对称布置，保证了全断面切削。切刀、边缘刮刀刀头上焊有大块硬质合金，提高了刀具的耐磨性能。刀盘体的面板和周边焊有耐磨复合钢板，可提高整个刀盘的耐磨性能。刀盘体上布置有多个泡沫喷嘴，可以向掌子面及土仓内注入泡沫或膨润土，改良渣土，减小了渣土对刀盘、刀具的磨损，降低了刀盘结泥饼的风险。刀盘开口率增加，使被刀具切削破碎的渣土能更快进入土仓进行搅拌，减小了渣土对刀盘面板的磨损，提高了刀盘的掘进效率。同时可根据不同的地质情况，进行不同的刀具组合，将单刃中心滚刀、单刃标准滚刀、单刃偏心滚刀更换为单刃中心齿刀、单刃标准齿刀、单刃偏心齿刀，可提高掘进效率。

本发明依据施工中遇到的不同地层情况，可以适时的调整刀具种类与数量，进行不同的刀具组合配置，以提高施工效率。当遇到硬度较高的岩层时，采用全滚刀与切刀的组合，通过滚刀将岩层辗压破碎，切刀将辗压后的碎块剥离；当遇到泥质粉砂岩或粉质粘土类地层时，可将滚刀换成齿刀，采用齿刀与切刀组合切削破碎掌子面岩土。