專利名稱：一種新型盾構機刀盤的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及盾構機刀盤，特別是一種新型盾構機刀盤。
背景技術：
自20世紀60年代以來，隨著人們對地下空間的開發和利用，盾構技術在我國取得了重大發展，廣泛用于地下軌道交通、輸水管道、電力隧道等工程，而盾構機則是盾構施工技術最常用大型高科技綜合工程設備。目前，地下軌道交通中，對于砂卵石地層主要采用土壓平衡盾構機。土壓平衡盾構是通過刀盤開挖掌子面渣土進入土倉，調節螺旋機轉速和推進速度使土倉和掌子面壓力達到一個動態平衡的狀態。刀盤是盾構機的一個重要組成部分，主要起開挖渣土、穩定掌子面、攪拌渣土的作用，刀盤的結構設計和刀具配置直接關系到盾構施工的成敗。盾構機在砂卵石地層工作時，由于卵石硬度高，可達200Mpa，在挖掘過程中會會出現刀盤扭矩過大，刀盤被卡和結泥餅等問題；同時卵石對刀盤刀具螺旋機的磨損也非常嚴重；而且當隧道挖掘較深時，砂卵石地層透氣性強，難以保住氣壓，帶壓進倉作業困難，在不進行降水的情況下極易發生涌水噴砂的狀況。一般采取渣土改良、二次補注漿等手段來解決這些問題，但效果不理想，且費用較高。目前常用的土壓平衡盾構刀盤為面板式，開口率34%左右，開口處設有網格，面板上加焊耐磨板；周邊刀采用11把單刃滾刀，正面采用21把可更換的貝殼刀，中心采用4 把中心魚尾刀。這種刀盤的優點在于由于開口率高，有利于渣土順利進入土倉，能夠減少一部分磨損，提高推進速度；刀盤開口處設有網格，能夠有效攔截螺旋機不能排出的超大卵石；刀盤面板含有耐磨鋼板和耐磨網格，防止渣土對面板的過度磨損；刀盤面板上設有八個渣土改良劑注射孔，保證泡沫等添加劑的注入量，提高渣土改良效果；而且滾刀和寬刮刀的混合配置有利于渣土順利排出。但這種刀盤也存在以下缺點(1)刀具配置不理想，滾刀配置數量、間距缺乏依據；(2)刀盤中心無開口，易導致中心結泥餅，推力增大；(3)刀盤周邊耐磨措施不夠，導致切口越磨越大，一些大卵石很容易卡在切口處， 增大刀盤扭矩；(4)刀具U型塊高度高于其周邊面板高度，導致U型塊被磨損，刀具得不到有效保護，出現刀具端蓋、刀軸磨損，增大刀具更換成本；(5)泡沫口易堵塞，導致渣土改良效果不好，掘進困難。
發明內容本實用新型的目的是提供一種刀具配置合理的新型盾構機刀盤，避免刀盤中心結餅堵塞，防止刀盤扭曲，又可提高耐磨性能，加強對刀具的保護。所述一種新型盾構機刀盤包括刀盤面板、刀盤箱體和環向設置在刀盤面板上的多個泡沫口、單刃滾刀、可更換式貝殼刀、多把刮刀和齒刀，其特征是所述盾構機刀盤還包括設置在刀盤面板上的多把雙刃滾刀、雙聯滾刀和中心羊角刀；雙刃滾刀環向設置在刀盤面板的外緣，多把單刃滾刀和貝殼刀沿刀尖軌跡分布在刀盤正面，呈交叉十字形，雙聯滾刀和中心羊角刀設置在刀盤面板的中心位置。在刀盤中心加設有一條通過刀盤中心回轉體進入刀盤4個扭腿的中間注水管道。在刀盤側面切口處加設兩道高強耐磨塊，耐磨塊上鑲嵌有耐磨合金塊。在每個刀具的刀座U型塊兩邊加焊耐磨保護塊。所述雙刃滾刀有4把，可更換貝殼刀有8把，單刃滾刀有10把，且滾刀的刀圈硬度在HRC57 HRC60，刀圈厚度在^mm 32mm，刀體硬度在HRC40 HRC45。所述中心羊角刀有4把，安裝在刀盤中心1號 4號位置，雙聯滾刀7有2把，安裝在刀盤中心5號 8號位置。本實用新型的有益效果1.本實用新型的最大輸出卵石直徑在200mm 300mm左右，正面滾刀刀尖間距在100mm-200mm左右，可選擇性破巖，減少了滾刀所做的無用功，降低了刀具成本。2.周邊采用全滾刀配置有效降低了刀盤扭矩，雙刃滾刀的使用更加有利于卵石的破碎，掌子面的開挖。3.刀盤中心采取了中心羊角刀和中心雙聯滾刀相配合的形式，有效的解決了刀盤中心無開口的缺陷，有利于防止刀盤中心結泥餅的情況發生；中心羊角刀還起到撕裂掌子面的作用，接著滾刀擠壓周圍地層、破碎較大卵石，其他刀具刮開掌子面，從而實現掘進。4.本實用新型的注入通道通過刀盤中心回轉體進入刀盤4個扭腿中間，如果在掘進過程中，泡沫劑的改良效果不夠好，可以打開管道向土倉注入水或者是膨潤土輔助改良渣土。4.在刀盤側面切口處增加有高強耐磨快，能夠有效保護刀盤切口，防止卵石卡在切口影響刀盤扭矩。5.在U型塊兩邊加焊耐磨保護塊，防止其磨損，可以起到保護刀具的作用。本實用新型改變了刀具的排列，刀具軌跡選擇合理，有效降低了刀盤扭矩，防止因刀盤中心結泥餅而出現堵塞，選擇耐磨性能較好的刀具，并增加耐磨塊，加強了刀具的使用壽命，刀盤開口率大，開口尺寸合理；并可以輔助渣土的改良，降低刀具的磨損。
圖1是本實用新型的結構示意圖，圖2是本實用新型側視圖，圖3是高強耐磨塊的放大示意圖，圖4是單刃滾刀的局部放大圖，圖5是刀座U型塊的結構示意圖。圖中1-刀盤面板，2-刀盤箱體，3-泡沫口，4-單刃滾刀，5-可更換式貝殼刀， 6-雙刃滾刀，7-雙聯滾刀，8-中心羊角刀，9-中間注水管道，10-刀座U型塊，11-耐磨保護塊，12-高強耐磨塊，13-耐磨合金塊，14-刮刀，15-齒刀。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。圖1、2中，所述一種新型盾構機刀盤包括刀盤面板1、刀盤箱體2和環向設置在刀盤面板1上的多個泡沫口 3、單刃滾刀4、可更換式貝殼刀5、多把刮刀14和齒刀15，其特征是所述盾構機刀盤還包括設置在刀盤面板1 上的多把雙刃滾刀6、雙聯滾刀7和中心羊角刀8 ；雙刃滾刀6環向設置在刀盤面板1的外緣，周邊采用全滾刀配置有效降低了刀盤扭矩，更加有利于卵石的破碎，掌子面的開挖。多把單刃滾刀4和貝殼刀5沿刀尖軌跡分布在刀盤正面，呈交叉十字形。雙聯滾刀7和中心羊角刀8設置在刀盤面板1的中心位置，所述中心羊角刀8有4把，安裝在刀盤中心1號 4號位置處，雙聯滾刀7有2把，安裝在刀盤中心5號 8號位置處。刀盤中心采取了中心羊角8和中心雙聯滾刀7相配合的形式，有效的解決了刀盤中心無開口的缺陷，有利于防止刀盤中心結泥餅的情況發生。中心羊角刀8還起到撕裂掌子面的作用，接著滾刀擠壓周圍地層、破碎較大卵石，其他刀具刮開掌子面，從而實現掘進。根據φ 800螺旋機性能，它的最大輸出卵石直徑在200mm 300mm左右，正面滾刀刀尖間距在100mm-200mm左右，完全滿足要求，可選擇性破巖，減少了滾刀所做的無用功， 降低了刀具成本。所述可更換貝殼刀5有8把，雙刃滾刀6有4把，單刃滾刀4有10把，且滾刀的刀圈硬度在HRC57 HRC60，刀圈厚度在^mm 32mm，刀體硬度在HRC40 HRC45，加強了刀具硬度，增加了刀具的使用壽命。圖2中，在刀盤中心加設有一條通過刀盤中心回轉體進入刀盤4個扭腿的中間注水管道9。由于砂卵石流動性差，在掘進過程中渣土對刀盤扭矩的影響非常大，所以渣土改良就變得尤為重要。該注入管道通9過刀盤中心回轉體進入刀盤4個扭腿中間，如果在掘進過程中，泡沫劑的改良效果不夠好，可以打開管道向土倉注入水或是膨潤土輔助改良渣土。圖2、3中，在刀盤側面切口處加設兩道高強耐磨塊12，耐磨塊12上鑲嵌有耐磨合金塊13，能夠有效保護刀盤切口，防止卵石卡在切口影響刀盤扭矩。圖4、5中，在每個刀具的刀座U型塊10兩邊加焊耐磨保護塊11，防止其磨損，最終達到保護刀具的作用。實施例成都地鐵二號線羊西二環路站 白果林站盾構區間是是成都地鐵重難點工程，盾構機兩次穿越480米且年代久遠的密集建筑群。該區間地層屬于典型的富水砂卵石地層，地下水豐富，卵石含量大且粒徑大。為滿足掘進要求，本申請人對盾構機刀盤做了一系列改進針對這些實際情況(1)優化刀具配置，刀盤周邊配置18把滾刀，其中最外面配置4把雙刃滾刀，正面采取10把單刃滾刀和4把可更換式貝殼刀，刀盤中心1號 4號位置裝中心羊角刀，5號 8號位置裝中心雙聯滾刀；(2)加強刀盤耐磨性，在刀盤周邊切口處加焊兩道高強耐磨板，對刀座U型塊兩邊加焊保護塊；(3)使用了泡沫口保護刀；(4)刀盤中心加設了一條注水管道，用于輔助渣土改良；(5)選用更耐磨，硬度適合成都地層的刀具。改進刀盤后，盾構順利穿越富水砂卵石地層下的密集建筑群共計1600余米。施工過程中，經渣土篩分，83 87%的粒徑在20cm以下的砂卵石在不破碎的情況下經刀盤面板直接進入土倉，僅較大粒徑OOcm以上)和少部分(13 17% )小粒徑QOcm以上)砂卵石需破碎后才能進入土倉；刀盤刀具非正常磨耗率低，盾構到達后經檢查，滾刀無偏磨，齒刀無崩刃，刀盤面板基本無磨損。為成都地層盾構施工提供了很好的經驗。
權利要求1.一種新型盾構機刀盤，包括刀盤面板(1)、刀盤箱體( 和環向設置在刀盤面板(1) 上的多個泡沫口(3)、單刃滾刀G)、可更換式貝殼刀(5)、多把刮刀(14)和齒刀(15)，其特征是所述盾構機刀盤還包括設置在刀盤面板(1)上的多把雙刃滾刀(6)、雙聯滾刀(7)和中心羊角刀(8)；雙刃滾刀(6)環向設置在刀盤面板(1)的外緣，多把單刃滾刀(4)和貝殼刀(5)沿刀尖軌跡分布在刀盤正面，呈交叉十字形，雙聯滾刀(7)和中心羊角刀(8)設置在刀盤面板(1)的中心位置。
2.根據權利要求1所述的一種新型盾構機刀盤，其特征是在刀盤中心加設有一條通過刀盤中心回轉體進入刀盤4個扭腿的中間注水管道(9)。
3.根據權利要求1所述的一種新型盾構機刀盤，其特征是在刀盤側面切口處加設兩道高強耐磨塊(12)，耐磨塊(12)上鑲嵌有耐磨合金塊(13)。
4.根據權利要求1所述的一種新型盾構機刀盤，其特征是在每個刀具的刀座U型塊 (10)兩邊加焊耐磨保護塊(11)。
5.根據權利要求1所述的一種新型盾構機刀盤，其特征是所述雙刃滾刀(6)有4把， 可更換貝殼刀(5)有8把，單刃滾刀⑷有10把，且滾刀的刀圈硬度在HRC57 HRC60，刀圈厚度在沘讓 32mm，刀體硬度在HRC40 HRC45。
6.根據權利要求1所述的一種新型盾構機刀盤，其特征是所述中心羊角刀(8)有4 把，安裝在刀盤中心1號 4號位置處，雙聯滾刀(7)有2把，安裝在刀盤中心5號 8號位置處。
專利摘要本實用新型提供一種新型盾構機刀盤。所述盾構機刀盤所述包括刀盤面板、刀盤箱體和環向設置在刀盤面板上的多個泡沫口、單刃滾刀和可更換式貝殼刀，其特征是所述盾構機刀盤還包括設置在刀盤面板上的多把雙刃滾刀、雙聯滾刀和中心羊角刀；雙刃滾刀環向設置在刀盤面板的外緣，多把單刃滾刀和貝殼刀沿刀尖軌跡分布在刀盤正面，呈交叉十字形，雙聯滾刀和中心羊角刀設置在刀盤面板的中心位置。本實用新型改變了刀具的排列，刀具分布合理，既利于掘進過程中的掌子面穩定，還有效降低了刀盤扭矩，防止因刀盤中心結泥餅而出現堵塞；選擇耐磨性能較好的刀具，并增加耐磨塊，加強了刀具的使用壽命；刀盤開口率大，開口尺寸合理，能較好的適應地質條件。
文檔編號E21D9/08GK202039854SQ20112010980
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月14日 優先權日2011年4月14日
發明者代為, 任江磊, 吳罡令, 廖劍平, 李有道, 王小波, 雷志彬 申請人:中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司, 中鐵十一局集團有限公司