專利名稱：Tbm雙向旋轉出渣刀盤及其制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于山嶺隧道施工技術，具體涉及到單護盾TBM刀盤雙向旋轉出渣施工技術。
背景技術：
目前TBM主要用作硬巖隧道掘進機，主要分為三種類型敞開式、單護盾式、雙護盾式。敞開式TBM —般用于臨時非管片襯砌隧道掘進機,機器外部的盾體支撐著石頭直到完成襯砌，掘進與管片襯砌可以同步進 行。單護盾式、雙護盾式TBM用于管片襯砌隧道掘進機，作業方式是輪轉的當需要管片襯砌時，隧道掘進機需要停止。目前三種類型的TBM掘進機刀盤的設計都是單旋向。由于TBM刀盤單向旋轉出渣，刀盤無法進行反向旋轉出渣，當TBM在含水疏松砂層掘進時，掘進過程中對地層的擾動比較大，砂層液化，易出現涌水、涌沙以及卡刀盤等問題，影響掘進速度。當TBM在圍巖穩定性較好的地層掘進時，為了防止卡盾，刀盤的開挖直徑大于盾體的外徑，開挖洞徑與盾體之間有間隙，地層不能夠提供足夠的包裹力包裹盾體，主機易出現滾動現象，影響掘進速度。當TBM在上軟下硬、上硬下軟、左軟右硬，左硬右軟等復合地層掘進時，TBM的姿態較難控制，易出現掘進偏離設計軸線等問題，刀盤只能單向旋轉出渣，糾偏較困難，影響掘進速度。
發明內容
本發明為了解決TBM在掘進過程卡機、主機滾動以及掘進偏離設計軸線等問題，提出一種單護盾TBM刀盤雙向旋轉出渣施工技術，其目的就是為了提高了單護盾TBM糾偏和防滾動的能力，從而提高了單護盾TBM對地質的適應性。技術方案一種TBM雙向旋轉出渣刀盤，包括刀盤總成，在刀盤總成的盤體圓周邊緣均布設置有4 8對進渣口，分別為4 8個正旋轉進渣口和4 8個反旋轉進渣口 ；每對進渣口中部沿徑向布置溜渣板，溜渣板位于盤體上端和周邊的區域分別布置有刮板；所述刮板固定在刮板座的末端，所述刮板座對稱焊固在溜渣板兩側；從而刮板在溜渣板左右兩側對稱分布，位于溜渣板上端的刮板和周邊刮板逐個排列并沿弧線過渡連接；溜渣板與盤體內壁接觸部位布置導渣槽。開挖的渣土通過刮板、導渣槽、溜渣板溜進渣斗，然后通過皮帶機輸送出去。在任意兩個對稱刮板座之間產生夾角，該夾角范圍為140 160° ,對稱的兩個刮板座之間通過焊接保護鋼板連接在一起，所述保護鋼板的中部焊固在溜渣板末端。溜渣板位于盤體周邊區域的外側邊，同時包含直邊段和錐形段；刮板既設置在直邊段上也設置在錐形段上段，其中設置在錐形段上段的刮板長度大于直邊段上刮板的長度。所述溜渣板的錐形段的下段垂直焊固有錐形板，在溜渣板底邊垂直焊固有底部蓋板，同時在溜渣板與盤體底部焊固有連接法蘭。所述溜渣槽是在進渣口靠近圓心一側依次設置有外支撐板和內支撐板，該外支撐板和內支撐板分別垂直焊固在溜渣板上，在外支撐板和內支撐板的另一側焊固有側支撐板；在所述外支撐板和內支撐板的端面上傾斜焊固有一個導渣板，該導渣板的兩側焊固在溜洛板和外側支撐板上。所述導渣板與盤體端面夾角范圍為25 35°，導渣板與溜渣板夾角范圍為70 80。。一種TBM雙向旋轉出渣刀盤制作工藝，包括以下步驟
(1)在刀盤總成的盤體周邊緣均布設置有4 8個進渣口，同時準備4 8個溜渣板，4 8個錐形板，4 8個底部蓋板和一個底部連接法蘭,分別對溜洛板、錐形板、底部蓋板和連接法蘭進行預拼裝，同時檢驗關鍵尺寸確保拼裝定位準確；其拼裝關系如下
溜渣板在以上4 8個進渣口的中部沿徑向各安裝一個溜渣板，每個溜渣板的兩側分別形成一個正旋轉進渣口和一個反旋轉進渣口，所述溜渣板的上端為直邊段，溜渣板的外側邊為直邊段和錐形段的組合；錐形板垂直于溜渣板錐形段的下段；
底部蓋板垂直于溜渣板的底邊；
連接法蘭位于盤體底部中心,并同時位于所有溜渣板的底部；
預拼無誤后，拆掉連接法蘭、底部蓋板和錐形板，然后將各溜渣板與盤體焊接在一塊；
(2)根據(I)中拼裝關系，將溜渣板與連接法蘭、底部蓋板和錐形板焊接在一塊；
(3)設置刮板座，通過安裝刮板的定位工裝，確定刮板座尺寸范圍，刮板座分別包括正面區域刮板座位于溜渣板上端直邊段的兩側對稱分布；周邊區域刮板座位于溜渣板外側壁直邊段的兩側對稱分布；錐形區域刮板座位于溜渣板外側壁錐形段上段的兩側對稱分布；各刮板座分布向外傾斜，對稱的兩個刮板座之間夾角范圍為140 160° ;該夾角優選 150。。把正面區域刮板座、周邊區域刮板座、錐形區域刮板座，依次焊接到溜渣板的兩側對稱位置上；
(4)設置保護鋼板，包括正面短刮板保護鋼板焊接在正面區域刮板座上側；周邊短刮板保護鋼板焊接在周邊區域刮板座上側；錐形區域長刮板保護鋼板焊接在錐形區域刮板座上側；各保護鋼板同時與溜渣板端面焊固在一起；相鄰的正面短刮板保護鋼板和周邊短刮板保護鋼板通過焊接連接在一塊；然后在正面短刮板保護鋼板、周邊短刮板保護鋼板、錐形區域長刮板保護鋼板外表面堆焊耐磨焊層；
(5)設置溜渣槽，在進渣口靠近圓心一側依次設置有外支撐板和內支撐板，該外支撐板和內支撐板分別垂直焊固在溜渣板上，在外支撐板和內支撐板的另一側焊固有側支撐板；在所述外支撐板和內支撐板的端面上傾斜焊固有一個導渣板，該導渣板的兩側焊固在溜渣板和外側支撐板上；其中導渣板與盤體端面夾角范圍為25 35°，導渣板與溜渣板夾角范圍為70 80。；
(6)刮板與刮板座通過連接螺栓固定在一塊。其中步驟(6)中的連接螺栓使用時表面涂高強度螺紋密封膠，然后按照刮板連接螺栓的強度打預緊力矩。步驟(3)中，對稱的兩個刮板座之間的夾角為150°。步驟(5)中，導渣板與盤體端面夾角的為30°，導渣板與溜渣板的夾角為75°。有益效果本發明的刀盤及其工藝主要應用于單護盾TBM在掘進過程中防卡機、防糾偏，防滾動等。本發明提出TBM刀盤雙向旋轉出渣的理論，分別設置正旋轉進渣口和反旋轉進渣口，以及溜渣板和刮板，可以解決了 TBM在掘進過程中卡主機、糾偏困難以及主機滾動等問題。減少了 TBM在掘進過程中異常停機的次數，延長了掘進時間，提高了掘進效率，節約了施工成本。本發明在掘進過程中，如果刮板磨損嚴重，可以拆掉刮板連接螺栓，然后更換新刮板，組裝和維修都很方便，節約生產成本，提供工作效率。
圖I是刀盤端面的溜渣板、進渣口分布示意圖。
圖2是圖I的A-A剖面結構示意圖。圖3是圖I的K-K剖面結構示意圖。圖4是圖2的J-J剖面結構示意圖。圖5是圖2的V-V剖面結構示意圖。圖6是圖I的I-I結構示意 圖7是圖I的Z-Z結構示意圖。圖中I為溜渣板上端的短刮板，2為溜渣板外側壁直邊段的短刮板，3為溜渣板外側壁錐形段上段的長刮板，4為正面短刮板保護鋼板，5為連接螺栓，6為正面區域刮板座，7為周邊短刮板保護鋼板，8為周邊區域刮板座，9為錐形區域刮板座，10為錐形區域長刮板保護鋼板，11為導洛板，12為盤體,13為錐形板,14為連接法蘭，15為底部蓋板,16為溜洛板，17為側支撐板,18為內支撐板,19為外支撐板,20為正旋轉進洛口，21為反旋轉進洛口。
具體實施例方式實施例I :一種TBM雙向旋轉出渣刀盤，參見圖1，在刀盤總成的盤體12圓周邊緣均布設置有6對進渣口，分別為6個正旋轉進渣口 20和6個反旋轉進渣口 21。每對進渣口中部設置溜渣板16，溜渣板16沿徑向布置焊固在盤體12的內壁上。每對進渣口以溜渣板16為對稱中心。盤體12正向旋轉時，6個正旋轉進渣口 20工作，盤體12反向旋轉是，6個反旋轉進渣口 21工作。溜渣板16的上端和周邊區域分別略超出盤體12的外沿，溜渣板的上端為直邊段，溜渣板的周邊區域的外側邊包含直邊段和錐形段。溜渣板16的上端和周邊的區域分別布置有刮板，刮板分別為短刮板1，短刮板2，長刮板3。位于溜渣板上端直邊段的刮板為短刮板1，位于溜渣板外側邊直邊段的刮板為短刮板2，位于錐形段的刮板為長刮板3。溜渣板16上端直邊段的短刮板I與外側邊直邊段的短刮板2逐個排列并沿弧線過渡連接。各刮板固定在對應刮板座的末端，刮板座分布為正面區域刮板座6，周邊區域刮板座8，錐形區域刮板座9。各刮板座對稱焊固在溜渣板16兩側對應位置上。正面區域刮板座6固定在溜渣板16上端直邊段的兩側，周邊區域刮板座8焊固在溜渣板外側邊直邊段的兩側，錐形區域刮板座9焊固在錐形段的兩側。任意兩個對稱刮板座之間產生夾角，該夾角范圍為150° (每個刮板座與溜渣板16夾角為75° )，對稱的兩個刮板座之間通過焊接保護鋼板連接在一起，保護鋼板為正面短刮板保護鋼板4，周邊短刮板保護鋼板7，錐形區域長刮板保護鋼板10，各保護鋼板的中部焊固在溜渣板16的末端。所述溜渣板16的錐形段下段垂直焊固有錐形板13，在溜渣板底邊垂直焊固有底部蓋板15，同時在溜渣板16與盤體12底部焊固有連接法蘭14。溜渣板16與盤體內壁接觸部位布置導渣槽。該溜渣槽是在進渣口靠近圓心一側依次設置有外支撐板19和內支撐板18，該外支撐板19和內支撐板18分別垂直焊固在溜渣板16上，在外支撐板19和內支撐板18的另一側焊固有側支撐板17 ;在所述外支撐板19和內支撐板18的端面上傾斜焊固有一個導渣板11，該導渣板11的兩側焊固在溜渣板16和外側支撐板17上。其中，導渣板11與盤體12端面的夾角為30°，導渣板11與溜渣板16的夾角為75°。開挖的渣土通過各刮板、導渣槽、溜渣板溜進渣斗，然后通過皮帶機輸送出去。實施例2 :參見圖I 圖7，一種TBM雙向旋轉出渣刀盤制作工藝，包括以下步驟
(1)在刀盤總成的盤體12周邊緣均布設置有6個進渣口，同時準備6個溜渣板16，6個錐形板13，6個底部蓋板15和I個底部連接法蘭。分別對溜洛板16、錐形板13、底部蓋板15和連接法蘭14進行預拼裝，同時檢驗關鍵尺寸確保拼裝定位準確；其拼裝關系如下
溜渣板16 :在以上6個進渣口的中部沿徑向各安裝一個溜渣板，每個溜渣板的兩側分別形成一個正旋轉進渣口和一個反旋轉進渣口，所述溜渣板的上端為直邊段，溜渣板的外側邊為直邊段和錐形段的組合；
錐形板13 :垂直于溜渣板錐形段的下段；
底部蓋板15 :垂直于溜渣板的底邊；
連接法蘭14 :位于盤體底部中心，并同時位于所有溜渣板的底部；
預拼無誤后，拆掉連接法蘭、底部蓋板和錐形板，然后將各溜渣板與盤體焊接在一塊；
(2)根據(I)中拼裝關系，將溜渣板16與連接法蘭14、底部蓋板15和錐形板13焊接在一塊；
(3)設置刮板座，通過安裝刮板的定位工裝，確定刮板座尺寸范圍，刮板座分別包括正面區域刮板座6 :位于溜渣板上端直邊段的兩側對稱分布；周邊區域刮板座8 :位于溜渣板外側壁直邊段的兩側對稱分布；錐形區域刮板座9 :位于溜渣板外側壁錐形段上段的兩側對稱分布；各刮板座分布向外傾斜，對稱的兩個刮板座之間的夾角為150°。把正面區域刮板座6、周邊區域刮板座8、錐形區域刮板座9，依次焊接到溜渣板的兩側對稱位置上；
(4)設置保護鋼板，包括正面短刮板保護鋼板4:焊接在正面區域刮板座上側；周邊短刮板保護鋼板7 :焊接在周邊區域刮板座上側；錐形區域長刮板保護鋼板10 :焊接在錐形區域刮板座上側。各保護鋼板同時與溜渣板16端面焊固在一起；相鄰的正面短刮板保護鋼板4和周邊短刮板保護鋼板7通過焊接連接在一塊；然后在正面短刮板保護鋼板4、周邊短刮板保護鋼板7、錐形區域長刮板保護鋼板10的外表面堆焊耐磨焊層；
(5)設置溜渣槽，共12個。在進渣口靠近圓心一側依次設置有外支撐板19和內支撐板18，該外支撐板19和內支撐板18分別垂直焊固在溜渣板16上，在外支撐板19和內支撐板18的另一側焊固有側支撐板17 ;在所述外支撐板19和內支撐板18的端面上傾斜焊固有一個導渣板11，該導渣板11的兩側焊固在溜渣板16和外側支撐板17上；其中導渣板11與盤體12的端面夾角范圍為30°，導渣板11與溜渣板16的夾角為75° ;
(6)各刮板與刮板座通過連接螺栓固定在一塊。連接螺栓使用時表面涂高強度螺紋密封膠，然后按照刮板連接螺栓的強度打預緊力矩。
權利要求
1.一種TBM雙向旋轉出渣刀盤，包括刀盤總成，其特征在于，在刀盤總成的盤體圓周邊緣均布設置有4 8對進渣口 ；每對進渣口中部沿徑向布置溜渣板，溜渣板位于盤體上端和周邊的區域布置有刮板；所述刮板固定在刮板座的末端，所述刮板座對稱焊固在溜渣板兩側；溜渣板與盤體內壁接觸部位布置導渣槽。
2.根據權利要求I所述的TBM雙向旋轉出渣刀盤，其特征是在任意兩個對稱刮板座之間產生夾角，該夾角范圍為140 160°，對稱的兩個刮板座之間通過焊接保護鋼板連接在一起，所述保護鋼板的中部焊固在溜渣板末端。
3.根據權利要求I所述的TBM雙向旋轉出渣刀盤，其特征是溜渣板位于盤體周邊區域的外側邊包含直邊段和錐形段；刮板既設置在直邊段上也設置在錐形段的上段，其中設置在錐形段上段的刮板長度大于直邊段上刮板的長度。
4.根據權利要求3所述的TBM雙向旋轉出渣刀盤，其特征是溜渣板的錐形段下段垂直焊固有錐形板，在溜渣板底邊垂直焊固有底部蓋板，同時在溜渣板與盤體底部焊固有連接法蘭。
5.根據權利要求I所述的TBM雙向旋轉出渣刀盤，其特征是所述溜渣槽是在進渣口靠近圓心一側依次設置有外支撐板和內支撐板，該外支撐板和內支撐板分別垂直焊固在溜渣板上，在外支撐板和內支撐板的另一側焊固有側支撐板；在所述外支撐板和內支撐板的端面上傾斜焊固有一個導渣板，該導渣板的兩側焊固在溜渣板和外側支撐板上。
6.根據權利要求5所述的TBM雙向旋轉出渣刀盤，其特征是所述導渣板與盤體端面夾角范圍為25 35°，導渣板與溜渣板夾角范圍為70 80°。
7.一種TBM雙向旋轉出渣刀盤制作工藝，其特征在于，包括以下步驟 (1)在刀盤總成的盤體周邊緣均布設置有4 8個進渣口，同時準備4 8個溜渣板，4 8個錐形板，4 8個底部蓋板和一個底部連接法蘭,分別對溜洛板、錐形板、底部蓋板和連接法蘭進行預拼裝，同時檢驗關鍵尺寸確保拼裝定位準確；其拼裝關系如下 溜渣板在以上4 8個進渣口的中部沿徑向各安裝一個溜渣板，每個溜渣板的兩側分別形成一個正旋轉進渣口和一個反旋轉進渣口，所述溜渣板的上端為直邊段，溜渣板的外側邊為直邊段和錐形段的組合； 錐形板垂直于溜渣板錐形段的下段； 底部蓋板垂直于溜渣板的底邊； 連接法蘭位于盤體底部中心,并同時位于所有溜渣板的底部； 預拼無誤后，拆掉連接法蘭、底部蓋板和錐形板，然后將各溜渣板與盤體焊接在一塊； (2)根據(I)中拼裝關系，將溜渣板與連接法蘭、底部蓋板和錐形板焊接在一塊； (3)設置刮板座,通過安裝刮板的定位工裝,確定刮板座尺寸范圍，刮板座包括正面區域刮板座位于溜渣板上端直邊段的兩側對稱分布；周邊區域刮板座位于溜渣板外側壁直邊段的兩側對稱分布；錐形區域刮板座位于溜渣板外側壁錐形段上段的兩側對稱分布；各刮板座分布向外傾斜，對稱的兩個刮板座之間夾角范圍為140 160° ； 把正面區域刮板座、周邊區域刮板座和錐形區域刮板座，依次焊接到溜渣板的兩側對稱位置上； (4)設置保護鋼板，包括正面短刮板保護鋼板焊接在正面區域刮板座上側；周邊短刮板保護鋼板焊接在周邊區域刮板座上側；錐形區域長刮板保護鋼板焊接在錐形區域刮板座上側；各保護鋼板同時與溜渣板端面焊固在一起；相鄰的正面短刮板保護鋼板和周邊短刮板保護鋼板通過焊接連接在一塊；然后在正面短刮板保護鋼板、周邊短刮板保護鋼板、錐形區域長刮板保護鋼板外表面堆焊耐磨焊層； (5)設置溜渣槽，在進渣口靠近圓心一側依次設置有外支撐板和內支撐板，該外支撐板和內支撐板分別垂直焊固在溜渣板上，在外支撐板和內支撐板的另一側焊固有側支撐板；在所述外支撐板和內支撐板的端面上傾斜焊固有一個導渣板，該導渣板的兩側焊固在溜渣板和外側支撐板上；其中導渣板與盤體端面夾角范圍為25 35°，導渣板與溜渣板夾角范圍為70 80。； (6)刮板與刮板座通過連接螺栓固定在一塊。
8.根據權利要求7所述的TBM雙向旋轉出渣刀盤制作工藝，其特征在于，步驟(6沖的連接螺栓使用時表面涂螺紋密封膠，然后按照刮板連接螺栓的強度打預緊力矩。
9.根據權利要求7所述的TBM雙向旋轉出渣刀盤制作工藝，其特征在于，步驟(3)中，對稱的兩個刮板座之間的夾角為150°。
10.根據權利要求7所述的TBM雙向旋轉出渣刀盤制作工藝，其特征在于，步驟(5)中，導渣板與盤體端面夾角的為30°，導渣板與溜渣板的夾角為75°。
全文摘要
本發明提出一種TBM雙向旋轉出渣刀盤及其制造工藝，其刀盤均布布置6對個進渣口，6個正轉用，6個反轉用，進渣口大小合適，位置合理。進渣口的中間布置溜渣板，溜渣板的上部和周邊區域對稱布置刮板，溜渣板與盤體接觸部位布置導渣槽，開挖的渣土通過刮板、導渣槽、溜渣板溜進渣斗，然后通過皮帶機輸送出去。本發明提高了單護盾TBM糾偏和防滾動的能力，從而提高了單護盾TBM對地質的適應性。
文檔編號E21D9/08GK102877853SQ20121035356
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者張寧川, 卓興建, 譚順輝, 鄭康泰, 張世展, 蒙先君, 王純亮 申請人:中鐵隧道裝備制造有限公司