CN101440709A - 土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置 - Google Patents

Abstract

土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置，由主驱动机构和辅搅拌装置两大部分组成。主驱动马达带动外齿轮旋转，外齿轮与大轴承外套啮合，该外套与主受力环本体固定，刀盘主驱动法兰与主受力环连接。大轴承内套与支撑盘连接固定，云腿的两端分别与刀盘主驱动法兰和刀盘本体焊接固定，其作用结果是辅驱动马达将动力传给主受力环继而传递至刀盘本体，最终传递给切刀组使其旋转，进行掘进切削渣土。当盾构机泥土仓内出现“泥饼”或者土压失衡时，辅驱动马达带动辅助旋转圆盘上的四根搅拌棒旋转，搅拌泥土舱内部渣土、调节土压和消除“泥饼”的操作。本发明解决了盾构施工所产生的“泥饼”问题，使土压平衡容易控制，有效提高了盾构施工的效率和质量。

Description

土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置

技术领域

本发明属于地下机械施工设备，具体涉及一种盾构机中渣土掘进的辅助搅拌装置。

背景技术

目前城市地下工程采用盾构法进行隧道施工越来越广泛。盾构法在施工过程中对周围环境影响小、施工效率高、不受气候及地面交通等影响，所以成为地下铁道、越江公路隧道、输水隧洞以及城市地下隧道的主要修建方法之一。

盾构机在粘性土层中施工所遇到的主要问题是，被刀盘从开挖面上切削下来的粘土，通过刀盘渣槽进入泥土仓后，在泥土仓压力的作用下容易压实固结。极易将刀盘支撑臂中心充满填实，并很快堵死了刀盘中心的渣槽，在刀盘挤压力的作用下渣土从刀盘四周的渣槽进入泥土仓，逐渐使整个泥土仓内全部被压实固结的土体充满并堵塞。这时当刀盘继续旋转切削土体时，固结土体的刀盘和开挖面土体之间产生很大的摩擦力，据此产生大量的热量使刀盘温度不断升高，使刀盘土仓内的土体不段被烧结固化，最终在刀盘和整个泥土仓内形成坚硬的“泥饼”。“泥饼”的形成将导致刀盘系统、密封仓和搅拌系统等出现问题，最终会出现主轴承“烧结、抱死”的严重后果，缩短了刀盘的使用寿命。。

解决该问题的方法是在密封仓内对渣土进行搅拌。目前搅拌装置有三类：第一类是在盾构机内设有刀盘支撑梁，随刀盘的转动而搅拌仓内的土体；第二类是将搅拌棒固定于刀盘的后板上，或者在每根棒中间设装有注浆管路。第三类是将固定搅拌棒设置在泥土仓的密封板上，也可在搅拌棒内设注浆管路，这类搅拌棒有利于轴承密封的保护及施工人员从人孔中进出土仓。上述搅拌棒的设置虽然改良了泥土仓内的渣土性质，但存在的问题是，搅拌棒难以触及泥土仓内部中心区域。在土压平衡状态下单纯依靠传统的搅拌棒设置方式，难以彻底改变泥土仓中心区域的渣土结饼问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种小扭矩或不增加扭矩的土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置。

以下结合附图对本发明具体的技术方案予以说明。土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置具有：主驱动马达、辅驱动马达、主搅拌棒、主受力环、刀盘驱动法兰、刀盘、辅助旋转圆盘、辅传动轴、大轴承及切刀组如切刀、边滚刀、边刮刀等组成。刀盘中心渣土搅拌装置由主驱动机构和辅搅拌装置两大部分构成，其中主驱动机构包括：两个主驱动马达、刀盘驱动法兰和刀盘、大轴承、主受力环以及外齿轮等；辅搅拌装置包括：辅驱动马达、辅搅拌棒、辅助旋转圆盘等。传统的盾构机刀盘掘进方式是：由驱动马达提供动力给刀盘，驱动整个刀盘上组装的切刀组共同旋转，实现刀盘的切削和推进。但由于搅拌棒搅拌的范围有限，当进入软硬不均或伴有岩石的地段后，刀盘四个云腿中心区域因缺乏搅拌动力，易形成网兜式的粘性附着区，产生泥饼。据此本发明所设计的机械结构为：在传统式刀盘的四个云腿中心区域单独引入一个相对独立的辅助搅拌装置，即在两个主驱动马达掘进机构的中间加入一个辅搅拌装置。在主驱动机构带动切刀组旋转掘进的同时，由辅驱动马达另外带动一组辅助的搅拌装置同时工作。辅驱动马达通过传动轴单独驱动辅旋转圆盘以及四根搅拌棒旋转，从而可以有效减少刀盘中心区域渣土的滞留及“泥饼”的产生。而且由于辅驱动马达可以与主驱动马达同向同速旋转，也可以与主驱动马达反向异速旋转，它在泥土仓内部形成独立于主驱动系统的附加驱动力，除了可以有效防止“泥饼”的形成外，还可以达到调节刀盘泥土仓内压力和搅拌作用。当泥土仓内压力失衡时，通过单独驱动搅拌棒装置来调节土压平衡。

附图说明

图1本发明刀盘整体立体简图。

图2本发明主、辅驱动部分的结构图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明。土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置由主驱动机构和辅搅拌装置两大部分组成，其中主驱动机构包括：两个主驱动马达1、刀盘主驱动法兰2和刀盘本体3、大轴承4、主受力环5以及外齿轮6等；辅搅拌装置包括：辅驱动马达7、辅搅拌棒8、辅助旋转圆盘9、辅传动轴10等。主驱动机构为：两个主驱动马达1的输出轴嵌入外齿轮6的内孔，外齿轮与带有外齿的大轴承4外套啮合，大轴承4的外套11通过螺栓12固定于主受力环5本体。大轴承4的内套通过双头螺栓13与支撑盘14连接固定。云腿15的两端分别与刀盘主驱动法兰2和刀盘本体3焊接固定。刀盘主驱动法兰2通过螺栓与主受力环5连接。切刀16、滚刀17、边刮刀18依次通过螺栓固定于刀盘本体3上所对应的刀座。主搅拌棒19焊接于刀盘本体3的背面。辅搅拌装置位于四个云腿的中间位置，其结构为：辅助旋转圆盘9与辅搅拌棒8焊接，辅传动轴10顶端插入辅助旋转圆盘9的内花键孔中并通过周向固定螺栓将传动轴固定，辅传动轴10的另一端与辅驱动马达7轴连接。辅驱动马达7单独驱动辅传动轴10，通过调节辅驱动马达7的油量和供油方向实现与主驱动机构同旋转差速或旋转方向的改变。辅助旋转圆盘9和辅搅拌棒8可以方便单独拆卸并具有不同的结构尺寸，以适应不同的地质标段，提高掘进效率。通过调节与辅驱动马达7所附带的比例调节控制器中的控制阀来改变转速，阀芯开度加大则进油量增大，转速提高，阀芯开度减小则进油量变小，转速降低，达到差速目的。旋转方向的调节：辅驱动马达7还附带有一个两位三通的阀，当阀芯处于水平(正向位)时，则正向供油，刀盘正转；当阀芯处于垂直(反向位)时，则反向供油，刀盘反转。

本实例中采用的刀盘本体直径为Φ6300mm。辅传动轴10的轴长为1840mm。带有内花键的辅助旋转圆盘9其直径为1400mm，焊接其上的四根辅搅拌棒8各周向间隔为90°，辅搅拌棒直径为100mm、长度为450mm。辅驱动马达7为250kw的液压马达。辅传动轴10前端外花键与辅助旋转圆盘9的内花键啮合，同时外部用6个螺栓进行轴向固定。

动力传递过程为：主驱动马达1带动外齿轮6旋转，因为外齿轮与带有外齿的大轴承外套啮合，因为大轴承4的外套与主受力环5本体固定，刀盘主驱动法兰2与主受力环5连接；而大轴承4的内套是与支撑盘14连接固定的，所以外齿轮与大轴承内、外套以及支撑盘的传动组合构成了马达的减速机构。云腿15的两端分别与刀盘主驱动法兰2和刀盘本体3焊接固定，其作用结果是辅驱动马达将动力传递给主受力环5继而传递给刀盘本体，最终将动力传递给刀盘本体刀座上的切刀、滚刀、边刮刀，实现刀盘本体3和切削刀具共同旋转，达到切削土体的效果。当盾构机检测出泥土仓内部出现“泥饼”或者土压失衡时，启动刀盘中心渣土辅搅拌装置。辅驱动马达7通过辅传动轴10将动力传给辅助旋转圆盘9上的四根辅搅拌棒8进行旋转，进行搅拌泥土舱内部渣土、调节土压和消除“泥饼”的操作。

本发明的有益效果在于：第一，解决了多年来严重困扰盾构施工的“泥饼”失效问题，减少由”泥饼”形成带来的温升、主轴承等关键部件损坏带来的一系列问题，使盾构机的使用寿命大大提高；第二，土压平衡控制更加容易，从而有效提高了盾构施工的效率和质量；第三，设备维护较为简单，刀盘中心渣土搅拌装置虽然由多部件组成，但十分方便装拆和组装，一旦发现有损坏，可以随时进行更换。

Claims (3)

1.土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置，具有主驱动马达、辅驱动马达、主搅拌棒、切刀、边滚刀、边刮刀、刀盘驱动法兰、刀盘本体、主受力环，其特征是刀盘中心渣土搅拌装置由主驱动机构和辅搅拌装置两大部分组成，其中主驱动机构包括：两个主驱动马达(1)、刀盘主驱动法兰(2)和刀盘本体(3)、大轴承(4)、主受力环(5)以及外齿轮(6)，辅搅拌装置包括：辅驱动马达(7)、辅搅拌棒(8)、辅助旋转圆盘(9)、辅传动轴(10)，两个主驱动马达(1)的输出轴嵌入外齿轮(6)的内孔，外齿轮与带有外齿的大轴承(4)外套啮合，大轴承(4)的外套(11)通过螺栓(12)固定于主受力环(5)本体，大轴承(4)的内套通过双头螺栓(13)与支撑盘(14)连接固定，云腿(15)的两端分别与刀盘主驱动法兰(2)和刀盘本体(3)焊接固定，刀盘主驱动法兰(2)通过螺栓与主受力环(5)连接，切刀(16)、滚刀(17)、边刮刀(18)依次通过螺栓固定于刀盘本体(3)上所对应的刀座，主搅拌棒(19)焊接于刀盘本体(3)的背面；辅助旋转圆盘(9)与辅搅拌棒(8)焊接，辅传动轴(10)顶端插入辅助旋转圆盘(9)的内花键孔中并通过周向固定螺栓将传动轴固定，辅传动轴(10)的另一端与辅驱动马达(7)轴连接。

2.按照权利要求1所述的土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置，其特征是由所述辅驱动马达(7)单独驱动所述传动轴辅(10)，通过调节辅驱动马达(7)的油量和供油方向实现与所述主驱动机构同旋转差速或旋转方向的改变。

3.按照权利要求1或2所述的土压平衡盾构机刀盘中心渣土搅拌装置，其特征是所述辅助旋转圆盘(9)和辅搅拌棒(8)可以方便单独拆卸并具有不同的结构尺寸，以适应不同的地质标段。

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