CN102877853A - Tbm双向旋转出渣刀盘及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种TBM双向旋转出渣刀盘及其制造工艺，其刀盘均布布置6对个进渣口，6个正转用，6个反转用，进渣口大小合适，位置合理。进渣口的中间布置溜渣板，溜渣板的上部和周边区域对称布置刮板，溜渣板与盘体接触部位布置导渣槽，开挖的渣土通过刮板、导渣槽、溜渣板溜进渣斗，然后通过皮带机输送出去。本发明提高了单护盾TBM纠偏和防滚动的能力，从而提高了单护盾TBM对地质的适应性。
Description
技术领域
本发明属于山岭隧道施工技术，具体涉及到单护盾TBM刀盘双向旋转出渣施工技术。
背景技术
目前TBM主要用作硬岩隧道掘进机，主要分为三种类型：敞开式、单护盾式、双护盾式。敞开式TBM一般用于临时非管片衬砌隧道掘进机，机器外部的盾体支撑着石头直到完成衬砌，掘进与管片衬砌可以同步进行。单护盾式、双护盾式TBM用于管片衬砌隧道掘进机，作业方式是轮转的：当需要管片衬砌时，隧道掘进机需要停止。
目前三种类型的TBM掘进机刀盘的设计都是单旋向。由于TBM刀盘单向旋转出渣，刀盘无法进行反向旋转出渣，当TBM在含水疏松砂层掘进时，掘进过程中对地层的扰动比较大，砂层液化，易出现涌水、涌沙以及卡刀盘等问题，影响掘进速度。当TBM在围岩稳定性较好的地层掘进时，为了防止卡盾，刀盘的开挖直径大于盾体的外径，开挖洞径与盾体之间有间隙，地层不能够提供足够的包裹力包裹盾体，主机易出现滚动现象，影响掘进速度。当TBM在上软下硬、上硬下软、左软右硬，左硬右软等复合地层掘进时， TBM的姿态较难控制，易出现掘进偏离设计轴线等问题，刀盘只能单向旋转出渣，纠偏较困难，影响掘进速度。
发明内容
本发明为了解决TBM在掘进过程卡机、主机滚动以及掘进偏离设计轴线等问题，提出一种单护盾TBM刀盘双向旋转出渣施工技术，其目的就是为了提高了单护盾TBM纠偏和防滚动的能力，从而提高了单护盾TBM对地质的适应性。
技术方案：一种TBM双向旋转出渣刀盘，包括刀盘总成，在刀盘总成的盘体圆周边缘均布设置有4～8对进渣口，分别为4～8个正旋转进渣口和4～8个反旋转进渣口；每对进渣口中部沿径向布置溜渣板，溜渣板位于盘体上端和周边的区域分别布置有刮板；所述刮板固定在刮板座的末端，所述刮板座对称焊固在溜渣板两侧；从而刮板在溜渣板左右两侧对称分布，位于溜渣板上端的刮板和周边刮板逐个排列并沿弧线过渡连接；溜渣板与盘体内壁接触部位布置导渣槽。开挖的渣土通过刮板、导渣槽、溜渣板溜进渣斗，然后通过皮带机输送出去。
在任意两个对称刮板座之间产生夹角，该夹角范围为140～160°，对称的两个刮板座之间通过焊接保护钢板连接在一起，所述保护钢板的中部焊固在溜渣板末端。
溜渣板位于盘体周边区域的外侧边，同时包含直边段和锥形段；刮板既设置在直边段上也设置在锥形段上段，其中设置在锥形段上段的刮板长度大于直边段上刮板的长度。
所述溜渣板的锥形段的下段垂直焊固有锥形板，在溜渣板底边垂直焊固有底部盖板，同时在溜渣板与盘体底部焊固有连接法兰。
所述溜渣槽是在进渣口靠近圆心一侧依次设置有外支撑板和内支撑板，该外支撑板和内支撑板分别垂直焊固在溜渣板上，在外支撑板和内支撑板的另一侧焊固有侧支撑板；在所述外支撑板和内支撑板的端面上倾斜焊固有一个导渣板，该导渣板的两侧焊固在溜渣板和外侧支撑板上。
所述导渣板与盘体端面夹角范围为25～35°，导渣板与溜渣板夹角范围为70～80°。
一种TBM双向旋转出渣刀盘制作工艺，包括以下步骤：
（1）在刀盘总成的盘体周边缘均布设置有4～8个进渣口，同时准备4～8个溜渣板，4～8个锥形板，4～8个底部盖板和一个底部连接法兰，分别对溜渣板、锥形板、底部盖板和连接法兰进行预拼装，同时检验关键尺寸确保拼装定位准确；其拼装关系如下：
溜渣板：在以上4～8个进渣口的中部沿径向各安装一个溜渣板，每个溜渣板的两侧分别形成一个正旋转进渣口和一个反旋转进渣口，所述溜渣板的上端为直边段，溜渣板的外侧边为直边段和锥形段的组合；
锥形板：垂直于溜渣板锥形段的下段；
底部盖板：垂直于溜渣板的底边；
连接法兰：位于盘体底部中心，并同时位于所有溜渣板的底部；
预拼无误后，拆掉连接法兰、底部盖板和锥形板，然后将各溜渣板与盘体焊接在一块；
（2）根据（1）中拼装关系，将溜渣板与连接法兰、底部盖板和锥形板焊接在一块；
（3）设置刮板座，通过安装刮板的定位工装，确定刮板座尺寸范围，刮板座分别包括正面区域刮板座：位于溜渣板上端直边段的两侧对称分布；周边区域刮板座：位于溜渣板外侧壁直边段的两侧对称分布；锥形区域刮板座：位于溜渣板外侧壁锥形段上段的两侧对称分布；各刮板座分布向外倾斜，对称的两个刮板座之间夹角范围为140～160°；该夹角优选150°。
把正面区域刮板座、周边区域刮板座、锥形区域刮板座，依次焊接到溜渣板的两侧对称位置上；
（4）设置保护钢板，包括正面短刮板保护钢板：焊接在正面区域刮板座上侧；周边短刮板保护钢板：焊接在周边区域刮板座上侧；锥形区域长刮板保护钢板：焊接在锥形区域刮板座上侧；各保护钢板同时与溜渣板端面焊固在一起；相邻的正面短刮板保护钢板和周边短刮板保护钢板通过焊接连接在一块；然后在正面短刮板保护钢板、周边短刮板保护钢板、锥形区域长刮板保护钢板外表面堆焊耐磨焊层；
（5）设置溜渣槽，在进渣口靠近圆心一侧依次设置有外支撑板和内支撑板，该外支撑板和内支撑板分别垂直焊固在溜渣板上，在外支撑板和内支撑板的另一侧焊固有侧支撑板；在所述外支撑板和内支撑板的端面上倾斜焊固有一个导渣板，该导渣板的两侧焊固在溜渣板和外侧支撑板上；其中导渣板与盘体端面夹角范围为25～35°，导渣板与溜渣板夹角范围为70～80°；
（6）刮板与刮板座通过连接螺栓固定在一块。
其中步骤（6）中的连接螺栓使用时表面涂高强度螺纹密封胶，然后按照刮板连接螺栓的强度打预紧力矩。
步骤（3）中，对称的两个刮板座之间的夹角为150°。
步骤（5）中，导渣板与盘体端面夹角的为30°，导渣板与溜渣板的夹角为75°。
有益效果：本发明的刀盘及其工艺主要应用于单护盾TBM在掘进过程中防卡机、防纠偏，防滚动等。本发明提出TBM刀盘双向旋转出渣的理论，分别设置正旋转进渣口和反旋转进渣口，以及溜渣板和刮板，可以解决了TBM在掘进过程中卡主机、纠偏困难以及主机滚动等问题。减少了TBM在掘进过程中异常停机的次数，延长了掘进时间，提高了掘进效率，节约了施工成本。
本发明在掘进过程中，如果刮板磨损严重，可以拆掉刮板连接螺栓，然后更换新刮板，组装和维修都很方便，节约生产成本，提供工作效率。
附图说明：
图1是刀盘端面的溜渣板、进渣口分布示意图。
图2是图1的A-A剖面结构示意图。
图3是图1的K-K剖面结构示意图。
图4是图2的J-J剖面结构示意图。
图5是图2的V-V剖面结构示意图。
图6是图1的I-I结构示意图；
图7是图1的Z-Z结构示意图。
图中：1为溜渣板上端的短刮板，2为溜渣板外侧壁直边段的短刮板，3为溜渣板外侧壁锥形段上段的长刮板，4为正面短刮板保护钢板，5为连接螺栓，6为正面区域刮板座，7为周边短刮板保护钢板，8为周边区域刮板座，9为锥形区域刮板座，10为锥形区域长刮板保护钢板，11为导渣板，12为盘体，13为锥形板，14为连接法兰，15为底部盖板，16为溜渣板，17为侧支撑板，18为内支撑板，19为外支撑板，20为正旋转进渣口，21为反旋转进渣口。
具体实施方式
实施例1：一种TBM双向旋转出渣刀盘，参见图1，在刀盘总成的盘体12圆周边缘均布设置有6对进渣口，分别为6个正旋转进渣口20和6个反旋转进渣口21。
每对进渣口中部设置溜渣板16，溜渣板16沿径向布置焊固在盘体12的内壁上。每对进渣口以溜渣板16为对称中心。盘体12正向旋转时，6个正旋转进渣口20工作，盘体12反向旋转是，6个反旋转进渣口21工作。
溜渣板16的上端和周边区域分别略超出盘体12的外沿，溜渣板的上端为直边段，溜渣板的周边区域的外侧边包含直边段和锥形段。溜渣板16的上端和周边的区域分别布置有刮板，刮板分别为：短刮板1，短刮板2，长刮板3。位于溜渣板上端直边段的刮板为短刮板1，位于溜渣板外侧边直边段的刮板为短刮板2，位于锥形段的刮板为长刮板3。溜渣板16上端直边段的短刮板1与外侧边直边段的短刮板2逐个排列并沿弧线过渡连接。
各刮板固定在对应刮板座的末端，刮板座分布为：正面区域刮板座6，周边区域刮板座8，锥形区域刮板座9。各刮板座对称焊固在溜渣板16两侧对应位置上。
正面区域刮板座6固定在溜渣板16上端直边段的两侧，周边区域刮板座8焊固在溜渣板外侧边直边段的两侧，锥形区域刮板座9焊固在锥形段的两侧。任意两个对称刮板座之间产生夹角，该夹角范围为150°（每个刮板座与溜渣板16夹角为75°），对称的两个刮板座之间通过焊接保护钢板连接在一起，保护钢板为：正面短刮板保护钢板4，周边短刮板保护钢板7，锥形区域长刮板保护钢板10，各保护钢板的中部焊固在溜渣板16的末端。
所述溜渣板16的锥形段下段垂直焊固有锥形板13，在溜渣板底边垂直焊固有底部盖板15，同时在溜渣板16与盘体12底部焊固有连接法兰14。
溜渣板16与盘体内壁接触部位布置导渣槽。该溜渣槽是在进渣口靠近圆心一侧依次设置有外支撑板19和内支撑板18，该外支撑板19和内支撑板18分别垂直焊固在溜渣板16上，在外支撑板19和内支撑板18的另一侧焊固有侧支撑板17；在所述外支撑板19和内支撑板18的端面上倾斜焊固有一个导渣板11，该导渣板11的两侧焊固在溜渣板16和外侧支撑板17上。其中，导渣板11与盘体12端面的夹角为30°，导渣板11与溜渣板16的夹角为75°。
开挖的渣土通过各刮板、导渣槽、溜渣板溜进渣斗，然后通过皮带机输送出去。
实施例2：参见图1～图7，一种TBM双向旋转出渣刀盘制作工艺，包括以下步骤：
（1）在刀盘总成的盘体12周边缘均布设置有6个进渣口，同时准备6个溜渣板16，6个锥形板13，6个底部盖板15和1个底部连接法兰。分别对溜渣板16、锥形板13、底部盖板15和连接法兰14进行预拼装，同时检验关键尺寸确保拼装定位准确；其拼装关系如下：
溜渣板16：在以上6个进渣口的中部沿径向各安装一个溜渣板，每个溜渣板的两侧分别形成一个正旋转进渣口和一个反旋转进渣口，所述溜渣板的上端为直边段，溜渣板的外侧边为直边段和锥形段的组合；
锥形板13：垂直于溜渣板锥形段的下段；
底部盖板15：垂直于溜渣板的底边；
连接法兰14：位于盘体底部中心，并同时位于所有溜渣板的底部；
预拼无误后，拆掉连接法兰、底部盖板和锥形板，然后将各溜渣板与盘体焊接在一块；
（2）根据（1）中拼装关系，将溜渣板16与连接法兰14、底部盖板15和锥形板13焊接在一块；
（3）设置刮板座，通过安装刮板的定位工装，确定刮板座尺寸范围，刮板座分别包括正面区域刮板座6：位于溜渣板上端直边段的两侧对称分布；周边区域刮板座8：位于溜渣板外侧壁直边段的两侧对称分布；锥形区域刮板座9：位于溜渣板外侧壁锥形段上段的两侧对称分布；各刮板座分布向外倾斜，对称的两个刮板座之间的夹角为150°。
把正面区域刮板座6、周边区域刮板座8、锥形区域刮板座9，依次焊接到溜渣板的两侧对称位置上；
（4）设置保护钢板，包括正面短刮板保护钢板4：焊接在正面区域刮板座上侧；周边短刮板保护钢板7：焊接在周边区域刮板座上侧；锥形区域长刮板保护钢板10：焊接在锥形区域刮板座上侧。各保护钢板同时与溜渣板16端面焊固在一起；相邻的正面短刮板保护钢板4和周边短刮板保护钢板7通过焊接连接在一块；然后在正面短刮板保护钢板4、周边短刮板保护钢板7、锥形区域长刮板保护钢板10的外表面堆焊耐磨焊层；
（5）设置溜渣槽，共12个。在进渣口靠近圆心一侧依次设置有外支撑板19和内支撑板18，该外支撑板19和内支撑板18分别垂直焊固在溜渣板16上，在外支撑板19和内支撑板18的另一侧焊固有侧支撑板17；在所述外支撑板19和内支撑板18的端面上倾斜焊固有一个导渣板11，该导渣板11的两侧焊固在溜渣板16和外侧支撑板17上；其中导渣板11与盘体12的端面夹角范围为30°，导渣板11与溜渣板16的夹角为75°；
（6）各刮板与刮板座通过连接螺栓固定在一块。连接螺栓使用时表面涂高强度螺纹密封胶，然后按照刮板连接螺栓的强度打预紧力矩。
Claims (10)
1.一种TBM双向旋转出渣刀盘，包括刀盘总成，其特征在于，在刀盘总成的盘体圆周边缘均布设置有4～8对进渣口；每对进渣口中部沿径向布置溜渣板，溜渣板位于盘体上端和周边的区域布置有刮板；所述刮板固定在刮板座的末端，所述刮板座对称焊固在溜渣板两侧；溜渣板与盘体内壁接触部位布置导渣槽。
2.根据权利要求1所述的TBM双向旋转出渣刀盘，其特征是：在任意两个对称刮板座之间产生夹角，该夹角范围为140～160°，对称的两个刮板座之间通过焊接保护钢板连接在一起，所述保护钢板的中部焊固在溜渣板末端。
3.根据权利要求1所述的TBM双向旋转出渣刀盘，其特征是：溜渣板位于盘体周边区域的外侧边包含直边段和锥形段；刮板既设置在直边段上也设置在锥形段的上段，其中设置在锥形段上段的刮板长度大于直边段上刮板的长度。
4.根据权利要求3所述的TBM双向旋转出渣刀盘，其特征是：溜渣板的锥形段下段垂直焊固有锥形板，在溜渣板底边垂直焊固有底部盖板，同时在溜渣板与盘体底部焊固有连接法兰。
5.根据权利要求1所述的TBM双向旋转出渣刀盘，其特征是：所述溜渣槽是在进渣口靠近圆心一侧依次设置有外支撑板和内支撑板，该外支撑板和内支撑板分别垂直焊固在溜渣板上，在外支撑板和内支撑板的另一侧焊固有侧支撑板；在所述外支撑板和内支撑板的端面上倾斜焊固有一个导渣板，该导渣板的两侧焊固在溜渣板和外侧支撑板上。
6.根据权利要求5所述的TBM双向旋转出渣刀盘，其特征是：所述导渣板与盘体端面夹角范围为25～35°，导渣板与溜渣板夹角范围为70～80°。
7.一种TBM双向旋转出渣刀盘制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在刀盘总成的盘体周边缘均布设置有4～8个进渣口，同时准备4～8个溜渣板，4～8个锥形板，4～8个底部盖板和一个底部连接法兰，分别对溜渣板、锥形板、底部盖板和连接法兰进行预拼装，同时检验关键尺寸确保拼装定位准确；其拼装关系如下：
溜渣板：在以上4～8个进渣口的中部沿径向各安装一个溜渣板，每个溜渣板的两侧分别形成一个正旋转进渣口和一个反旋转进渣口，所述溜渣板的上端为直边段，溜渣板的外侧边为直边段和锥形段的组合；
锥形板：垂直于溜渣板锥形段的下段；
底部盖板：垂直于溜渣板的底边；
连接法兰：位于盘体底部中心，并同时位于所有溜渣板的底部；
预拼无误后，拆掉连接法兰、底部盖板和锥形板，然后将各溜渣板与盘体焊接在一块；
（2）根据（1）中拼装关系，将溜渣板与连接法兰、底部盖板和锥形板焊接在一块；
（3）设置刮板座，通过安装刮板的定位工装，确定刮板座尺寸范围，刮板座包括正面区域刮板座：位于溜渣板上端直边段的两侧对称分布；周边区域刮板座：位于溜渣板外侧壁直边段的两侧对称分布；锥形区域刮板座：位于溜渣板外侧壁锥形段上段的两侧对称分布；各刮板座分布向外倾斜，对称的两个刮板座之间夹角范围为140～160°；
把正面区域刮板座、周边区域刮板座和锥形区域刮板座，依次焊接到溜渣板的两侧对称位置上；
（4）设置保护钢板，包括正面短刮板保护钢板：焊接在正面区域刮板座上侧；周边短刮板保护钢板：焊接在周边区域刮板座上侧；锥形区域长刮板保护钢板：焊接在锥形区域刮板座上侧；各保护钢板同时与溜渣板端面焊固在一起；相邻的正面短刮板保护钢板和周边短刮板保护钢板通过焊接连接在一块；然后在正面短刮板保护钢板、周边短刮板保护钢板、锥形区域长刮板保护钢板外表面堆焊耐磨焊层；
（5）设置溜渣槽，在进渣口靠近圆心一侧依次设置有外支撑板和内支撑板，该外支撑板和内支撑板分别垂直焊固在溜渣板上，在外支撑板和内支撑板的另一侧焊固有侧支撑板；在所述外支撑板和内支撑板的端面上倾斜焊固有一个导渣板，该导渣板的两侧焊固在溜渣板和外侧支撑板上；其中导渣板与盘体端面夹角范围为25～35°，导渣板与溜渣板夹角范围为70～80°；
（6）刮板与刮板座通过连接螺栓固定在一块。
8.根据权利要求7所述的TBM双向旋转出渣刀盘制作工艺，其特征在于，步骤（6）中的连接螺栓使用时表面涂螺纹密封胶，然后按照刮板连接螺栓的强度打预紧力矩。
9.根据权利要求7所述的TBM双向旋转出渣刀盘制作工艺，其特征在于，步骤（3）中，对称的两个刮板座之间的夹角为150°。
10.根据权利要求7所述的TBM双向旋转出渣刀盘制作工艺，其特征在于，步骤（5）中，导渣板与盘体端面夹角的为30°，导渣板与溜渣板的夹角为75°。
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