CN104912564A - 可变径tbm刀盘 - Google Patents

Abstract

本发明属于山岭隧道施工技术。一种可变径TBM刀盘，所述的刀盘呈中方五分式结构，其包括设置在刀盘中部的中心块、与中心块各侧边匹配对接固定的呈扇形的边块、分布设置在中心块和边块上的中心刀、正滚刀和边滚刀，所述的可变径TBM刀盘还包括有至少一套与中心块各个侧边匹配对接固定的呈扇形的扩挖变径边块，所述的扩挖变径边块上分布设置有正滚刀和边滚刀，所述的扩挖变径边块较边块的径向增加的距离为刀盘所增加的扩挖量。本发明针对不同地质所引起的变形量，采取不同的配套的超挖方式来进行施工，其通过对边块进行替换、或对边块与中心块之间进行增设扩挖垫板，从而使得刀盘直径增大，达到长距离扩挖掘进的目的。

Description

可变径TBM刀盘

技术领域

本发明属于山岭隧道施工技术，具体涉及一种可变径TBM刀盘。

背景技术

由于我国现代化发展的需要，隧洞建设已经广泛应用于交通、水利、通信、冶金等诸多领域中。很多隧洞具有长、大、深埋、地质条件复杂等特点，而硬岩掘进机（即TBM）以其开挖岩石硬度范围广、作业环境好、信息化程度高、施工高效等优点，被广泛用于隧洞建设中。

TBM在大埋深软弱围岩地层施工，在刀盘开挖扰动的作用下，地层原始应力分布遭到了改变，且围岩强度低、稳定性差，在较高围压的作用下，开挖的洞径会缩小，产生围岩收敛、变形、大变形、岩爆等地质灾害。  对于不同的埋深、围岩强度及特性，隧道收敛、变形的的程度也不一样。

当护盾式硬岩掘进机穿越较差围岩，尤其是穿越深埋长大隧洞的断层破碎带时，围岩变形大，易塌方，且当围岩的径向位移大于盾壳与开挖轮廓面之间的预留间隙，致使盾壳被卡死，称之为卡盾。卡盾对工程进度造成严重影响，有的施工工期由于卡盾造成的停机时间占1至4月总时间的53%。卡盾对硬岩掘进机施工的影响极大，目前，应对卡盾问题的主要措施为卡盾后的脱困技术，例如：侧导坑法、辅助坑道法和其他人工处理法等。而这些技术和方法均没有从根源上解决卡盾问题，均为卡盾问题出现后采取的应对措施。

当围岩收敛或变形时， 会将TBM的刀盘、护盾等部件卡死，紧靠TBM自身无法脱困，只能靠辅助工法稳定刀盘及护盾顶部的围岩，采用人工开挖清理的方式，辅助刀盘及护盾脱困。当围岩大变形或岩爆时，不仅会卡住主机而且会损坏后配套上的设备，甚至会危及人员的生命。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种结构设计合理，能够改变刀盘开挖直径，防止卡盾，实现长距离扩挖掘进的可变径TBM刀盘。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种可变径TBM刀盘，所述的刀盘呈中方五分式结构，其包括设置在刀盘中部的中心块、与中心块各侧边匹配对接固定的呈扇形的边块、分布设置在中心块和边块上的中心刀、正滚刀和边滚刀，所述的可变径TBM刀盘还包括有至少一套与中心块各个侧边匹配对接固定的呈扇形的扩挖变径边块，所述的扩挖变径边块上分布设置有正滚刀和边滚刀，所述的扩挖变径边块较边块的径向增加的距离为刀盘所增加的扩挖量。

所述的边块和扩挖变径边块与中心块之间均设置有定位销定位，通过螺栓固定连接，并最后进行焊接，所述的相邻两边块之间或相邻两扩挖变径边块之间通过螺栓匹配固定连接，并最后进行焊接。

所述的扩挖变径边块上分布的正滚刀数量较边块上的正滚刀数量多n个，其中刀盘扩挖量为s，相邻两正滚刀破岩轨迹间距为d，则n=s/d。

一种可变径TBM刀盘，所述的刀盘呈中方五分式结构，其包括设置在刀盘中部的中心块、与中心块各侧边匹配对接固定的呈扇形的边块、分布设置在中心块和边块上的中心刀、正滚刀和边滚刀，所述的可变径TBM刀盘还包括有至少一套匹配设置在边块与中心块之间、和相邻两边块之间的扩挖垫块，所述的边块与中心块之间的扩挖垫块的厚度为刀盘所增加的扩挖量。

所述的边块、扩挖垫块和中心块之间匹配设置有定位销定位，通过螺栓固定连接，并最后进行焊接，所述的相邻两边块和两边块之间的扩挖垫块之间通过螺栓匹配固定连接，并最后进行焊接。

所述的扩挖垫块与边块之间设置有与原刀盘滚刀破岩轨迹相匹配的增设正滚刀，其中增设正滚刀的数量为n，刀盘扩挖量为s，相邻两正滚刀破岩轨迹间距为d，则n=s/d。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

①本发明针对不同地质所引起的变形量，采取不同的配套的超挖方式来进行施工，其通过对边块进行替换、或对边块与中心块之间进行增设扩挖垫板，从而使得刀盘直径增大，达到长距离扩挖掘进的目的；

②本发明整体结构设计合理，对于变径后的刀盘上滚刀进行新的设计，使得其能够确保滚刀破岩轨迹的完整性和一致性，确保破岩性能的稳定性，保持原有的施工速度和施工质量；

③本发明的可变径TBM刀盘，其大大提高了隧道掘进的施工质量，能够通过扩挖释放应力，避免出现卡死现象，大大提高了在整个隧道施工过程中的安全性能，同时期从根本上保证了整个隧道施工进度的流畅性，使得在整个隧道掘进过程中无需进行其他防卡死或卡死后清理等施工作业，对于多变地质结构的地区，能够大大提高施工工期，保证施工质量。

附图说明

图1为带有原边块的刀盘结构示意图。

图2为更换为扩挖变径边块后的刀盘结构示意图。

图3为图2所示刀盘的滚刀破岩轨迹结构示意图。

图4为增加扩挖垫板后的刀盘结构示意图。

图5为图4所示刀盘破岩轨迹结构示意图。

图中序号：1为中心块、2为边块、3为中心刀、4为正滚刀、5为边滚刀、6为扩挖变径边块、7为定位销、8为螺栓、9为扩挖垫块、10为增设正滚刀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

实施例一：参见图1-图3，一种可变径TBM刀盘，所述的刀盘呈中方五分式结构，其包括设置在刀盘中部的中心块1、与中心块1各侧边匹配对接固定的四块呈扇形的边块2、分布设置在中心块1和边块2上的中心刀3、正滚刀4和边滚刀5，所述的可变径TBM刀盘还包括有至少一套与中心块1各个侧边匹配对接固定的呈扇形的扩挖变径边块6，一套扩挖变径边块6为四块，四块扩挖变径边块6上分布设置有正滚刀和边滚刀，所述的扩挖变径边块较边块的径向增加的距离为刀盘所增加的扩挖量，由于扩挖半径的增大，为确保滚刀破岩轨迹，在所述的四块扩挖变径边块6上较原边块合理分布更多的正滚刀4，所述的扩挖变径边块6上分布的正滚刀数量较边块2上的正滚刀数量多n个，其中刀盘扩挖量为s，相邻两正滚刀破岩轨迹间距为d，则n=s/d。

所述的边块2和扩挖变径边块6与中心块1之间均设置有定位销7定位，通过螺栓8固定连接，并最后进行焊接，所述的相邻两边块2之间或相邻两扩挖变径边块6之间通过螺栓8匹配固定连接，并最后进行焊接。

实施例二：参见图1、图4、图5，一种可变径TBM刀盘，所述的刀盘呈中方五分式结构，其包括设置在刀盘中部的中心,1、与中心块1各侧边匹配对接固定的四块呈扇形的边块2、分布设置在中心块1和边块2上的中心刀3、正滚刀4和边滚刀5，所述的可变径TBM刀盘还包括有至少一套匹配设置在边块2与中心块1之间、和相邻两边块2之间的扩挖垫块9，所述的边块2与中心块1之间的扩挖垫块9的厚度为刀盘所增加的扩挖量，由于扩挖半径的增大，其实质是边块外移，导致边块与中心块之间的破岩轨迹存有缺失，因此在所述的扩挖垫块9与边块2之间设置有与原刀盘滚刀破岩轨迹相匹配的增设正滚刀10，其中增设正滚刀的数量为n，刀盘扩挖量为s，相邻两正滚刀破岩轨迹间距为d，则n=s/d，n个增设的正滚刀的破岩轨迹弥补边块外移后存在的破岩轨迹的缺失。

所述的边块2、扩挖垫块9和中心块1之间匹配设置长度适中的定位销7定位，通过螺栓8固定连接，并最后进行焊接，所述的相邻两边块和两边块之间的扩挖垫块之间通过螺栓8匹配固定连接，并最后进行焊接。

Claims (6)

1.一种可变径TBM刀盘，所述的刀盘呈中方五分式结构，其包括设置在刀盘中部的中心块、与中心块各侧边匹配对接固定的呈扇形的边块、分布设置在中心块和边块上的中心刀、正滚刀和边滚刀，其特征在于，所述的可变径TBM刀盘还包括有至少一套与中心块各个侧边匹配对接固定的呈扇形的扩挖变径边块，所述的扩挖变径边块上分布设置有正滚刀和边滚刀，所述的扩挖变径边块较边块的径向增加的距离为刀盘所增加的扩挖量。

2.根据权利要求1所述的可变径TBM刀盘，其特征在于，所述边块和扩挖变径边块与中心块之间均设置有定位销定位，通过螺栓固定连接，并最后进行焊接；所述的相邻两边块之间或相邻两扩挖变径边块之间通过螺栓固定连接，并最后进行焊接。

3.根据权利要求1所述的可变径TBM刀盘，其特征在于，所述的扩挖变径边块上分布的正滚刀数量较边块上的正滚刀数量多n个，其中刀盘扩挖量为s，相邻两正滚刀破岩轨迹间距为d，则n=s/d。

4.一种可变径TBM刀盘，所述的刀盘呈中方五分式结构，其包括设置在刀盘中部的中心块、与中心块各侧边匹配对接固定的呈扇形的边块、分布设置在中心块和边块上的中心刀、正滚刀和边滚刀，其特征在于，所述的可变径TBM刀盘还包括有至少一套匹配设置在边块与中心块之间、和相邻两边块之间的扩挖垫块，所述的边块与中心块之间的扩挖垫块的厚度为刀盘所增加的扩挖量。

5.根据权利要求4所述的可变径TBM刀盘，其特征在于，所述的边块、扩挖垫块和中心块之间匹配设置有定位销定位，通过螺栓固定连接，并最后进行焊接；所述的相邻两边块和两边块之间的扩挖垫块之间通过螺栓匹配固定连接，并最后进行焊接。

6.根据权利要求4所述的可变径TBM刀盘，其特征在于，所述的扩挖垫块与边块之间设置有与原刀盘滚刀破岩轨迹相匹配的增设正滚刀，其中增设正滚刀的数量为n，刀盘扩挖量为s，相邻两正滚刀破岩轨迹间距为d，则n=s/d。