CN108979654B - 一种刨铣式盾构机刀盘装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刨铣式盾构机刀盘装置及其工作方法，采用一刀盘面板，刀盘面板包括呈圆形的中心刨铣式刀盘以及位于中心刨铣式刀盘外侧呈环状的外周刨铣式刀盘，中心刨铣式刀盘的中心位置设置有一锥形曲槽鱼尾刀，中心刨铣式刀盘和外周刨铣式刀盘均设置有若干铣刀。本发明的优点是：能够通过刀盘直接作用于开挖面上的作用力对开挖进行平衡，且提高了盾构机刀盘对开挖面土体的切削效率；通过设置刨铣式刀具和锥形曲槽鱼尾刀避免刀盘上发生结泥饼现象。
Description
技术领域
本发明属于盾构隧道技术领域，具体涉及一种刨铣式盾构机刀盘装置及其工作方法。
背景技术
现有的盾构机的刀盘包括开口率大的辐条式刀盘与开口率小的面板式刀盘。现有的盾构隧道施工技术中，开挖面的稳定性直接关系到盾构施工对周围环境与建筑物与构筑物的影响，因此对开挖面的稳定性的控制至关重要。辐条式刀盘主要依靠土舱内的土压力或泥水压力与开挖面进行平衡，但在实际使用中受出渣情况及开挖面压力分布影响大，无法实现完善的压力平衡，导致对周围地层的扰动影响。而面盘式刀盘在面板部分稳定开挖面，但其开口率小使得土体难以顺畅地进入到土舱内，从而易发生堵塞，且面板上易发生结泥饼。
因此，有必要对现有的盾构机的刀盘结构进行改进，以提高刀盘开挖效率且能够有效地稳定开挖面。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种刨铣式盾构机刀盘装置及其工作方法，该刀盘装置通过将刀盘面板分为反向旋转的中心刨铣式刀盘和外周刨铣式刀盘，采用锥形曲槽鱼尾刀和多个铣刀对土体切削，能够通过刀盘面板直接平衡开挖面，提高了土体切削效率。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种刨铣式盾构机刀盘装置，包括一刀盘面板，所述刀盘面板包括呈圆形的中心刨铣式刀盘以及位于所述中心刨铣式刀盘外侧呈环状的外周刨铣式刀盘，所述中心刨铣式刀盘的中心位置设置有一锥形曲槽鱼尾刀，所述中心刨铣式刀盘和所述外周刨铣式刀盘均设置有若干铣刀。
刨铣式盾构机刀盘装置还包括用于驱动所述中心刨铣式刀盘旋转的第一驱动机构和用于驱动所述外周刨铣式刀盘旋转的第二驱动机构。
所述中心刨铣式刀盘与所述外周刨铣式刀盘的外直径比例为1：1.3-1.7。
所述外周刨铣式刀盘上的所述铣刀的开口方向与所述中心刨铣式刀盘上的所述铣刀的开口方向呈相互反向设置。
所述铣刀包括支架、刀座、刀刃，所述支架为所述刀盘面板上倾斜的突出部，所述突出部内侧与所述刀盘面板之间围合构成连通入土舱的开口，所述刀座设置在所述突出部端部，所述刀刃可拆卸地设置于所述刀座上。
所述锥形曲槽鱼尾刀呈锥形结构，所述锥形曲槽鱼尾刀的前端绕着中心位置均匀地设置有若干切削刃，所述切削刃的后端设置有凹陷的曲槽。
所述切削刃的数目为2-4个。
一种涉及上述刨铣式盾构机刀盘装置的工作方法，其特征在于，中心刨铣式刀盘的转动方向与所述外周刨铣式刀盘转动方向相反。
所述中心刨铣式刀盘的转动方向与设置于其上的铣刀的开口方向一致，所述外周刨铣式刀盘的转动方向与设置于其上的铣刀的开口方向一致。
本发明的优点是：能够通过刀盘直接作用于开挖面上的作用力对开挖进行平衡，且提高了盾构机刀盘对开挖面土体的切削速度；通过设置刨铣式刀具和锥形曲槽鱼尾刀避免刀盘上发生结泥饼现象。
附图说明
图1为本发明实施例中采用刨铣式刀盘装置的盾构机的结构示意图；
图2为本发明实施例中铣刀的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例中四个切削刃的锥形曲槽鱼尾刀的结构示意图；
图4为本发明实施例中两个切削刃的锥形曲槽鱼尾刀的结构示意图；
图5为本发明实施例中刀盘面板的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-5，图中标记分别为：刀盘面板1、中心刨铣式刀盘2、第一驱动机构21、外周刨铣式刀盘3、第二驱动机构31、锥形曲槽鱼尾刀4、切削刃41、曲槽42、铣刀5、支架51、刀座52、刀刃53、开口54。
实施例：如图1-5所示，本实施例具体涉及一种刨铣式盾构机刀盘装置及其工作方法，本发明的方案通过将刀盘面板1分为相互反向旋转的中心刨铣式刀盘2和外周刨铣式刀盘3，采用锥形曲槽鱼尾刀4和多个铣刀5对土体切削，能够通过刀盘面板1直接平衡开挖面，提高了土体切削效率。
如图1和图5所示，本实施例中的刨铣式盾构机刀盘装置包括一刀盘面板1，刀盘面板1包括呈圆形的中心刨铣式刀盘2以及位于中心刨铣式刀盘2外侧呈环状的外周刨铣式刀盘3，中心刨铣式刀盘2的中心位置设置有一锥形曲槽鱼尾刀4，中心刨铣式刀盘2和外周刨铣式刀盘3均设置有若干铣刀5。刀盘面板1是采用辐条式刀盘结构的切削方式通过铣刀5对土体切削从而具有较好的切削效率，同时，基于刀盘面板1本身的面板结构在切削面与土舱之间形成相对的隔离结构，便于对土舱内的土压力和泥水压力进行平衡，减小了对周围地层的扰动影响。
如图1和图2所示，铣刀5包括支架51、刀座52、刀刃53，支架51为刀盘面板1上倾斜的突出部，突出部内侧与刀盘面板1之间围合构成连通入土舱的开口54，刀座52设置在支架51突出部端部，刀刃53可拆卸地设置于刀座52上。前端的刀刃53为高强度、高硬度的材质，刀刃53安装在刀座52上，在刀具更换时将刀座52取出整体更换。同一刀盘面板1上根据切削需求设置大小不同多种尺寸的铣刀5。开口54在刀盘面板1上呈弯曲状，这个土体并非直接进行土舱内，而采用在刀盘进行旋转时，利用开挖面上的剪力与压力共同作用，使土体挤压而进入土舱内。每个铣刀5都是通过上述类似犁对地面切削的方式对土体进行切削。而在刀盘停止旋转时，开挖面上的土体无法进行土舱内，从面确保了开挖面的稳定性。基于上述铣刀5切削土体具有单向性的情况，引入中心刨铣式刀盘2与外周刨铣式刀盘3以平衡扭矩。
如图3和图4所示，锥形曲槽鱼尾刀4呈锥形结构，锥形曲槽鱼尾刀4的前端绕着中心位置均匀地设置有若干切削刃41，切削刃41的后端设置有凹陷的曲槽42。曲槽42盘绕在锥形曲槽鱼尾刀4的边缘，曲槽42的两个端口分别处于切削刃41边缘处和锥形曲槽鱼尾刀4与刀盘面板1的连接处。切削刃41的数目为2-4个。图3中为具有四个切削刃41的锥形曲槽鱼尾刀4的结构，图4中为具有两个切削刃41的锥形曲槽鱼尾刀4的结构。锥形曲槽鱼尾刀4的中心为其转动的轴，在转动过程中，利用刀具上土到与开挖土体之间的剪力将土体驱向四周，再通过刀盘上的铣刀5切削进而进入土舱中。
如图1和图5所示，中心刨铣式刀盘2与外周刨铣式刀盘3的外直径比例为1：1.3-1.7。中心刨铣式刀盘2在第一驱动机构21的作用下转动，外周刨铣式刀盘3在第二驱动机构31的作用下转动。外周刨铣式刀盘3上的铣刀5的开口54方向与中心刨铣式刀盘2上的铣刀5的开口54方向呈相互反向设置。第二驱动机构31和第一驱动机构21采用液压驱动马达对其进行驱动。
如图1和图5所示，刨铣式盾构机刀盘装置的工作方法，中心刨铣式刀盘2的转动方向与外周刨铣式刀盘3转动方向相反。中心刨铣式刀盘2的转动方向与设置于其上的铣刀5的开口54方向一致，外周刨铣式刀盘3的转动方向与设置于其上的铣刀5的开口54方向一致。通过上述切削方法，切削面的土层被两个方向的铣刀切削进入土舱，不易在刀盘面板1的表面形成泥饼。
本实施例具有如下优点：能够通过刀盘直接作用于开挖面上的作用力对开挖进行平衡，且提高了盾构机刀盘对开挖面土体的切削效率；通过设置刨铣式刀具和锥形曲槽鱼尾刀4避免刀盘上发生结泥饼现象，尤其适用于不含大粒径砂砾石地层中进行盾构施工。
Claims (7)
1.一种刨铣式盾构机刀盘装置，其特征在于，包括一刀盘面板，所述刀盘面板包括呈圆形的中心刨铣式刀盘以及位于所述中心刨铣式刀盘外侧呈环状的外周刨铣式刀盘，所述中心刨铣式刀盘的中心位置设置有一锥形曲槽鱼尾刀，所述中心刨铣式刀盘和所述外周刨铣式刀盘均设置有若干铣刀；
所述铣刀包括支架、刀座、刀刃，所述支架为所述刀盘面板上倾斜的突出部，所述突出部内侧与所述刀盘面板之间围合构成连通入土舱的开口，所述刀座设置在所述突出部端部，所述刀刃可拆卸地设置于所述刀座上；
所述锥形曲槽鱼尾刀呈锥形结构，所述锥形曲槽鱼尾刀的前端绕着中心位置均匀地设置有若干切削刃，所述切削刃的后端设置有凹陷的曲槽。
2.根据权利要求1所述的一种刨铣式盾构机刀盘装置，其特征在于，还包括用于驱动所述中心刨铣式刀盘旋转的第一驱动机构和用于驱动所述外周刨铣式刀盘旋转的第二驱动机构。
3.根据权利要求1所述的一种刨铣式盾构机刀盘装置，其特征在于，所述中心刨铣式刀盘与所述外周刨铣式刀盘的外直径比例为1：1.3-1.7。
4.根据权利要求1所述的一种刨铣式盾构机刀盘装置，其特征在于，所述外周刨铣式刀盘上的所述铣刀的开口方向与所述中心刨铣式刀盘上的所述铣刀的开口方向呈相互反向设置。
5.根据权利要求1所述的一种刨铣式盾构机刀盘装置，其特征在于，所述切削刃的数目为2-4个。
6.一种涉及权利要求1-5中任一所述的刨铣式盾构机刀盘装置的工作方法，其特征在于，中心刨铣式刀盘的转动方向与所述外周刨铣式刀盘转动方向相反。
7.根据权利要求6所述的一种刨铣式盾构机刀盘装置的工作方法，其特征在于，所述中心刨铣式刀盘的转动方向与设置于其上的铣刀的开口方向一致，所述外周刨铣式刀盘的转动方向与设置于其上的铣刀的开口方向一致。
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