CN109281678B - 用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构及方法，该结构包括：装设于刀盘的辐条板上的先行刀；以及装设于所述辐条板两侧部并靠近所述刀盘上的开口设置的刮刀，位于同一辐条板上的刮刀设于对应的先行刀的两侧，且所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面。本发明采用将刀盘的开口处刮刀的切削面配置为高于辐条板上的先行刀的切削面，利用刮刀发挥现有刀盘中先行刀的作用，即切削土体，减少了先行刀切土的比例；刮刀靠近开口设置，使得刮刀切削下来的渣土能够直接流入到对应的开口，避免渣土滞留或淤积在刀盘上，有效缓解了刀盘面板结泥现象。先行刀设于刀盘的辐条板上，用于保护刀盘面板。

Description

用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构及方法

技术领域

本发明涉及盾构施工领域，特指一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构及方法。

背景技术

近年来，随着国内城市基础建设的迅速发展，越来越多采用大直径盾构穿江过海，隧道建设也逐步向大直径、大埋深方向发展。

为适应不同地区的地层条件及功能需求，盾构机的种类也得到进一步发展。采用常压可更换刀具设计的盾构机得到快速推广应用，其刀盘通常具有大直径、小开口率及刀臂宽度较大等特点，先行刀一般布置在面板中部半径上。当盾构在富含粘土矿物地层掘进时，因土体富含粒径小、黏性大的黏土矿物质，先行刀切削下来的渣土由于流动性差、进入开口距离长等原因，很容易黏着在刀具周围并进一步附着在刀盘面板上，结泥包裹刀具，大大降低了刀具的切削能力，也在刀盘面板上形成硬且厚的泥饼，严重影响掘进效率。

现有的刀盘配置有以下几个缺点：

刀盘面板正面渣土黏性大、流动性较差时，易覆盖包裹面板中半径方向的先行刀，影响进刀率，使其切削作用大幅降低，久之，渣土在先行刀四周和刀盘面板硬化形成饼状泥团，造成扭矩和挤压力急剧上升，严重降低掘进效率；

先行刀切削下的渣土需通过较长的平行于刀盘面板的路径进入刀盘开口，易出现排放不畅，渣土滞留、淤积在开挖舱内，进一步磨损刀具、刀桶和刀盘面板；

盾构机长时间掘进，刀盘上所粘结的泥饼与开挖面的长时间研磨，致使刀盘和盾构机前盾温度升高，造成潜在风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构及方法，解决现有的刀盘先行刀布置于面板中部半径的主辐条板上存在的渣土易包裹先行刀而降低其切削作用，从而影响进刀率，降低掘进效率；渣土进入刀盘开口路径较长易出现排放不畅，渣土滞留、淤积在开挖舱内，进一步磨损刀具、刀桶和刀盘面板；以及盾构上粘结的泥饼与开挖面的长时间研磨导致刀盘和盾构机前盾温度升高，造成潜在风险等的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构，包括：

装设于刀盘的辐条板上的先行刀；

装设于所述辐条板两侧部并靠近所述刀盘上的开口设置的刮刀，位于同一辐条板上的刮刀设于对应的先行刀的两侧，且所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面。

本发明采用将刀盘的开口处刮刀的切削面配置为高于辐条板上的先行刀的切削面，利用刮刀发挥现有刀盘中先行刀的作用，即切削土体，减少了先行刀切土的比例；刮刀靠近开口设置，使得刮刀切削下来的渣土能够直接流入到对应的开口，避免渣土滞留或淤积在刀盘上，有效缓解了刀盘面板结泥现象。先行刀设于刀盘的辐条板上，用于保护刀盘面板。

本发明刀具配置结构的进一步改进在于，所述刮刀的刀桶靠近所述刮刀的端部设有第一加长段，所述第一加长段靠近所述刀桶上的密封圈设置，通过设置所述第一加长段使得所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面。

本发明刀具配置结构的进一步改进在于，还包括垫设于与刀箱连接的反向框架上靠近所述刀箱端部的第一垫板，所述第一垫板的厚度与第一加长段的厚度相等。

本发明刀具配置结构的进一步改进在于，所述刀桶上远离所述刮刀的端部设有第二加长段；

所述刀箱上对应所述第二加长段处设有与所述第二加长段相适配的第二垫板，所述第二垫板与所述第一垫板相贴合并固定连接。

本发明刀具配置结构的进一步改进在于，所述刮刀的切削面距所述先行刀的切削面的距离在5mm至15mm之间。

本发明还提供了一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置方法，包括如下步骤：

提供先行刀，将所述先行刀安装在刀盘的辐条板上；

提供刮刀，将所述刮刀安装于所述辐条板的两侧部并靠近刀盘上的开口设置，并将位于同一辐条板上的刮刀设于对应的先行刀的两侧，且令所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面。

本发明刀具配置方法的进一步改进在于，令所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面，包括：

于所述刮刀的刀桶上靠近所述刮刀的端部设置一第一加长段，将所述第一加长段靠近所述刀桶上的密封圈设置，通过所述第一加长段使得所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面。

本发明刀具配置方法的进一步改进在于，还包括：

提供第一垫板，所述第一垫板的厚度与所述第一加长段的厚度相等，将所述第一垫板垫设于与所述刀箱连接的反向框架上靠近所述刀箱的端部处。

本发明刀具配置方法的进一步改进在于，还包括：

于所述刀桶上远离所述刮刀的端部设置一第二加长段；

于所述刀箱上对应所述第二加长段处设有与所述第二加长段相适配的第二垫板，将所述第二垫板与所述第一垫板相贴合并固定连接。

本发明刀具配置方法的进一步改进在于，还包括：

将所述刮刀的切削面距所述先行刀的切削面的距离控制在5mm至15mm之间。

附图说明

图1为本发明用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构中刀盘的结构示意图。

图2为图1中所示刀盘的一辐条板处的环向剖视图。

图3为本发明用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构中刮刀与刀箱和反向框架安装的结构示意图。

图4为本发明用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构中刮刀刀桶的结构示意图。

图5为本发明用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构中刀桶从刀箱中抽出的结构示意图。

图6为本发明用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置方法的流程图。

图7为现有技术中刀盘上的先行刀和刮刀装配结构的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图2，本发明提供了一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构及方法，用于解决现有刀盘结构存在的渣土易包裹面板上的先行刀而影响先行刀的进刀率，进而严重降低掘进效率的问题，还用于解决渣土需通过较长的路径进入到刀盘的开口容易出现排放不畅、渣土滞留而进一步磨损刀具、刀桶和刀盘面板的问题，还用于解决刀盘上滞留的渣土形成泥饼而与开挖面研磨致使盾构机的前盾温度升高，造成潜在风险的问题。本发明提出了一种新的刀具布置结构及方法，将刮刀的切削面设置成高于先行刀的切削面，从而利用刮刀来进行切土，由于刮刀设于刀盘的开口处，使得切削下来的土渣可直接进入开口，不会在刀盘上通过较长的路径，能够有效缓解刀盘面板结泥现象的发生，从而解决了影响掘进效率的问题，解决了进一步磨损刀具、刀桶和刀盘面板的问题，还解决了造成潜在风险的问题。下面结合附图对本发明用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构及方法进行说明。

先针对现有刀盘存在的缺陷进行说明，如图7所示，显示了现有技术中刀盘的结构，在现有的刀盘中刮刀22a的切削面低于先行刀21a的切削面，且刮刀22a的切削面低于先行刀21a的切削面的距离为D1，这样使得现有的刀盘上的先行刀21a用于切削土体，这样切削的土体需经过刀盘面板上较长的路径才能进入到刀盘的开口，由于富含粘土矿物地层的土体内含有大量的粒径小、黏性大的矿物质，使得渣土易包裹先行刀而降低先行刀的切削作用，降低掘进效率，渣土还极易出现排放不畅，滞留并淤积在开挖舱内，进一步磨损刀具、刀桶和刀盘面板，进而还会导致盾构机前盾温度升高，造成潜在风险。

本发明为解决上述问题，提供了一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构。参阅图1，显示了本发明用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构中刀盘的结构示意图。参阅图2，显示了图1中所示刀盘的一辐条板处的环向剖视图。下面结合图1和图2，对本发明用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构进行说明。

如图1和图2所示，本发明的用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构包括先行刀21和刮刀22，先行刀21装设在刀盘11的辐条板111上，多个先行刀21在辐条板111上间隔设置；刮刀22装设在辐条板111的两侧部，刀盘11上在相邻的两个辐条板111之间设置有开口112，刮刀22设置在靠近刀盘11上的开口112处，位于同一辐条板111上的刮刀22设于对应的先行刀21的两侧，且刮刀22的切削面高于先行刀21的切削面。刮刀22的切削面高于先行刀21的切削面的距离为D2。

本发明的刀具配置结构将刮刀22的切削面设置成高于先行刀21的切削面，从而利用刮刀22来切削土体，使得切削下来的土渣能够直接进入到开口112处，无需沿着刀盘11的表面通过较长的路径，从而可避免土渣在刀盘11表面的滞留和淤积，避免了泥饼的形成。本发明极大的减少了先行刀切土的比例，有效缓解刀盘面板结泥现象，弥补了开口率低的缺陷。

如图1所示，本发明的刀盘11包括多个辐条板111和刀盘架，多个辐条板安装于刀盘架内，多个辐条板111的一端相互连接，另一端沿刀盘11的外缘均匀布设。多个辐条板111相互连接的一端位于刀盘11的中心部位，形成了中心区域，在中心区域也布设有多个先行刀21。位于辐条板111上的先行刀21沿辐条板111的中部设置，而刮刀22设于辐条板111的相对两侧，即刮刀22位于对应的先行刀21的两侧。

作为本发明的一较佳实施方式，如图4所示，本发明的刮刀22的刀桶23的端部设有第一加长段231，该第一加长段231靠近刀桶23上的密封圈232设置，通过设置第一加长段231使得刮刀22的切削面高于先行刀21的切削面。

较佳地，第一加长段231与刀桶23一体成型，利用第一加长段231的设置实现刀桶23的加高，结合图2和图3所示，这样在利用刀桶23将刮刀22安装在刀箱12上时，能够实现刮刀22的加高，使得刮刀22高于先行刀21。

作为本发明的另一较佳实施方式，如图2至图4所示，安装刮刀22时，刀桶23插入到刀箱12内，且刮刀22从刀箱12前部的开口处伸出置于刀盘11的前方，刀桶23通过第一加长段231加长后，使得刮刀22的切削面高于先行刀21的切削面，从而利用刮刀22进行切削作业。刮刀22从刀箱12前部的开口处伸出时，刀桶23上靠近刮刀22处的密封圈232将刀桶23前部和刀箱12内部之间的缝隙密封，避免了开挖面的浆液进入到刀箱12内。在刀箱12和刀桶23的端部连接有反向框架13，反向框架13为抽刀用的钟型钟罩。

本发明的刀具配置结构还包括垫设在于刀箱12连接的反向框架13上靠近刀箱12的端部的第一垫板25，该第一垫板25的厚度与第一加长段231的厚度相等，通过设置的第一垫板25可使得设有第一加长段231的刀桶23能够完全抽回，避免了阻挡刀箱12上的闸门121的关闭，使得换刀操作时，能够保证刀箱12上的闸门121正常关闭，避免了开挖面的浆液的进入。

较佳地，第一垫板25与反向框架13的端部固定连接。

作为本发明的又一较佳实施方式，在刀桶23上远离刮刀22的端部设有第二加长段；

刀箱12上对应第二加长段处设有与第二加长段相适配的第二垫板24，该第二垫板24与第一垫板25相贴合并固定连接。通过在刀箱12的端部设置第二垫板24，可方便与反向框架13的连接，利用第二垫板24和第一垫板25的对接连接，实现了刀箱12和反向框架13的紧固连接。较佳地，第二垫板24和第一垫板25采用螺栓紧固连接。

较佳地，第二垫板24与刀箱12的端部固定连接。可采用螺栓紧固连接第二垫板24和刀箱12的端部。在设置第二垫板24时，将刀桶23的端部与第二垫板24通过螺栓紧固连接。又佳地，第二加长段和第二垫板24的厚度为50mm。

较佳地，刮刀22的切削面距先行刀21的切削面的距离在5mm至15mm之间。又佳地，令刮刀22的切削面距先行刀21的切削面的距离为10mm。相应地，将第一加长段231、第一垫板25和第二垫板24的厚度设计为50mm，原刀盘结构上的先行刀高于刮刀40mm，从而利用第一加长段231的设置，可使得刮刀高出先行刀10mm。第一垫板25、第二垫板24和刀箱12以及反向框架13间利用螺栓紧固连接。

本发明的先行刀21可以采用贝壳刀，还可以采用滚刀。本发明的先行刀的高度低于刮刀设置，先行刀起到了保护刀盘面板的作用。

下面对本发明提供的用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置方法进行说明。

如图6所示，本发明的用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置方法，包括如下步骤：

执行步骤S101，提供先行刀，结合图1和图2所示，将先行刀21安装在刀盘11的辐条板111上；接着执行步骤S102。

执行步骤S102，提供刮刀，将刮刀22安装于辐条板111的两侧部并靠近刀盘11上的开口112设置，并将位于同一辐条板111上的刮刀22设于对应的先行刀21的两侧，且令刮刀22的切削面高于先行刀21的切削面。

本发明将刮刀22的切削面设置成高于先行刀21的切削面，从而利用刮刀22来切削土体，使得切削下来的土渣能够直接进入到开口112处，无需沿着刀盘11的表面通过较长的路径，从而可避免土渣在刀盘11表面的滞留和淤积，避免了泥饼的形成。本发明极大的减少了先行刀切土的比例，有效缓解刀盘面板结泥现象，弥补了开口率低的缺陷。

如图1所示，本发明的刀盘11包括多个辐条板111和刀盘架，多个辐条板安装于刀盘架内，多个辐条板111的一端相互连接，另一端沿刀盘11的外缘均匀布设。多个辐条板111相互连接的一端位于刀盘11的中心部位，形成了中心区域，在中心区域也布设有多个先行刀21。位于辐条板111上的先行刀21沿辐条板111的中部设置，而刮刀22设于辐条板111的相对两侧，即刮刀22位于对应的先行刀21的两侧。

作为本发明的一较佳实施方式，令刮刀的切削面高于先行刀的切削面，包括：

如图3和图4所示，于刮刀22的刀桶23上靠近刮刀22的端部设置一第一加长段231，将第一加长段231靠近刀桶23上的密封圈232设置，通过第一加长段231使得刮刀22的切削面高于先行刀21的切削面。刀桶23的前端设有用于固定刮刀22的方榫，通过方榫将刮刀22固定安装于刀桶23上。

较佳地，第一加长段231与刀桶23一体成型，利用第一加长段231的设置实现刀桶23的加高，结合图2和图3所示，这样在利用刀桶23将刮刀22安装在刀箱12上时，能够实现刮刀22的加高，使得刮刀22高于先行刀21。

作为本发明的另一较佳实施方式，本发明的刀具配置方法还包括：

如图2至图4所示，提供第一垫板25，将第一垫板25的厚度与第一加长段的厚度相等，将第一垫板25垫设于与刀箱12连接的反向框架13上靠近刀箱12的端部处。通过设置的第一垫板25可使得设有第一加长段231的刀桶23能够完全抽回，避免了阻挡刀箱12上的闸门121的关闭，使得换刀操作时，能够保证刀箱12上的闸门121正常关闭，避免了开挖面的浆液的进入。

较佳地，将第一垫板25与反向框架13的端部固定连接。

安装刮刀22时，刀桶23插入到刀箱12内，且刮刀22从刀箱12前部的开口处伸出置于刀盘11的前方，刀桶23通过第一加长段231加长后，使得刮刀22的切削面高于先行刀21的切削面，从而利用刮刀22进行切削作业。刮刀22从刀箱12前部的开口处伸出时，刀桶23上靠近刮刀22处的密封圈232将刀桶23前部和刀箱12内部之间的缝隙密封，避免了开挖面的浆液进入到刀箱12内。反向框架13设置在刀箱12和刀桶23的端部连接处，反向框架13为抽刀用的钟型钟罩。

作为本发明的又一较佳实施方式，本发明的刀具配置方法还包括：

于刀桶23上远离刮刀22的端部设置一第二加长段；

于刀箱12上对应第二加长段处设有与第二加长段相适配的第二垫板24，将第二垫板24与第一垫板25相贴合并固定连接。通过在刀箱12的端部设置第二垫板24，可方便与反向框架13的连接，利用第二垫板24和第一垫板25的对接连接，实现了刀箱12和反向框架13的紧固连接。较佳地，第二垫板24和第一垫板25采用螺栓紧固连接。

较佳地，第二垫板24与刀箱12的端部固定连接。可采用螺栓紧固连接第二垫板24和刀箱12的端部。在设置第二垫板24时，将刀桶23的端部与第二垫板24通过螺栓紧固连接。又佳地，第二加长段和第二垫板24的厚度为50mm。

进一步地，本发明的刀具配置方法还包括：

将刮刀22的切削面距先行刀21的切削面的距离控制在5mm至15mm之间。较佳地，令刮刀22的切削面距先行刀21的切削面的距离为10mm。相应地，将第一加长段231、第一垫板25和第二垫板24的厚度设计为50mm，原刀盘结构上的先行刀高于刮刀40mm，从而利用第一加长段231的设置，可使得刮刀高出先行刀10mm。第一垫板25、第二垫板24和刀箱12以及反向框架13间利用螺栓紧固连接。

本发明的先行刀21可以采用贝壳刀，还可以采用滚刀。本发明的先行刀的高度低于刮刀设置，先行刀起到了保护刀盘面板的作用。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置结构，其特征在于，包括：

装设于刀盘的辐条板上的先行刀；

装设于所述辐条板两侧部并靠近所述刀盘上的开口设置的刮刀，位于同一辐条板上的刮刀设于对应的先行刀的两侧，且所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面；

所述刮刀的刀桶靠近所述刮刀的端部设有第一加长段，所述第一加长段靠近所述刀桶上的密封圈设置，通过设置所述第一加长段使得所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面。

2.如权利要求1所述的刀具配置结构，其特征在于，还包括垫设于与刀箱连接的反向框架上靠近所述刀箱端部的第一垫板，所述第一垫板的厚度与所述第一加长段的厚度相等。

3.如权利要求2所述的刀具配置结构，其特征在于，所述刀桶上远离所述刮刀的端部设有第二加长段；

所述刀箱上对应所述第二加长段处设有与所述第二加长段相适配的第二垫板，所述第二垫板与所述第一垫板相贴合并固定连接。

4.如权利要求1所述的刀具配置结构，其特征在于，所述刮刀的切削面距所述先行刀的切削面的距离在5mm至15mm之间。

5.一种用于富含粘土矿物地层的盾构刀盘刀具配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供先行刀，将所述先行刀安装在刀盘的辐条板上；

提供刮刀，将所述刮刀安装于所述辐条板的两侧部并靠近刀盘上的开口设置，并将位于同一辐条板上的刮刀设于对应的先行刀的两侧，且令所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面；

令所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面，包括：

于所述刮刀的刀桶上靠近所述刮刀的端部设置一第一加长段，将所述第一加长段靠近所述刀桶上的密封圈设置，通过所述第一加长段使得所述刮刀的切削面高于所述先行刀的切削面。

6.如权利要求5所述的刀具配置方法，其特征在于，还包括：

提供第一垫板，所述第一垫板的厚度与所述第一加长段的厚度相等，将所述第一垫板垫设于与刀箱连接的反向框架上靠近所述刀箱的端部处。

7.如权利要求6所述的刀具配置方法，其特征在于，还包括：

于所述刀桶上远离所述刮刀的端部设置一第二加长段；

于所述刀箱上对应所述第二加长段处设有与所述第二加长段相适配的第二垫板，将所述第二垫板与所述第一垫板相贴合并固定连接。

8.如权利要求5所述的刀具配置方法，其特征在于，还包括：

将所述刮刀的切削面距所述先行刀的切削面的距离控制在5mm至15mm之间。

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