CN110185462A - 一种可变径开挖的tbm刀盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及盾构机刀盘技术领域，尤其涉及一种可变径开挖的TBM刀盘，包括中心刀盘和周边刀盘，所述中心刀盘安装在圆盘状的中心旋转盘上，围绕中心旋转盘的圆周安装有周边旋转盘，周边旋转盘靠近中心旋转盘的位置处为空心结构，该空心结构内安装有多个顶推油缸，顶推油缸底座安装在中心旋转盘上，顶推油缸的杆头安装有用于驱动周边刀盘旋转的驱动装置，该驱动装置穿过周边旋转盘与周边刀盘连接，所述周边旋转盘上并位于顶推油缸顶推驱动装置运动的路径上设置通孔，使得可通过顶推油缸顶推用于驱动周边刀盘旋转的驱动装置，从而使得周边刀盘跟随驱动装置移动实现变径，周边刀盘既可以实现自转也可以在中心刀盘带动下公转，保证全断面开挖。

Description

一种可变径开挖的TBM刀盘
技术领域
本发明涉及盾构机刀盘技术领域，尤其涉及一种可变径开挖的TBM刀盘。
背景技术
目前在盾构施工过程中常会遇到软岩和破碎的围岩等，在隧道埋深很大的情况下，受高地应力影响，造成隧道挤压产生大变形，而且在施工过程中，常常会对围岩造成扰动以及破坏，也会导致隧道发生变形。隧道变形会造成隧道拱顶下沉、坍塌、底围隆破等，隧道表现出强烈的整体收敛和破坏，为了应对隧道大变形所造成的破坏，目前主要采用围岩加固、超前应力释放、改变围岩性质等措施。针对隧道变形还可以对隧道进行扩挖，预留一定的变形量，扩挖量基于超前探测结果而定，因此有必要提供一种能够实现扩挖的刀盘结合超前探测结果，对隧道进行扩挖控制，从而解决隧道大变形对工程的影响。
发明内容
针对现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种可变径开挖的TBM刀盘，使得能够基于超前探测结果来对隧道进行扩挖，预留一定的变形量，尽量避免了隧道大变形对盾构施工所造成的影响。
本发明的技术方案如下：
一种可变径开挖的TBM刀盘，包括中心刀盘和周边刀盘，所述中心刀盘安装在圆盘状的中心旋转盘上，中心旋转盘远离开挖面的一端安装有驱动装置，所述安装在中心旋转盘上的驱动装置固定安装在土仓隔板上，使得可通过驱动装置驱动中心旋转盘旋转，从而带动中心刀盘旋转，围绕中心旋转盘的圆周安装有周边旋转盘，所述周边旋转盘与中心旋转盘相安装的位置处为空心结构，沿所述中心旋转盘的圆周安装有多个顶推油缸的底座，顶推油缸的整体位于周边旋转盘的空心结构内，并且在顶推油缸的杆头安装有用于驱动周边刀盘旋转的驱动装置，所述驱动装置穿过周边旋转盘垂直且固定安装于推进油缸的杆头，并在所述周边旋转盘上并位于顶推油缸顶推驱动装置运动的路径上设置通孔，从而使得可通过顶推油缸顶推用于驱动周边刀盘旋转的驱动装置，从而使得周边刀盘跟随驱动装置移动，从而实现变径，并且使得周边旋转盘能够随着中心旋转盘的自转而实现以中心旋转盘为圆心进行公转。
优选的，所述中心旋转盘远离开挖面的一端上套装有筒体结构的安装筒，所述安装筒靠近开挖面的一端安装有内部土仓隔板，所述内部土仓隔板靠近中心旋转盘并与中心旋转盘之间保留有一定的间隙，用于驱动中心旋转盘的驱动装置穿过内部土仓隔板与中心刀盘连接，并且所述用于驱动中心旋转盘的驱动装置固定在内部土仓隔板上，所述安装筒与中心旋转盘之间安装有轴承，避免中心旋转盘在旋转时带动安装筒旋转，所述安装筒远离开挖面一端的外壁与盾体之间且绕安装筒的圆周设置有外部土仓隔板。
所述中心旋转盘上安装有两个顶推油缸，两个顶推油缸沿中心旋转盘的周向间隔180度进行安装。
优选的，所述安装筒的长度大于用于驱动周边刀盘旋转的驱动装置的长度，使得用于驱动周边刀盘旋转的驱动装置位于外部土仓隔板到周边刀盘之间的空间内。
进一步的，所述中心刀盘与中心旋转盘之间还设置有多个支撑梁，支撑梁的一端安装在中心刀盘上，另一端安装在中心固定盘上，所述中心固定盘固定安装在中心旋转盘上；所述周边刀盘与周边旋转盘之间也设置有多个支撑梁，支撑梁的一端安装在周边刀盘上，另一端安装在周边固定盘上，周边固定盘与用于驱动周边刀盘旋转的驱动装置相连接，且周边固定盘与周边旋转盘之间保留有一定的间隙，避免周边固定盘在旋转时与周边旋转盘之间产生摩擦。
优选的，所述中心刀盘与中心固定盘之间安装的支撑梁共三个，其支撑梁采用三角架的形式进行安装固定，三个支撑梁在中心刀盘上的安装点之间直线连接所形成的平面面积大于三个支撑梁在中心固定盘上的安装点之间直线连接所形成的平面面积；所述周边刀盘与周边固定盘之间安装的支撑梁共三个，其支撑梁采用三角架的形式进行固定安装，三个支撑梁在周边刀盘上的安装点之间直线连接所形成的平面面积大于三个支撑梁在周边固定盘上的安装点之间直线连接所形成的平面面积。
再进一步的，所述中心刀盘上设置的支撑梁的长度大于周边刀盘上设置的支撑梁的长度，使得中心刀盘与中心旋转盘之间的水平距离大于周边刀盘到中心旋转盘之间的水平距离，使中心刀盘和周边刀盘之间交错布置。
具体的，所述用于驱动中心刀盘旋转的驱动装置包括固定安装在内部土仓隔板上的齿轮箱，所述齿轮箱的输出轴安装在中心旋转盘上，齿轮箱的输入轴安装有减速机，减速机的输入端安装有电机；所述用于驱动周边刀盘旋转的驱动装置包括穿入周边旋转盘并固定在顶推油缸杆头的齿轮箱，齿轮箱的输出轴与周边固定盘连接，齿轮箱的输入轴安装有减速机，减速机的输入端安装电机。
本发明的有益效果：本发明通过顶推油缸顶推周边刀盘，从而实现了扩径开挖，刀盘运行采用行星式运行模式，周边刀盘既可以实现自转也可以在中心刀盘带动下公转，保证全断面开挖，使得能够基于超前探测结果来对隧道进行扩挖，预留一定的变形量，尽量避免了隧道大变形对盾构施工所造成的影响。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的刀盘开挖面示意图；
附图标记说明：1.中心刀盘；2.周边刀盘；3.驱动装置；4.齿轮箱；5.减速机；6.电机；7.顶推油缸；8.中心旋转盘；9.周边旋转盘；10.安装筒；11.内部土仓隔板；12.轴承；13.外部土仓隔板；14.盾体；15.支撑梁；16.中心固定盘；17.周边固定盘。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的说明。
结合附图1和附图2对本发明的最优实施例做详细说明。一种可变径开挖的TBM刀盘，包括中心刀盘1和周边刀盘2，所述中心刀盘1安装在圆盘状的中心旋转盘8上，中心旋转盘8远离开挖面的一端安装有驱动装置3，所述安装在中心旋转盘8上的驱动装置3固定安装在土仓隔板上，使得可通过驱动装置3驱动中心旋转盘8旋转，从而带动中心刀盘1旋转，围绕中心旋转盘8的圆周安装有周边旋转盘9，所述周边旋转盘9与中心旋转盘8相安装的位置处为空心结构，沿所述中心旋转盘8的圆周安装有多个顶推油缸7的底座，顶推油缸7的整体位于周边旋转盘9的空心结构内，并且在顶推油缸7的杆头安装有用于驱动周边刀盘2旋转的驱动装置3，所述驱动装置3穿过周边旋转盘9垂直固定安装于顶推油缸7的杆头，并在所述周边旋转盘9上并位于顶推油缸7顶推驱动装置3运动的路径上设置通孔，从而使得可通过顶推油缸7顶推用于驱动周边刀盘2旋转的驱动装置3，从而使得周边刀盘2跟随驱动装置3移动，从而实现变径，并且使得周边旋转盘9能够随着中心旋转盘8的自转而实现以中心旋转盘8为圆心进行公转。
优选的，所述中心旋转盘8远离开挖面的一端上套装有筒体结构的安装筒10，所述安装筒10靠近开挖面的一端安装有内部土仓隔板11，所述内部土仓隔板11靠近中心旋转盘8并与中心旋转盘8之间保留有一定的间隙，用于驱动中心旋转盘8的驱动装置3穿过内部土仓隔板11与中心刀盘1连接，并且所述用于驱动中心旋转盘8的驱动装置3固定在内部土仓隔板11上，所述安装筒10与中心旋转盘8之间安装有轴承12，避免中心旋转盘8在旋转时带动安装筒10旋转，所述安装筒10远离开挖面一端的外壁与盾体14之间且绕安装筒10的圆周设置有外部土仓隔板13。
所述中心旋转盘8上安装有两个顶推油缸7，两个顶推油缸7沿中心旋转盘8的周向间隔180度进行安装。
优选的，所述安装筒10的长度大于用于驱动周边刀盘2旋转的驱动装置3的长度，使得用于驱动周边刀盘2旋转的驱动装置3位于外部土仓隔板13到周边刀盘2之间的空间内。
进一步的，所述中心刀盘1与中心旋转盘8之间还设置有多个支撑梁15，支撑梁15的一端安装在中心刀盘1上，另一端安装在中心固定盘16上，所述中心固定盘16固定安装在中心旋转盘8上；所述周边刀盘2与周边旋转盘9之间也设置有多个支撑梁15，支撑梁15的一端安装在周边刀盘2上，另一端安装在周边固定盘17上，周边固定盘17与用于驱动周边刀盘2旋转的驱动装置3相连接，且周边固定盘17与周边旋转盘9之间保留有一定的间隙，避免周边固定盘17在旋转时与周边旋转盘9之间产生摩擦。
优选的，所述中心刀盘1与中心固定盘16之间安装的支撑梁15共三个，其支撑梁15采用三角架的形式进行安装固定，三个支撑梁15在中心刀盘1上的安装点之间直线连接所形成的平面面积大于三个支撑梁15在中心固定盘16上的安装点之间直线连接所形成的平面面积；所述周边刀盘2与周边固定盘17之间安装的支撑梁15共三个，其支撑梁15采用三角架的形式进行固定安装，三个支撑梁15在周边刀盘2上的安装点之间直线连接所形成的平面面积大于三个支撑梁15在周边固定盘17上的安装点之间直线连接所形成的平面面积。
再进一步的，所述中心刀盘1上设置的支撑梁15的长度大于周边刀盘2上设置的支撑梁15的长度，使得中心刀盘1与中心旋转盘8之间的水平距离大于周边刀盘2到中心旋转盘8之间的水平距离，使中心刀盘1和周边刀盘2之间交错布置。
所述用于驱动中心刀盘1旋转的驱动装置3包括固定安装在内部土仓隔板11上的齿轮箱4，所述齿轮箱4的输出轴安装在中心旋转盘8上，齿轮箱4的输入轴安装有减速机5，减速机5的输入端安装有电机6；所述用于驱动周边刀盘2旋转的驱动装置3包括穿入周边旋转盘9并固定在顶推油缸7杆头的齿轮箱4，齿轮箱4的输出轴与周边固定盘17连接，齿轮箱4的输入轴安装有减速机5，减速机5的输入端安装电机6。
在隧道开挖过程中，软岩大变形的隧道需要进行隧道的超挖、扩挖，预留一定的变形量。当需要超挖、扩挖时，顶推油缸7向外推出周边刀盘2，推出量根据工况而定，扩径的方式可以有几种方式进行：一、只需要小范围的超挖，则可以在顶推油缸7的顶出过程中实时调整顶推油缸7的伸缩量来控制扩挖量。二、大范围扩挖时，两个刀盘同时伸出，直至达到扩挖量为止。本设备还可以在洞内实现变径扩挖，在推进过程中通过顶推油缸7顶推周边刀盘2，根据工况调整顶出油缸的伸缩量，改变扩挖量，对不同地段进行实时变截面扩挖。当刀盘扩径时，盾体根据相应的尺寸进行扩径，保证隧道中心线保持在同一位置。周边刀盘2各自单独安装一个驱动装置3，可实现自身位置上的自转。同时中心刀盘1的驱动装置3不仅带动中心刀盘1的旋转，还可以带动周边刀盘2实现公转。中心刀盘1的自转角速度与周边刀盘2的公转角速度一致。可以设定中心刀盘1转速，调整周边刀盘2在边缘的切削速度，保证破岩能力。

Claims (8)

1.一种可变径开挖的TBM刀盘，其特征在于，包括中心刀盘(1)和周边刀盘(2)，所述中心刀盘(1)安装在圆盘状的中心旋转盘(8)上，中心旋转盘(8)远离开挖面的一端安装有驱动装置(3)，所述安装在中心旋转盘(8)上的驱动装置(3)固定安装在土仓隔板上；围绕中心旋转盘(8)的圆周安装有周边旋转盘(9)，所述周边旋转盘(9)与中心旋转盘(8)相安装的位置处为空心结构，沿所述中心旋转盘(8)的圆周安装有多个顶推油缸(7)的底座，顶推油缸(7)的整体位于周边旋转盘(9)的空心结构内，并且在顶推油缸(7)的杆头安装有用于驱动周边刀盘(2)旋转的驱动装置(3)，所述驱动装置(3)穿过周边旋转盘(9)垂直固定安装于顶推油缸(7)的杆头，并在所述周边旋转盘(9)上并位于顶推油缸(7)顶推驱动装置(3)运动的路径上设置通孔。
2.如权利要求1所述的一种可变径开挖的TBM刀盘，其特征在于，所述中心旋转盘(8)远离开挖面的一端上套装有筒体结构的安装筒(10)，所述安装筒(10)靠近开挖面的一端安装有内部土仓隔板(11)，所述内部土仓隔板(11)靠近中心旋转盘(8)并与中心旋转盘(8)之间保留有一定的间隙，所述安装筒(10)与中心旋转盘(8)之间安装有轴承(12)，所述安装筒(10)远离开挖面一端的外壁与盾体(14)之间且绕安装筒(10)的圆周设置有外部土仓隔板(13)。
3.如权利要求2所述的一种可变径开挖的TBM刀盘，其特征在于，所述中心刀盘(1)与中心旋转盘(8)之间还设置有多个支撑梁(15)，支撑梁(15)的一端安装在中心刀盘(1)上，另一端安装在中心固定盘(16)上，所述中心固定盘(16)固定安装在中心旋转盘(8)上；所述周边刀盘(2)与周边旋转盘(9)之间也设置有多个支撑梁(15)，支撑梁(15)的一端安装在周边刀盘(2)上，另一端安装在周边固定盘(17)上，周边固定盘(17)与用于驱动周边刀盘(2)旋转的驱动装置(3)相连接，且周边固定盘(17)与周边旋转盘(9)之间保留有一定的间隙。
4.如权利要求3所述的一种可变径开挖的TBM刀盘，其特征在于，所述用于驱动中心刀盘(1)旋转的驱动装置(3)包括固定安装在内部土仓隔板(11)上的齿轮箱(4)，所述齿轮箱(4)的输出轴安装在中心旋转盘(8)上，齿轮箱(4)的输入轴安装有减速机(5)，减速机(5)的输入端安装有电机(6)；所述用于驱动周边刀盘(2)旋转的驱动装置(3)包括穿入周边旋转盘(9)并固定在顶推油缸(7)杆头的齿轮箱(4)，齿轮箱(4)的输出轴与周边固定盘(17)连接，齿轮箱(4)的输入轴安装有减速机(5)，减速机(5)的输入端安装电机(6)。
5.如权利要求3所述的一种可变径开挖的TBM刀盘，其特征在于，所述中心刀盘(1)与中心固定盘(16)之间安装的支撑梁(15)共三个，其支撑梁(15)采用三角架的形式进行安装固定，三个支撑梁(15)在中心刀盘(1)上的安装点之间直线连接所形成的平面面积大于三个支撑梁(15)在中心固定盘(16)上的安装点之间直线连接所形成的平面面积；所述周边刀盘(2)与周边固定盘(17)之间安装的支撑梁(15)共三个，其支撑梁(15)采用三角架的形式进行固定安装，三个支撑梁(15)在周边刀盘(2)上的安装点之间直线连接所形成的平面面积大于三个支撑梁(15)在周边固定盘(17)上的安装点之间直线连接所形成的平面面积。
6.如权利要求3所述的一种可变径开挖的TBM刀盘，其特征在于，所述中心刀盘(1)上设置的支撑梁(15)的长度大于周边刀盘(2)上设置的支撑梁(15)的长度，使得中心刀盘(1)与中心旋转盘(8)之间的水平距离大于周边刀盘(2)到中心旋转盘(8)之间的水平距离。
7.如权利要求1到6任意权利项所述的一种可变径开挖的TBM刀盘，其特征在于，所述中心旋转盘(8)上安装有两个顶推油缸(7)，两个顶推油缸(7)沿中心旋转盘(8)的周向间隔180度进行安装。
8.如权利要求7所述的一种可变径开挖的TBM刀盘，其特征在于，所述安装筒(10)的长度大于用于驱动周边刀盘(2)旋转的驱动装置(3)的长度，使得用于驱动周边刀盘(2)旋转的驱动装置(3)位于外部土仓隔板(13)到周边刀盘(2)之间的空间内。
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Inventor after: Li Heng

Inventor after: Liu Guangxin

Inventor after: Mei Yuanyuan

Inventor after: Gao Xudong

Inventor after: Zhou Hongchu

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