CN110454181B - 一种可变刀间距的盾构机刀盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变刀间距的盾构机刀盘，解决了现有盾构机刀盘上的滚刀间距不可变的技术问题。本发明包括刀盘主梁，所述刀盘主梁内可调设置有滚刀装配体，刀盘主梁上间隔设置有固定滚刀装配体的压紧螺栓组。本发明通过改变滚刀装配体的固定方式，实现了可根据施工地质变化情况相应调整滚刀的刀间距的功能，达到刀间距布置与施工地质高效匹配，可以保证在不同地质中的滚刀的破岩效率，降低施工难度，加快施工进度，延长刀具寿命，减少检查、更换刀具的次数；同时也降低了施工成本，提高了盾构机刀盘的适应性，保证盾构机能够长距离、高效、可靠地掘进。

Description

一种可变刀间距的盾构机刀盘

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，特别是指一种可变刀间距的盾构机刀盘。

背景技术

随着国家水利水电工程、地铁隧道工程、地下空间开发工程的积极推进，以及盾构机研发制造能力和施工技术的逐渐成熟，盾构施工凭借其安全、高效、经济等优越性得到了广泛应用，其中盘形滚刀作为盾构机在掘进过程中破岩的主要工具，其破岩效果会直接影响地下工程施工的效率和成本。

现有的隧道掘进的盾构机主要是依靠盘形滚刀挤压岩石达到破碎岩体的目的，其主要克服的是岩石的抗压强度。盘形滚刀的破岩过程大概可以分为微裂纹产生、密实核形成、纵向与横向裂纹扩展等阶段，当由相邻滚刀所引起的岩石内部损伤裂纹扩展到相互贯通时，就会引起岩体破碎崩落。相关研究表明，盘形滚刀的破岩效果与刀盘推力、刀间距、刃口形状、岩层特性等密切相关，在其余因素保持不变的前提下，若刀间距布置过大，则相邻两滚刀轨迹间的岩石就会形成岩脊，需要多次滚压才能破岩；若刀间距布置过小，则会引起过度破碎。因此，根据施工地层选择合理的刀间距布置将有助于改善破岩效果、延长刀具寿命。

但是，现有盾构机上普遍采用焊接方法将盘形滚刀的刀箱直接固定在刀盘上，其刀间距是固定不可变的，若施工过程中出现地质情况变化，导致刀间距与施工地质不匹配时，将会造成不可预估的施工难度，因此亟待设计一种刀间距可调、地质适应性高的盾构机刀盘。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种可变刀间距的盾构机刀盘，解决了现有盾构机刀盘上的滚刀间距不可变的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种可变刀间距的盾构机刀盘，包括刀盘主梁，所述刀盘主梁内可调设置有滚刀装配体，刀盘主梁上间隔设置有固定滚刀装配体的压紧螺栓组，通过调节压紧螺栓组能够调节滚刀装配体之间的间距，即能够调整相邻滚刀之间的间距。若施工过程中出现地质情况变化，通过调整滚刀的刀间距使之与施工地质相匹配，保证滚刀的刀间距不会过大，避免形成岩脊，也保证滚刀的刀间距不会过小，避免引起过度破碎。本技术方案能够根据施工地层选择合理的刀间距布置，既有助于改善破岩效果、延长刀具寿命，又能够避免传统施工过程中地质变化与滚刀的原刀间距不匹配的问题，可有效降低施工难度、加快施工进程。

进一步地，所述压紧螺栓组包括压接在滚刀装配体正面的刀箱正面第一压紧螺栓和/或压接在滚刀装配体侧面的刀箱侧面压紧螺栓。正面第一压紧螺栓能够限制滚刀装配体沿盾构机刀盘轴向运动的自由度，侧面压紧螺栓的端面能够挡止滚刀装配体围绕沿盾构机刀盘轴线转动的自由度；侧面压紧螺栓的端面与滚刀装配体的侧面之间的摩擦力，能够限制滚刀装配体沿盾构机刀盘径向运动的自由度。

进一步地，所述刀盘主梁包括两个对称设置的固定梁，两个固定梁相对的内侧设置有沿盾构机刀盘径向方向设置的台肩，所述滚刀装配体固定设置在两个台肩内，既便于滚刀装配体与刀盘主梁的装配，又便于滚刀装配体在刀盘主梁上调整位置，为相邻滚刀的间距调整提供便捷。

进一步地，所述刀箱正面第一压紧螺栓螺纹连接在固定梁的正面，刀箱正面第一压紧螺栓连接有压接滚刀装配体正面的刀箱压紧块，使用刀箱压紧块来压接滚刀装配体，接触面积大，能够压接的更加稳定牢固。

进一步地，所述压紧块沿刀盘主梁径向方向设置且为长条状，保证刀箱装配体无论怎么调整位置，都被压接在刀箱压紧块下方，既简化了结构，又便于调整滚刀装配体的位置后进行重新固定。

进一步地，相邻所述刀箱侧面压紧螺栓之间的间距小于滚刀装配体沿盾构机刀盘径向的宽度的二分之一，这样能够保证无论怎么调整滚刀装配体的位置，都能够保证至少有两组刀箱侧面压紧螺栓压接在一个滚刀装配体的侧面上。

进一步地，所述刀箱压紧块位于滚刀装配体正面的部分开设有正面螺纹通孔，正面螺纹通孔上设置有压接滚刀装配体的刀箱正面第二压紧螺栓，刀箱正面第二压紧螺栓能够进一步对滚刀装配体进行紧固，充分保证滚刀装配体与刀盘主梁连接的可靠性。相邻刀箱正面第二压紧螺栓之间的间距小于滚刀装配体沿盾构机刀盘径向的宽度的二分之一，这样能够保证无论怎么调整滚刀装配体的位置，都能够保证至少有两组刀箱正面第二压紧螺栓压接在一个滚刀装配体的正面。

进一步地，所述固定梁的外侧面焊接有刮刀固定座，所述刀箱压紧块卡接在刮刀固定座的内侧，刮刀固定座能够对刀箱压紧块进行挡止限位，进一步保证刀箱压紧块的稳固性；刀箱压紧块的厚度小于或等于刮刀固定座超出固定梁正面的厚度，能够进一步保护刀箱压紧块，防止岩石对刀箱压紧块造成过大冲击致使刀箱压紧块损伤。

进一步地，所述滚刀装配体为正面滚刀装配体，滚刀装配体也可以是倾斜滚刀装配体。盾构机刀盘上设置有刀盘副梁，刀盘副梁上设置有边缘滚刀装配体，边缘滚刀装配体与滚刀装配体共同作用，实现盾构机刀盘的最佳掘进碎石效果。

进一步地，所述刀盘主梁沿盾构机刀盘的周向方向设置有六个，六个刀盘主梁围绕盾构机刀盘的圆心等角度分布，盾构机刀盘的中心位置设置有中心双联滚刀装配体。

本发明通过改变滚刀装配体的固定方式，实现了可根据施工地质变化情况相应调整滚刀的刀间距的功能，达到刀间距布置与施工地质高效匹配，可以保证在不同地质中的滚刀的破岩效率，降低施工难度，加快施工进度，延长刀具寿命，减少检查、更换刀具的次数；同时也降低了施工成本，提高了盾构机刀盘的适应性，保证盾构机能够长距离、高效、可靠地掘进。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为滚刀装配体与刀盘主梁装配的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，一种可变刀间距的盾构机刀盘，如图1所示，包括刀盘主梁1，刀盘主梁1内可调设置有滚刀装配体4，刀盘主梁1上间隔设置有固定滚刀装配体4的压紧螺栓组，通过调节压紧螺栓组能够调节滚刀装配体之间的间距，即能够调整相邻滚刀之间的间距。

如图3所示，所述刀盘主梁1包括两个对称设置的固定梁10，两个固定梁10相对的内侧设置有沿盾构机刀盘径向方向设置的台肩11，所述滚刀装配体4固定设置在两个台肩11内，既便于滚刀装配体4与刀盘主梁1的装配，又便于滚刀装配体4在刀盘主梁1上调整位置，为相邻滚刀的间距调整提供便捷。

所述压紧螺栓组包括压接在滚刀装配体4正面的刀箱正面第一压紧螺栓7和压接在滚刀装配体4侧面的刀箱侧面压紧螺栓9。固定梁10的正面开设有螺纹盲孔，刀箱正面第一压紧螺栓7通过螺纹盲孔与固定梁10相连，正面第一压紧螺栓7连接有压接滚刀装配体4正面的刀箱压紧块6，使用刀箱压紧块6来压接滚刀装配体4，接触面积大，能够压接的更加稳定牢固。

进一步地，所述刀箱压紧块6位于滚刀装配体4正面的部分开设有正面螺纹通孔，正面螺纹通孔上设置有压接滚刀装配体4的刀箱正面第二压紧螺栓8，刀箱正面第二压紧螺栓8能够进一步对滚刀装配体4进行紧固，充分保证滚刀装配体4与刀盘主梁1连接的可靠性。或者可以直接使用倾斜布置的刀箱正面第一压紧螺栓7压接滚刀装配体4或者直接使用刀箱压紧块6压接滚刀装配体4。

所述固定梁10的侧面开设有与滚刀装配体4相对应的侧面螺纹通孔，所述刀箱侧面压紧螺栓9设置在侧面螺纹通孔中，刀箱侧面压紧螺栓9的端部顶压在滚刀装配体4的侧面。

刀箱正面第一压紧螺栓7、刀箱正面第二压紧螺栓8和刀箱压紧块6相互配合，能够限制滚刀装配体4沿盾构机刀盘轴向运动的自由度；侧面压紧螺栓9能够限制滚刀装配体4沿盾构机刀盘周向运动的自由度，侧面压紧螺栓9的端部与滚刀装配体4的侧面之间的摩擦力能够限制滚刀装配体4沿盾构机刀盘径向运动的自由度。

若施工过程中出现地质情况变化，通过松开侧面压紧螺栓9、刀箱正面第一压紧螺栓7或刀箱正面第二压紧螺栓8的位置即可调整滚刀装配体4的位置，调整相邻滚刀的刀间距，使之与施工地质相匹配；然后紧固第一压紧螺栓7、侧面压紧螺栓9及刀箱正面第二压紧螺栓8，使滚刀装配体4固定在刀盘主梁1上。进而保证滚刀的刀间距不会过大，避免形成岩脊，也保证滚刀的刀间距不会过小，避免引起过度破碎。本技术方案能够根据施工地层选择合理的刀间距布置，既有助于改善破岩效果、延长刀具寿命，又能够避免传统施工过程中地质变化与滚刀的原刀间距不匹配的问题，可有效降低施工难度、加快施工进程。

实施例2，一种可变刀间距的盾构机刀盘，如图2所示，所述压紧块6沿刀盘主梁1径向方向设置且为长条状，保证刀箱装配体4无论怎么调整位置，都被压接在刀箱压紧块4下方，既简化了结构，又便于调整滚刀装配体4的位置后进行重新固定。

本实施例的结构与实施例1相同。

实施例3，一种可变刀间距的盾构机刀盘，相邻所述刀箱侧面压紧螺栓9之间的间距小于滚刀装配体4沿盾构机刀盘径向的宽度的二分之一，这样能够保证无论怎么调整滚刀装配体4的位置，都能够保证至少有两组刀箱侧面压紧螺栓9压接在一个滚刀装配体4的侧面上。

相邻所述刀箱正面第二压紧螺栓8之间的间距小于滚刀装配体4沿盾构机刀盘径向的宽度的二分之一。这样能够保证无论怎么调整滚刀装配体4的位置，都能够保证至少有两组刀箱正面第二压紧螺栓8压接在一个滚刀装配体4的正面。

本实施例的结构与实施例1或2相同。

实施例4，一种可变刀间距的盾构机刀盘，所述固定梁10的外侧面焊接有刮刀固定座12，所述刀箱压紧块6卡接在刮刀固定座12的内侧，刮刀固定座11能够对刀箱压紧块6进行挡止限位，进一步保证刀箱压紧块6的稳固性；刀箱压紧块6的厚度小于或等于刮刀固定座12超出固定梁10正面的厚度，能够进一步保护刀箱压紧块6，防止岩石对刀箱压紧块6造成过大冲击致使刀箱压紧块6损伤。

本实施例的结构与实施例1或2或3相同。

实施例5，一种可变刀间距的盾构机刀盘，所述滚刀装配体4为正面滚刀装配体，滚刀装配体4也可以是倾斜滚刀装配体。盾构机刀盘上设置有刀盘副梁2，刀盘副梁2上设置有边缘滚刀装配体3，边缘滚刀装配体3与滚刀装配体4共同作用，实现盾构机刀盘的最佳掘进碎石效果。

本实施例的结构与实施例1或2或3或4相同。

实施例6，一种可变刀间距的盾构机刀盘，所述刀盘主梁1沿盾构机刀盘的周向方向设置有六个，六个刀盘主梁1围绕盾构机刀盘的圆心等角度分布，盾构机刀盘的中心位置设置有中心双联滚刀装配体5。

本实施例的结构与实施例1或2或3或4或5相同。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可变刀间距的盾构机刀盘，包括刀盘主梁（1），其特征在于：所述刀盘主梁（1）内可调设置有滚刀装配体（4），刀盘主梁（1）上间隔设置有固定滚刀装配体（4）的压紧螺栓组；所述压紧螺栓组包括压接在滚刀装配体（4）正面的刀箱正面第一压紧螺栓（7）和/或压接在滚刀装配体（4）侧面的刀箱侧面压紧螺栓（9）；所述刀盘主梁（1）包括两个对称设置的固定梁（10），两个固定梁（10）相对的内侧设置有沿盾构机刀盘径向方向设置的台肩（11），所述滚刀装配体（4）固定设置在两个台肩（11）内；相邻所述刀箱侧面压紧螺栓（9）之间的间距小于滚刀装配体（4）沿盾构机刀盘径向的宽度的二分之一；所述刀箱压紧块（6）位于滚刀装配体（4）正面的部分开设有正面螺纹通孔，正面螺纹通孔上设置有压接滚刀装配体（4）的刀箱正面第二压紧螺栓（8），相邻刀箱正面第二压紧螺栓（8）之间的间距小于滚刀装配体（4）沿盾构机刀盘径向的宽度的二分之一。

2.根据权利要求1所述的可变刀间距的盾构机刀盘，其特征在于：所述刀箱正面第一压紧螺栓（7）螺纹连接在固定梁（10）的正面，正面第一压紧螺栓（7）连接有压接滚刀装配体（4）正面的刀箱压紧块（6）。

3.根据权利要求2所述的可变刀间距的盾构机刀盘，其特征在于：所述压紧块（6）沿刀盘主梁（1）径向方向设置且为长条状。

4.根据权利要求3所述的可变刀间距的盾构机刀盘，其特征在于：所述固定梁（10）的外侧面焊接有刮刀固定座（12），所述刀箱压紧块（6）卡接在刮刀固定座（12）的内侧，刀箱压紧块（6）的厚度小于或等于刮刀固定座（12）超出固定梁（10）正面的厚度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的可变刀间距的盾构机刀盘，其特征在于：所述滚刀装配体（4）为正面滚刀装配体，盾构机刀盘上设置有刀盘副梁（2），刀盘副梁（2）上设置有边缘滚刀装配体（3）。

6.根据权利要求5所述的可变刀间距的盾构机刀盘，其特征在于：所述刀盘主梁（1）沿盾构机刀盘的周向方向设置有六个，六个刀盘主梁（1）围绕盾构机刀盘的圆心等角度分布，盾构机刀盘的中心位置设置有中心双联滚刀装配体（5）。

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