CN110529134A - 用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘，包括盾构机刀盘本体，盘工作面上设置有多个高压水力喷嘴，高压水力喷嘴直径为0.3mm～1.0mm，高压水射流压力为1.5～2.0倍的岩石饱和抗压强度值，高压水力喷嘴工作时随刀盘转动的线速度为0.2~1.0m/s，高压水力喷嘴的射流速度为400~1000m/s；在刀盘的背面设置有用于连通外部水源的供水回转接头和高压水力喷嘴固定架，所述供水回转接头位于刀盘的回转中心；回转接头通过高压管路与高压水发生装置连通,所述高压水发生装置布置于盾构机的随动设备上，由过滤器、增加栓塞泵、稳压器、动力电机及控制系统组成。本发明优点在于有效提高土压平衡盾构机刀盘对大孤石的破岩能力。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机刀盘，尤其是涉及用于土压平衡盾构机的掘进刀盘。
背景技术
目前，盾构机已广泛、成熟的应用于水利、市政、交通等工程，在地下水不丰富的土层中，土压平衡盾构机是首选。
传统的土压平衡盾构机刀盘如图5，由刀盘1.1，布置在所述刀盘1.1工作面上的多个盘形滚刀2.1，均布在刀盘1.1工作面边缘上的多个集渣口3.1组成；土压平衡盾构机工作时，在推力油缸和驱动马达的作用下，前端刀盘1.1旋转切削土体，切削下来的土体通过集渣口3.1涌入土舱，当切削土体充满土舱时，由于盾构的推进作用，致使切削土体对切削面加压。在加压压力与切削地层的水土压力相等后，若能维持螺旋输送机的出土量与刀盘的切土量相等，则达到了平衡状态，即掘削面稳定，实现土压平衡盾构机安全、稳定掘进。
但是，在有大孤石的地层中，土压平衡盾构机刀盘不能对大孤石进行有效破碎，从而发生刀具及刀盘结构的二次磨损，刀具容易损坏。因此，常常采用人工土舱碎石、地面钻孔静态爆破剂爆破、地基加固盾构机缓慢掘进等处理方法。此类处理方法存在工期长、费用高、安全性差等不足。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘，达到快有效破碎掘进过程中的大孤石、连续快速掘进开挖之目的。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘，包括盾构机刀盘本体，所述盾构机刀盘本体由刀盘、布置在所述刀盘工作面上的多个盘形滚刀、和均布在刀盘工作面边缘上的八个集渣口组成；所述多个盘形滚刀的运行轨迹线圈数为四~六圈；刀盘工作面上设置有多个高压水力喷嘴，多个所述高压水力喷嘴分别沿所述盘形滚刀的运行轨迹线布置或紧邻运行轨迹线布置，并布置于盘形滚刀运行的前进方向，高压水力喷嘴的直径为0.3mm～1.0mm，高压水射流压力为1.5～2.0倍的岩石饱和抗压强度值，高压水力喷嘴工作时随刀盘转动的线速度为0.2~1.0m/s，高压水力喷嘴的射流速度为400~1000m/s；在刀盘的背面设置有用于连通外部水源的供水回转接头和高压水力喷嘴固定架，所述供水回转接头位于刀盘的回转中心；回转接头通过高压管路与高压水发生装置连通,所述高压水发生装置布置于盾构机的随动设备上，由过滤器、增加栓塞泵、稳压器、动力电机及控制系统组成。
所述高压水力喷嘴的直径为0.5~0.7mm；高压水力喷嘴工作时随刀盘转动的线速度为0.6m/s；高压水力喷嘴的射流速度为500~600m/s。
布置在所述刀盘工作面上的多个盘形滚刀的运行轨迹线圈数为五圈，所述多个高压水力喷嘴分别沿所述的运行轨迹线圈布置或紧邻运行轨迹线圈布置。
在所述高压水力喷嘴的喷口处套装有防护套。
本发明优点主要体现在以下方面：
（1）由高压水力射流形成的切割环痕与盘形滚刀形成的环痕有效叠加，可大大有效提高土压平衡盾构机刀盘对大孤石的破岩能力,简化大孤石处理方法，节省处理费用。
（2）由于高压射流冲击劈裂和溅射作用形成的微裂缝，可大大增加盘形滚刀沿径向破岩效率，一定程度减少大孤石对刀盘盘面、刀具的磨损，延长刀盘和环刀周期和刀具使用寿命。
（3）整体提高土压平衡盾构机对大孤石段的施工效率50%以上，大幅缩短大孤石段处理工期。
（4）由于盘形滚刀的磨损减小，盘形滚刀的环刀周期延长，盘形滚刀更换数减少，节省了盾构机设备的运行维护费。
附图说明
图1是本发明隐去盘形滚刀的结构示意图。
图2是图1的I部放大结构示意图。
图3是本发明所述刀盘工作面的布置结构示意图。
图4是本发明所述高压水力喷嘴的结构示意图。
图5是传统土压平衡盾构机刀盘工作面的结构示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明所述用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘，包括盾构机刀盘本体，盾构机刀盘本体由刀盘1、布置在刀盘1工作面上的多个盘形滚刀2、和均布在刀盘1工作面边缘上的八个集渣口3组成；多个盘形滚刀2的运行轨迹线4圈数为五圈；刀盘工作面上设置有多个高压水力喷嘴5，多个高压水力喷嘴5分别沿盘形滚刀2的运行轨迹线4或紧邻运行轨迹线4布置于盘形滚刀2运行的前进方向，高压水力喷嘴5的喷口处套装有喇叭口形状的防护套5.1，避免工作时高压水力喷嘴5的损坏。
高压水力喷嘴5内壁涂覆有耐磨层6以提高耐磨性能；高压水力喷嘴5的直径根据国内外目前高压水力射流技术的工程应用情况分析，在0.3mm～1.0mm范围内选取，经试验，推荐为0.5~0.7mm。
高压水力喷嘴5高压水射流压力的选择，由于高压水射流直接作用于盾构机刀盘前方的大孤石，因此工作压力取1.5～2.0倍的岩石饱和抗压强度值，但最大不超过400MPa（因为400MPa以上的高压容器制造成本非常高，经济性差）。
高压水力喷嘴5工作时随刀盘1转动的线速度为0.6m/s，高压水力喷嘴5的射流速度为500~600m/s。
在刀盘1的背面设置有用于连通外部水源的供水回转接头7和高压水力喷嘴固定架8，供水回转接头7位于刀盘1的回转中心；回转接头7进、出口通过高压管路9与高压水力喷嘴5、高压水发生装置连通；高压水发生装置布置于盾构机的随动设备上，由过滤器、增加栓塞泵、稳压器、动力电机及控制系统组成。
本发明的其它参数，如射流流量、射流功率，按照高压水力射流的理论计算公式，根据选定的喷嘴直径、射流压力及高压水力喷嘴布置进行计算确定。
本发明工作原理简述如下：
本发明是在传统土压平衡盾构机刀盘1上布置高压水力喷嘴5，高压水力喷嘴5位于盘形滚刀运动轨迹线4的前进方向。在启动刀盘1转动的同时启动高压水力喷射系统，通过高压水力喷嘴5喷出的高压水舌对刀盘1前方大孤石进行水力冲击剪切，高压水力射流对岩石产生两个作用：1、高压水力剪切破坏形成环痕；2、高压水力劈裂作用使环痕间岩石形成微裂缝或使岩石中微裂缝发展、变大。随着刀盘1的转动，盘形滚刀2压入已发展微裂缝的掌子面岩石中，并切割、破碎岩石，从而实现隧洞掘进开挖；因此，简化传统土压平衡盾构机遇大孤石时的处理，节省处理费用和工期，同时也降低了大孤石对盘形滚刀的磨损。
Claims (4)
1.一种用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘，包括盾构机刀盘本体，所述盾构机刀盘本体由刀盘、布置在所述刀盘工作面上的多个盘形滚刀、和均布在刀盘工作面边缘上的八个集渣口组成；所述多个盘形滚刀的运行轨迹线圈数为四~六圈；其特征在于：刀盘工作面上设置有多个高压水力喷嘴，多个所述高压水力喷嘴分别沿所述盘形滚刀的运行轨迹线布置或紧邻运行轨迹线布置，并布置于盘形滚刀运行的前进方向，高压水力喷嘴的直径为0.3mm～1.0mm，高压水射流压力为1.5～2.0倍的岩石饱和抗压强度值，高压水力喷嘴工作时随刀盘转动的线速度为0.2~1.0m/s，高压水力喷嘴的射流速度为400~1000m/s；在刀盘的背面设置有用于连通外部水源的供水回转接头和高压水力喷嘴固定架，所述供水回转接头位于刀盘的回转中心；回转接头通过高压管路与高压水发生装置连通,所述高压水发生装置布置于盾构机的随动设备上，由过滤器、增加栓塞泵、稳压器、动力电机及控制系统组成。
2.根据权利要求1所述用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘，其特征在于：所述高压水力喷嘴的直径为0.5~0.7mm；高压水力喷嘴工作时随刀盘转动的线速度为0.6m/s；高压水力喷嘴的射流速度为500~600m/s。
3.根据权利要求1或2所述用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘，其特征在于：布置在所述刀盘工作面上的多个盘形滚刀的运行轨迹线圈数为五圈，所述多个高压水力喷嘴分别沿所述的运行轨迹线圈布置或紧邻运行轨迹线圈布置。
4.根据权利要求1或2所述用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘，其特征在于：在所述高压水力喷嘴的喷口处套装有防护套。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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