CN111058854A - 盾构机的刀盘和盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盾构机的刀盘和盾构机，其中，盾构机的刀盘包括刀盘本体、中心安装体和长径辐条，中心安装体凸出地设置在刀盘本体上并位于刀盘本体的中心位置；长径辐条与中心安装体连接，长径辐条上开设有喷射孔，喷射孔位于长径辐条的背离刀盘本体一侧的外壁面上；盾构机包括盾体、刀盘和供给机构，刀盘可转动地设置在盾体上；供给机构设置在盾体上，供给机构包括储液箱、供给管路和输送泵。本发明解决了现有技术中的盾构机的刀盘上的喷射孔设置不合理，使得喷射孔喷射的渣土改良剂不能够与切削开挖面充分接触，致使渣土达不到改良效果，进而造成刀具磨损量大，提升了盾构施工成本，降低了盾构施工效率的问题。

Description

盾构机的刀盘和盾构机

技术领域

本发明涉及盾构技术领域，具体而言，涉及一种盾构机的刀盘的结构改进。

背景技术

在地铁隧道施工过程中，盾构法由于其机械化程度高、施工安全、适应性好得到广泛应用。

现有技术中，为了降低切削开挖面的土体对盾构刀盘及螺旋机的磨损，通常在盾构刀盘上设置用于向切削开挖面喷射渣土改良剂的喷射孔，以对渣土进行改良，但是，现有的喷射孔设置不合理，刀盘在切削时相对于盾体一直处于旋转状态，喷射孔喷射的渣土改良剂不能够与切削开挖面充分接触，使得切削开挖面上的渣土达不到被改良效果，进而导致盾构掘进过程中，刀具的磨损量大，需要在预设的掘进路线上设置多个检修井以对刀盘进行检修，提升了盾构施工成本，降低了盾构施工效率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种盾构机的刀盘和盾构机，以解决现有技术中的盾构机的刀盘上的喷射孔设置不合理，使得喷射孔喷射的渣土改良剂不能够与切削开挖面充分接触，致使渣土达不到改良效果，进而造成刀具磨损量大，提升了盾构施工成本，降低了盾构施工效率的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种盾构机的刀盘，包括刀盘本体、中心安装体和长径辐条，其中，中心安装体凸出地设置在刀盘本体上并位于刀盘本体的中心位置；长径辐条呈筒状，并与中心安装体连接，长径辐条上开设有喷射孔，喷射孔位于长径辐条的背离刀盘本体一侧的外壁面上；以用于向盾构机的刀盘的掘进方向喷射渣土改良剂。

进一步地，喷射孔为多个，多个喷射孔沿长径辐条的长度方向间隔设置。

进一步地，喷射孔为多个，多个喷射孔沿长径辐条的长度方向等间隔设置。

进一步地，长径辐条为多根，多根长径辐条绕中心安装体的周向呈放射状间隔分布，各长径辐条上开设有至少一个喷射孔，所有辐条上的各喷射孔与刀盘本体的中心位置的径向距离均不相等。

进一步地，在刀盘本体的径向方向上，最接近的两个喷射孔之间的径向间隔距离相等。

进一步地，喷射孔为用于喷射膨润土溶液的膨润土喷射孔，和/或喷射孔为用于喷射泡沫混合液的泡沫喷射孔。

进一步地，喷射孔为矩形孔或圆孔，当喷射孔为圆孔时，喷射孔的孔径大于等于15mm且小于等于20mm。

进一步地，中心安装体包括筒体和设置在筒体两端的前隔板和后隔板，其中，刀盘具有注入孔结构，注入孔结构穿过后隔板和刀盘本体设置，以用于向位于背离刀盘的掘进方向一侧的土仓内注入渣土改良剂。

进一步地，刀盘还包括外周安装筒和多根短径辐条，外周安装筒设置在刀盘本体上并与中心安装体同心；多根短径辐条均与外周安装筒连接并呈放射状间隔分布。

根据本发明的另一方面，提供了一种盾构机，包括盾体、刀盘和供给机构，其中，刀盘可转动地设置在盾体上；刀盘为上述的刀盘；供给机构设置在盾体上，供给机构包括储液箱、供给管路和输送泵，其中，储液箱用于储存渣土改良剂，供给管路上设置有输送泵，供给管路为多根，各供给管路的第一端均与储液箱连通，各供给管路的第二端选择性地与刀盘的喷射孔或注入孔结构连通。

应用本发明的技术方案，通过在长径辐条的背离刀盘本体一侧的外壁面上开设喷射孔，长径辐条的外表面上设有刀具，可见，喷射孔和刀具均位于长径辐条上，在盾构掘进过程中，刀盘旋转切削时，同时喷射孔正好将渣土改良剂喷射于切削开挖面上，确保了刀具所正对的切削开挖面处的渣土与渣土改良剂充分接触，提高了切削开挖面的渣土的流动性，使得渣土能够顺利流入土仓。

不仅如此，对切削开挖面的渣土进行了改良，减小了刀盘的转动扭矩，有效降低了刀盘上的刀具的磨损量，无需对刀具进行频繁检修，降低了盾构施工成本，提高了盾构施工效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种可选实施例的刀盘的正视结构示意图；

图2示出了根据本发明的一种可选实施例的具有图1中的刀盘的盾构机的局部结构主视剖视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、刀盘本体；20、中心安装体；30、长径辐条；100、喷射孔；101、第一喷射孔；102、第二喷射孔；21、筒体；22、前隔板；23、后隔板；200、注入孔结构；300、土仓；40、外周安装筒；50、多根短径辐条；1、盾体；2、刀盘。

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

为了解决现有技术中的盾构机的刀盘上的喷射孔设置不合理，使得喷射孔喷射的渣土改良剂不能够与切削开挖面充分接触，致使渣土达不到改良的效果，导致刀具磨损频繁，提升了盾构施工成本，降低了盾构施工效率的问题，本发明提供了一种盾构机的刀盘和盾构机，如图2所示，盾构机包括盾体1、刀盘2和供给机构，刀盘2可转动地设置在盾体1上；刀盘2为上述或下述的刀盘；供给机构设置在盾体1上，供给机构包括储液箱、供给管路和输送泵，其中，储液箱用于储存渣土改良剂，供给管路上设置有输送泵，供给管路为多根，各供给管路的第一端均与储液箱连通，各供给管路的第二端选择性地与刀盘2的喷射孔100或注入孔结构200连通。

如图1和图2所示，盾构机的刀盘包括刀盘本体10、中心安装体20和长径辐条30，其中，中心安装体20凸出地设置在刀盘本体10上并位于刀盘本体10的中心位置；长径辐条30呈筒状，并与中心安装体20连接，长径辐条30上开设有喷射孔100，喷射孔100位于长径辐条30的背离刀盘本体10一侧的外壁面上；以用于向盾构机的刀盘的掘进方向喷射渣土改良剂。

通过在长径辐条30的背离刀盘本体10一侧的外壁面上开设喷射孔100，长径辐条30的外表面上设有刀具，可见，喷射孔100和刀具均位于长径辐条30上，在盾构掘进过程中，刀盘旋转切削时，同时喷射孔100正好将渣土改良剂喷射于切削开挖面上，确保了刀具所正对的切削开挖面处的渣土与渣土改良剂充分接触，提高了切削开挖面的渣土的流动性，使得渣土能够顺利流入土仓300。

不仅如此，对切削开挖面的渣土进行了改良，减小了刀盘2的转动扭矩，有效降低了刀盘2上的刀具的磨损量，无需对刀具进行频繁检修，降低了盾构施工成本，提高了盾构施工效率。

在本申请的一个未图示的可选实施例中，喷射孔100为多个，多个喷射孔100沿长径辐条30的长度方向间隔设置。这样，有利于增大喷射孔100喷射的渣土改良剂与切削开挖面的接触面积，便于渣土改良剂与切削开挖面处的渣土充分接触，以对切削开挖面处的渣土进行有效改良，提升了切削开挖面处的渣土的流动性，从而减小刀盘2转动过程中，渣土对刀具的磨损量。

优选地，喷射孔100为多个，多个喷射孔100沿长径辐条30的长度方向等间隔设置。这样，一方面，便于喷射孔100喷射的渣土改良剂均匀的喷洒在切削开挖面处的渣土上，避免了漏喷现象的出现，有利于确保切削开挖面处的渣土与渣土改良剂充分接触，以对切削开挖面处的渣土可靠改良，确保切削开挖面的渣土具备一定的流动性，从而减小刀盘2转动过程中，渣土对刀具的磨损量；另一方面，等间隔设置的多个喷射孔100还不会严重影响长径辐条30的整体结构强度，避免了长径辐条30上出现应力集中而出现受力损坏的现象。

在本申请的图示可选实施例中，如图1所示，长径辐条30为多根，多根长径辐条30绕中心安装体20的周向呈放射状间隔分布，各长径辐条30上开设有至少一个喷射孔100，所有辐条上的各喷射孔100与刀盘本体10的中心位置的径向距离均不相等。这样，通过对喷射孔100的分布进行了合理地优化，一方面，当各喷射孔100同时喷射渣土改良剂时，有效地增大了渣土改良剂与切削开挖面处渣土的接触面积，即多个喷射孔100的布局方式确保了刀盘2具有足够大的渣土改良剂喷射面；在盾构机掘进过程中，有利于各喷射孔100喷射的渣土改良剂在切削开挖面上均匀分布，确保了整个切削开挖面处的渣土与渣土改良剂充分对接触；另一方面，在刀盘2旋转切削土体时，各长径辐条30的旋转扭矩均能够被有效地降低，多个喷射孔100分散地分布在多根长径辐条30上，避免了每根长径辐条30上开设过多的喷射孔100，从而确保了各长径辐条30的结构强度，避免在刀盘旋转切削时，长径辐条30因应力集中而产生断裂现象。

需要说明的是，在本申请中，考虑到喷射孔100的喷射范围，在刀盘本体10的径向方向上，最接近的两个喷射孔100之间的径向间隔距离相等。这样，确保了喷射孔100喷射的渣土改良剂能够均匀地喷洒于切削开挖面处的渣土上，从而有效地增大了渣土改良剂与切削开挖面处渣土的接触面积，便于渣土改良剂与切削开挖面处的渣土充分接触，以对切削开挖面处的渣土进行改良。

需要说明的是，在本申请中，渣土改良剂主要采用泡沫混合液和膨润土溶液，通过向切削开挖面喷射渣土改良剂，以改善开挖土体的流动性，在盾构机掘进过程中，降低了因结泥饼、切削开挖面失稳、排土不畅等现象而导致施工故障发生可能性。

需要说明的是，在本申请中，喷射孔100为用于喷射膨润土溶液的膨润土喷射孔，和/或喷射孔为用于喷射泡沫混合液的泡沫喷射孔。

具体而言，如图1所示，既可以用于喷射膨润土溶液也可以用于喷射泡沫混合液的喷射孔100为第一喷射孔101，图示有3个第一喷射孔101，只能用于喷射泡沫混合液的喷射孔为第二喷射孔102，图示有6个第二喷射孔102，这样，合理地优化了第一喷射孔101和第二喷射孔102的分布，在刀盘2旋转切削土体的过程中，提高了渣土改良剂对渣土的改良效果。

具体而言，喷射泡沫混合液有利于起到止水的作用，提高开挖的止水性，防止地下水位高的砂地层出现“喷涌”现象，且由于泡沫具有压缩性，可提高改良后的渣土的压缩性，避免了“结泥饼”问题的发生，此外，泡沫具有一定的弹性和润滑作用，能降低渣土的黏度，有效避免了渣土粘结在刀盘上；喷射膨润土溶液有效提高了渣土的保水性，防止渣土的离析、沉淀和板结，使渣土具有较好的土压平衡效果，提高了切削开挖面外周的土体稳定性，防止地面沉降。

需要说明的是，在本申请中，喷射孔100为矩形孔或圆孔，当喷射孔100为圆孔时，喷射孔100的孔径大于等于15mm且小于等于20mm。这样，在确保喷射孔100的喷射范围的前提下，避免对长径辐条30造成过大的结构改动，确保了长径辐条30具有足够强度。

如图2所示，中心安装体20包括筒体21和设置在筒体21两端的前隔板22和后隔板23，其中，刀盘2具有注入孔结构200，注入孔结构200穿过后隔板23和刀盘本体10设置，以用于向位于背离刀盘的掘进方向一侧的土仓300内注入渣土改良剂。这样，通过在刀盘2上设置注入孔结构200，便于供给机构通过供给管路向位于背离刀盘2的掘进方向一侧的土仓300内注入渣土改良剂，一方面，有利于对土仓300内的渣土进行改良，有效防止了土仓300内的渣土附着于土仓300的内壁；另一方面，能起到对渣土的润滑作用，降低了螺旋输送机出土的难度，便于螺旋输送机顺利排土，有利于对刀盘2降温。

如图1所示，刀盘还包括外周安装筒40和多根短径辐条50，外周安装筒40设置在刀盘本体10上并与中心安装体20同心；多根短径辐条50均与外周安装筒40连接并呈放射状间隔分布。这样，采用辐条式刀盘2，多根短径辐条50和多根长径辐条30均设有刀具，刀具的布置遵循内少外多的原则，确保刀具磨损的均匀性并利于保证盾构机的开挖直径满足施工要求、防止刀盘2过度收敛。

需要说明的是，膨润土溶液在地面完成拌制，静置15～25小时后，通过输送泵输送至盾构机上的储液箱，盾构机掘进过程中，由三台柱塞泵将膨润土溶液喷射到渣土之中，之后通过刀盘2的旋转搅拌作用使得膨润土溶液与渣土均匀混合，从而改善渣土的流动性。

需要说明的是，盾构机开始掘进前，先利用喷射孔100喷射膨润土溶液以对润滑刀盘2和改善土仓300内的渣土性状；盾构机开始掘进后，随出土速度加快逐渐增加膨润土溶液和泡沫混合液的喷射量，其中，泡沫混合液的加入过程应缓慢，以减小对土体压力的影响；当盾构机掘进完成前10cm，提前停止喷射泡沫混合液，并减小膨润土溶液喷射量，维持土压力稳定的条件下，缓慢停机。

需要说明的是，在本申请中，泡沫混合液拟定泡沫混合液喷射加入量占出土体积的30％～50％，参数选定为：泡沫混合液的浓度为3％、发泡倍率为15。添加泡沫混合液时，应定期取样观察泡沫效果，以调整泡沫混合液参数。

还需要说明的是，在本申请中，下穿期间使用泥浆为膨润土溶液，拟定膨润土溶液的加入量为14.5～15.8m³/环，参数选定为：膨润土溶液的浓度为10％～12％、CMC浓度为1‰。膨润土溶液拌制完成后，静置发酵12h使用。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种盾构机的刀盘，其特征在于，包括：

刀盘本体(10)；

中心安装体(20)，所述中心安装体(20)凸出地设置在所述刀盘本体(10)上并位于所述刀盘本体(10)的中心位置；

长径辐条(30)，所述长径辐条(30)呈筒状，并与所述中心安装体(20)连接，所述长径辐条(30)上开设有喷射孔(100)，所述喷射孔(100)位于所述长径辐条(30)的背离所述刀盘本体(10)一侧的外壁面上；以用于向所述盾构机的刀盘的掘进方向喷射渣土改良剂。

2.根据权利要求1所述刀盘，其特征在于，所述喷射孔(100)为多个，多个所述喷射孔(100)沿所述长径辐条(30)的长度方向间隔设置。

3.根据权利要求2所述刀盘，其特征在于，所述喷射孔(100)为多个，多个所述喷射孔(100)沿所述长径辐条(30)的长度方向等间隔设置。

4.根据权利要求1所述刀盘，其特征在于，所述长径辐条(30)为多根，多根所述长径辐条(30)绕所述中心安装体(20)的周向呈放射状间隔分布，各所述长径辐条(30)上开设有至少一个所述喷射孔(100)，所有所述辐条上的各所述喷射孔(100)与所述刀盘本体(10)的中心位置的径向距离均不相等。

5.根据权利要求4所述刀盘，其特征在于，在所述刀盘本体(10)的径向方向上，最接近的两个所述喷射孔(100)之间的径向间隔距离相等。

6.根据权利要求2或4所述刀盘，其特征在于，所述喷射孔(100)为用于喷射膨润土溶液的膨润土喷射孔，和/或所述喷射孔为用于喷射泡沫混合液的泡沫喷射孔。

7.根据权利要求1所述刀盘，其特征在于，所述喷射孔(100)为矩形孔或圆孔，当所述喷射孔(100)为圆孔时，所述喷射孔(100)的孔径大于等于15mm且小于等于20mm。

8.根据权利要求1所述刀盘，其特征在于，所述中心安装体(20)包括筒体(21)和设置在所述筒体(21)两端的前隔板(22)和后隔板(23)，其中，所述刀盘具有注入孔结构(200)，所述注入孔结构(200)穿过所述后隔板(23)和所述刀盘本体(10)设置，以用于向位于背离所述刀盘的掘进方向一侧的土仓(300)内注入所述渣土改良剂。

9.根据权利要求1所述刀盘，其特征在于，所述刀盘还包括外周安装筒(40)和多根短径辐条(50)，所述外周安装筒(40)设置在所述刀盘本体(10)上并与所述中心安装体(20)同心；多根所述短径辐条(50)均与所述外周安装筒(40)连接并呈放射状间隔分布。

10.一种盾构机，其特征在于，包括：

盾体(1)；

刀盘(2)，所述刀盘(2)可转动地设置在所述盾体(1)上；所述刀盘(2)为权利要求1至9中任一项所述的刀盘；

供给机构，所述供给机构设置在所述盾体(1)上，所述供给机构包括储液箱、供给管路和输送泵，其中，所述储液箱用于储存渣土改良剂，所述供给管路上设置有所述输送泵，所述供给管路为多根，各所述供给管路的第一端均与所述储液箱连通，各所述供给管路的第二端选择性地与所述刀盘(2)的喷射孔(100)或注入孔结构(200)连通。

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