CN111535825A - 一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，包括圆盘主体、辐板和辐条，所述圆盘主体周边设有周边刀，所述辐板上设有滚刀，所述辐条上设有切削刀，所述辐条的边缘处设有若干可伸缩地质钻，且当刀盘旋转时，若干所述可伸缩地质钻的运动轨迹为同心圆，所述可伸缩地质钻位于腔管内，所述腔管的开口处设有活动板，当所述可伸缩地质钻伸出所述腔管时，所述活动板开启，当所述可伸缩地质钻缩进所述腔管时，所述活动板闭合。本发明通过在刀盘上设置可伸缩地质钻，有效地将孤石打成蜂窝煤状，破坏了孤石的结构和硬度，利于刀具将其粉碎，从而保护了刀具，减少刀具磨损率，而且解决了无法进行地面作业的孤石处理难题，提高了盾构掘进效率。

Description

一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构

技术领域

本发明涉及隧道挖掘领域，具体的说，是涉及一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构。

背景技术

盾构法是隧道挖掘中最主要的全机械手段，通过盾构机在地下土质中推进形成隧道，盾构机的前端为圆形刀盘，用于粉碎前端的岩土，同时盾构外壳和管片支撑四周的岩土，防止坍塌。一般刀盘上配有中心鱼尾刀、滚刀和切削刀，中心鱼尾刀位于刀盘中心，相较于其他刀具最突出，可以先旋挖岩土，并在岩土上钻出小圆，方便整个刀盘旋转；滚刀成轮状，推力使滚刀刀刃压入岩土，可以在岩土面上做同心圆运动，并在圆周轨迹线处产生侧向压力，使岩土不断崩裂；切削刀则用于切入岩土，将岩土切割分离，有时会搭配先行撕裂刀，在切削刀之前切削岩土，为切削刀创造良好的切削条件。

尽管刀盘有着一套完整的刀具系统，但是在掘进过程中最怕遇到孤石，孤石是指大的花岗岩球状风化体或大型卵石，且随机埋藏分布在岩土中，硬度很高，可以达到200Mpa以上，而且在刀盘切削时孤石会滚动，对挖掘具有极大的干扰。如果在盾构机挖掘之前没有进行孤石勘测并粉碎孤石，会增加刀具的损耗率甚至损毁刀具。因此孤石处理是盾构掘进工作必要的前提，无形之中增加了隧道挖掘的工作量，降低了工作效率。

孤石处理虽然是辅助工程，但工艺复杂且耗资巨大，现有的孤石处理大多采用地面预处理人工破除，需要在孤石位置对应的地面上进行地面冲孔或液压劈裂，因此孤石不能距离地面太远，否则只能采取洞内人工破除，如定向爆破，但人工破除存在一定的施工风险，可见无法在地面进行预处理的孤石仍为业界一大难题。

以上问题，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构。

本发明技术方案如下所述：

一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，包括圆盘主体、辐板和辐条，所述圆盘主体周边设有周边刀，所述辐板上设有滚刀，所述辐条上设有切削刀，其特征在于，所述辐条的边缘处设有若干可伸缩地质钻，且当刀盘旋转时，若干所述可伸缩地质钻的运动轨迹为同心圆。

根据上述方案的本发明，其特征在于，若干所述可伸缩地质钻位于同一条所述辐条边缘处。

进一步的，若干所述可伸缩地质钻均匀排列在同一条所述辐条的同一侧。

根据上述方案的本发明，其特征在于，每一条所述辐条边缘处均设有一个所述可伸缩地质钻，且不同的所述可伸缩地质钻到刀盘圆心的距离不相等。

进一步的，不同的所述可伸缩地质钻到刀盘圆心的距离呈一组等差数列。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述可伸缩地质钻位于腔管内，所述腔管的开口处设有活动板，当所述可伸缩地质钻伸出所述腔管时，所述活动板开启，当所述可伸缩地质钻缩进所述腔管时，所述活动板闭合。

进一步的，所述可伸缩地质钻的钻头呈尖锥状，且钻头处设有螺旋叶。

更进一步的，所述钻头的长度大于两倍所述切削刀的长度。

进一步的，所述可伸缩地质钻包括伸缩杆和旋转基座，所述伸缩杆和所述旋转基座均内置于所述腔管内。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述圆盘主体中心设有中心鱼尾刀，所述辐条上设有先行撕裂刀，所述中心鱼尾刀突出刀盘平面的长度大于所述先行撕裂刀突出刀盘平面的长度。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于：

本发明通过在刀盘上设置可伸缩地质钻，可以有效地将孤石打成蜂窝煤状，破坏了孤石的结构和硬度，利于刀具将其粉碎，从而保护了刀具，减少刀具磨损率，而且解决了无法进行地面作业的孤石处理难题，提高了盾构掘进效率；进一步的，每个辐条配置一个可伸缩地质钻，均衡了刀盘的重心；进一步的，若干个可伸缩地质钻均匀排列，可以更有效地破坏孤石的结构。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明中地质钻的钻头结构示意图。

图3为本发明实施例二的结构示意图。

图4为本发明使用状态一中A的侧面剖视图。

图5为本发明使用状态二中A的侧面剖视图。

在图中，1、圆盘主体；2、辐板；21、滚刀；3、辐条；31、切削刀；32、先行撕裂刀；4、周边刀；5、中心鱼尾刀；6、可伸缩地质钻；61、螺旋叶；62、伸缩杆；63、旋转基座；7、腔管；71、活动板。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，实施例一，一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，包括圆盘主体1、辐板2和辐条3，圆盘主体1圆周边设有周边刀4，用于切削刀盘边缘处的岩土，辐板2上设有滚刀21，用于在岩土上压出圆圈压痕，并产生侧向压力，使岩土不断崩裂，辐条3上设有切削刀31，用于割裂岩土，并将渣土运至渣槽起到切削和装载的作用，辐条3的边缘处设有若干可伸缩地质钻6，可伸缩地质钻6位于同一条辐条3边缘，优选的，8个可伸缩地质钻6在辐条3边缘均匀排列，当刀盘旋转时，可观察到可伸缩地质钻6的运动轨迹为同心圆。

圆盘主体1中心设有中心鱼尾刀5，辐条3上设有先行撕裂刀32，中心鱼尾刀5突出刀盘平面的长度大于先行撕裂刀32突出刀盘平面的长度，保证中心鱼尾刀5先于上述其余刀具（不包括可旋转地质钻）接触岩土，在岩土上为刀盘旋挖前提供一个圆形坑，减少圆盘主体1旋转的阻力。

如图2所示，可伸缩地质钻6的钻头呈尖锥状，钻头的长度大于两倍切削刀31的长度，且钻头处设有螺旋叶61，足够长的钻头可以在孤石上打出较深的孔，有效破坏孤石的结构，而带螺旋叶61的可伸缩地质钻6可以很轻易地钻入孤石，也方便抽离孤石。

如图4、图5所示，可伸缩地质钻6位于腔管7内，腔管7的开口处设有活动板71，当可伸缩地质钻6伸出腔管7时，活动板71呈打开状态，缩进活动板槽内，如图4为使用状态一；当可伸缩地质钻6缩回腔管7时，活动板71从活动板槽内伸出，封住腔管7开口，呈闭合状态，如图5为使用状态二。

可伸缩地质钻6包括伸缩杆62和旋转基座63，伸缩杆62具有三段伸缩功能，且每一段伸缩杆的套管口设有封堵圈（图中未示出），既不影响伸缩杆62伸缩又能防止钻头回缩时将泥土带入伸缩杆62内，旋转基座63后端连接旋转马达，可以提供高转速旋转。

盾构机工作之前，会进行孤石探测，确定好孤石在掘进隧道中的位置和孤石的尺寸，并标记于图纸上。盾构机运行到已知孤石位置时，关闭盾构机的推进装置，盾构机停止前进，同时关闭圆盘主体1的高速旋转马达，圆盘主体1停止自动旋转，再开启可伸缩地质钻6，腔管7口的活动板71打开，可伸缩地质钻6从腔管7内伸出，并高速旋转，钻头在孤石上钻出一排小孔，待伸缩杆62完全伸出之后，开始往回收缩，直到可伸缩地质钻6整个置入腔管7内，并关闭活动板71。

操作人员根据孤石的尺寸手动操作圆盘主体1顺时针或逆时针转动一定角度，让可伸缩地质钻6对准孤石的其他完好的面上，重复上述步骤，再在孤石上钻出若干排小孔，如此类推，每次手动旋转圆盘主体1的转动角度尽可能小，特别是处理距离圆盘主体1圆心较近的孤石，才能保证孤石被均匀地打成蜂窝煤状，彻底破坏孤石的结构及硬度，便于后续刀具的粉碎。

如图3所示，本发明的实施例二，一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，除了可伸缩地质钻6的安装位置有所改变，其余的结构与实施例一相同。具体的，在每一条辐条3边缘处均设有一个可伸缩地质钻6，且不同的可伸缩地质钻6到刀盘圆心的距离不相等，为了在孤石上得到更好地钻孔效果，优选的，不同的可伸缩地质钻6到刀盘圆心的距离呈一组等差数列，当刀盘旋转时，若干可伸缩地质钻的运动轨迹为一组半径为等差数列的同心圆。实施例二采取每个辐条配置一个可伸缩地质钻6的结构设计，相比实施例一，可以更好地均衡整个刀盘的重心，防止刀盘旋转的时候由于重心偏离圆心，导致圆盘主体1变形。

与实施例一不同，本实施例不需要人工操作圆盘主体1进行逆时针或顺时针旋转，只需控制圆盘主体1停止高速旋转模式，进入间歇性转动模式，具体的，当可伸缩地质钻6工作时，圆盘主体1停止不动，当可伸缩地质钻6缩回腔管7内时，圆盘主体1旋转一定角度，然后可伸缩地质钻6又伸出腔管7，并在孤石或岩土的其他方位上继续钻孔。圆盘主体1在间歇性转动模式下转动一周之后，孤石及其周围的岩土均被打成蜂窝煤状。

结合上述实施例，本发明提供一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，不仅解决了无法在地面进行孤石预处理的难题，也提高了盾构掘进的效率，同时保护了刀具，减少刀盘刀具的磨损率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，包括圆盘主体、辐板和辐条，所述圆盘主体周边设有周边刀，所述辐板上设有滚刀，所述辐条上设有切削刀，其特征在于，所述辐条的边缘处设有若干可伸缩地质钻，且当刀盘旋转时，若干所述可伸缩地质钻的运动轨迹为同心圆。

2.根据权利要求1所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，若干所述可伸缩地质钻位于同一条所述辐条边缘处。

3.根据权利要求2所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，若干所述可伸缩地质钻均匀排列在同一条所述辐条的同一侧。

4.根据权利要求1所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，每一条所述辐条边缘处均设有一个所述可伸缩地质钻，且不同的所述可伸缩地质钻到刀盘圆心的距离不相等。

5.根据权利要求4所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，不同的所述可伸缩地质钻到刀盘圆心的距离呈一组等差数列。

6.根据权利要求1～5任一项所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，所述可伸缩地质钻位于腔管内，所述腔管的开口处设有活动板，当所述可伸缩地质钻伸出所述腔管时，所述活动板开启，当所述可伸缩地质钻缩进所述腔管时，所述活动板闭合。

7.根据权利要求6所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，所述可伸缩地质钻的钻头呈尖锥状，且钻头处设有螺旋叶。

8.根据权利要求7所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，所述钻头的长度大于两倍所述切削刀的长度。

9.根据权利要求6所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，所述可伸缩地质钻包括伸缩杆和旋转基座，所述伸缩杆和所述旋转基座均内置于所述腔管内。

10.根据权利要求1所述的带有可伸缩地质钻的盾构机刀盘结构，其特征在于，所述圆盘主体中心设有中心鱼尾刀，所述辐条上设有先行撕裂刀，所述中心鱼尾刀突出刀盘平面的长度大于所述先行撕裂刀突出刀盘平面的长度。

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