CN112647964B - 一种超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置 - Google Patents

Abstract

一种超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，在刀盘中心区域内设置有若干裂解装置和冲洗装置，所述裂解装置包括能沿垂直于刀盘平面方向伸缩的伸缩臂，所述伸缩臂伸出的最大高度高于刀盘平面。通过在伸缩臂可裂解泥饼，并协同冲洗装置的冲洗作用，可有效清除泥饼。

Description

一种超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，具体涉及一种超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置。

背景技术

一般认为直径在12m以上的盾构称为超大直径盾构，这类盾构成型的隧道可实现地铁、汽车同时穿行，得到越来越多的应用。

超大直径盾构的洞内换刀分别常压换刀和带压换刀两种模式，常压换刀技术因其换刀速度快、施工风险低等特点，得到广泛应用。然而常压刀盘刀筒尺寸较大，导致以刀盘中心为圆形，直径为4-5m的区域，称做中心区域的区域内无法开口，出现一个整体的“大平面”，从而为泥饼的形成创造了良好的条件。当盾构刀盘结泥饼时，刀盘上的刀具会逐渐被泥饼糊住，导致切削地层时刀具贯入度降低，此时若继续掘进，刀盘在开挖面上摩擦，发生类似“黏土烧陶”的物理化学作用，使盾构刀盘彻底失去掘削功能，对设备安全造成极大威胁。

为防止刀盘结泥饼，现有的超大直径盾构刀盘一般设置有冲洗装置，但仅靠冲洗清除泥饼的效果还有待提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种更有效的超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，本发明提供的超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置包括有裂解装置，可在泥饼形成初期就对泥饼进行破坏，通过裂解装置和冲洗装置协同作用，对形成的泥饼进行清除。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

提供了一种超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，在刀盘中心区域内设置有若干裂解装置和冲洗装置，所述裂解装置包括能沿垂直于刀盘平面方向伸缩的伸缩臂，所述伸缩臂伸出的最大高度高于刀盘平面。

通过在伸缩臂可裂解泥饼，并协同冲洗装置的冲洗作用，可有效清除泥饼。

进一步，所述裂解装置均匀分布在刀盘中心区域上，至多每1600cm²的正方形区域内就安装有一个裂解装置，所述冲洗装置包括喷头，所述喷头安装在裂解装置周边。

将刀盘中心区域分成若干个小区，区域最大边长尺寸不超过40cm，从而实现打破刀盘易结饼区域内的“大平面”。

在刀盘中心区域均匀安装了裂解装置，使刀盘中心区域均能通过伸缩装置对泥饼进行裂解。裂解装置周边安装有喷嘴，可以实现对裂解装置和泥饼的定时冲刷，防止渣土在裂解装置和裂解装置之间的区域板结。

进一步，所述冲洗装置包含喷头，所述喷头与水冲洗系统和/或泥浆冲洗系统相连连通。

可以采用水和/或泥浆进行冲洗，适用于泥水盾构和非泥水盾构的方式，提高了本发明的超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置的适应性。当用于泥水盾构时，采用循环泥浆作冲洗液，对泥浆性能基本不产生影响，且泥浆中含的泥土颗粒产生的摩擦还能改善冲洗效果。

进一步，所述喷头喷口设置有格栅。

可过滤掉切削下来的大石块对系统的损伤。

进一步，所述裂解装置安装在所述刀盘上开设的下沉孔内，所述裂解装置包括筒体、伸缩臂、伸缩驱动装置，所述筒体一端固定安装在所述下沉孔内，另一端设置有限位卡口，所述伸缩臂一端安装在所述筒体内，端面上设置有限位卡块，所述限位卡块与筒体内壁可滑动连接，伸缩臂本体与筒体限位卡口密封可滑动连接，所述伸缩驱动装置安装在筒体内，与限位卡块相接触，驱动伸缩臂伸缩。

进一步，所述伸缩驱动装置为弹簧。所述下沉孔深度为35cm-50cm，筒体长度为28cm-40cm，伸缩臂本体长18cm-30cm，弹簧的丝径大于10mm，中径大于150mm，行程为10cm-20cm。

进一步，所述限位卡块与筒体密封可滑动连接，所述伸缩驱动装置还包括与筒体连通的介质管道。

裂解装置利用刀盘与掌子面接触压力，配合弹簧实现伸缩臂的伸缩功能，结构简单且节能环保；同时设置了管道，可辅以液体或气体介质驱动伸缩臂，在泥浆较粘稠时，增大驱动力。通过管道可以向筒体中通入液体或气体作为介质，推动限位卡块，从而驱动伸缩臂伸长。

进一步，所述筒体和限位卡块横截面为方形。

方形的筒体使裂解装置在随着刀盘转动过程中，伸缩臂和筒体之间不会发生相对转动，可以使得伸缩臂随刀盘实现正转或反转，同时可以传递刀盘的转矩，便于对掌子面渣土的搅拌。

进一步，所述伸缩臂端部设置有顶托，所述顶托上设置有耐磨层。

耐磨层可以提高装置的耐磨性，从而延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明裂解装置剖面图；

图3为本发明冲洗装置结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1刀盘，2裂解装置，21筒体，22伸缩臂，23伸缩驱动装置，25介质管道，26顶托，27限位卡块，28限位卡口，3冲洗装置，31喷头，32总管道，33止回阀，34第一管道，35第二管道，36第一阀门，37第二阀门，38高压水泵，39隧道供水系统，40泥浆循环系统，401渣浆泵，402采石箱，403排浆泵，404泥水处理厂，405进浆泵，406排浆口，407进浆口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，在刀盘1中心区域内设置有若干裂解装置2和冲洗装置3，所述裂解装置2均匀分布在刀盘1中心区域上，至多每1600cm²的正方形区域内就安装有一个裂解装置2。裂解装置2在刀盘1上的分布见图1，图中仅显示了局部区域的裂解装置2。所述裂解装置2包括能沿垂直于刀盘1平面方向伸缩的伸缩臂22，所述伸缩臂22伸出的最大高度高于刀盘1平面，优选的，所述伸缩臂22伸出的最大高度高于刀盘1平面3cm-5cm。

冲洗装置3包括喷头31，所述喷头31安装在所述裂解装置2的周边，喷头31个数可根据实际需要确定，优选在裂解装置2周边设置3-6个喷头31。优选地，所述喷头31喷口设置有格栅。

单个喷头31与水冲洗系统或/和泥浆冲洗系统连通。单个喷头31可以只与水冲洗系统连通，或只与泥浆冲洗系统连通，优选地，与水冲洗系统和泥浆冲洗系统连通，当同时与水冲洗系统和泥浆冲洗系统连通时，水冲洗系统和泥浆冲洗系统并联连接。水冲洗系统的结构与连接方式采用本技术领域的常规技术手段。泥浆冲洗系统则与盾构系统的泥浆循环系统40相结合。图3显示了一种喷头31与水冲洗系统和泥浆冲洗系统的连接方式。喷头31与一根总管道32连通，所述总管道32上设置有止回阀33，与所述总管道32连通且并联设置的第一管道34和第二管道35，所述第一管道34和第二管道35上分别设置有第一阀门36和第二阀门37，所述第一管道34与高压水泵38连接，所述高压水泵38与隧道供水系统39连接。所述第二管道35与泥浆循环系统40连接。所述总管道32优选硬质管材，更优选铜管。所述第一管道34和第二管道35优选软管，使其安装更方便，也更节省空间。第一阀门36和第二阀门37优选球形阀门。第二管道35与泥浆循环系统40连接，所述泥浆循环系统40包括依次连接的进浆口407，采石箱402，排浆泵403，泥水处理厂404，进浆泵405和排浆口406，采石箱402还与渣浆泵401连通。所述第二管道35与泥浆循环系统40的渣浆泵401连通。

在刀盘1上开设有下沉孔，将所述裂解装置2安装在所述下沉孔内。只要能使伸缩臂22沿垂直于刀盘1的方向伸缩的装置就可以应用到本发明的技术方案中，用做裂解装置2。在一个优选的实施例中，所述裂解装置2包括筒体21、伸缩臂22、伸缩驱动装置23，所述筒体21筒口设置有限位卡口28，所述伸缩臂22一端安装在所述筒体21内，所述伸缩臂22位于筒体21内一端的端面上设置有限位卡块27，所述限位卡块27与筒体1内壁可滑动连接，伸缩臂22本体与筒体21限位卡口27密封可滑动连接，所述密封通过在限位卡口28上设置密封件实现。所述伸缩驱动装置23安装在筒体21内，能驱动伸缩臂22伸缩。

所述伸缩驱动装置2只要能驱动伸缩臂22在直线方向进行前后运动即可，可以将筒体21和限位卡块27设计成油缸或气缸结构。为了简化结构，降低设备的制造成本和使用成本，优选地，所述伸缩驱动装置23为弹簧。弹簧的型号根据实际情况选择。

下沉孔和裂解装置2的各零部件的尺寸根据具体的超大直径盾构常压刀盘进行调整，在一个优选的实施例中，所述下沉孔深度为35cm-50cm，筒体21长度为28cm-40cm，伸缩臂22本体长18cm-30cm，弹簧的丝径大于10mm，中径大于150mm，行程为10cm-20cm。在一个优选的实施例中，下沉孔深度为35cm，筒体21长度为28cm，伸缩臂22本体长18cm，弹簧的丝径15mm，中径180mm，行程为20cm。

在一个优选的实施例中，所述限位卡块27与筒体21密封可滑动连接，所述伸缩驱动装置23还包括与筒体21连通的介质管道25。所述限位卡块27与所述筒体21内壁密封可滑动连接，在安装有弹簧的筒体21上设置有介质管道25，通过介质管道25可向筒体21内注入液压液体或气体做介质，向限位卡块27施力，驱动伸缩臂22的伸展，将介质抽出后，限位卡块27在弹簧拉力作用下，伸缩臂22缩回。

所述筒体21优选异型筒体，更优选横截面为方型的筒体21，伸缩臂22的限位卡块27与筒体21相匹配。

所述伸缩臂22端部设置有顶托26，所述顶托26表面上设置有耐磨层，耐磨层采用现有材料，通过现有技术将所述耐磨层设置在顶托26上，在一个优选的实施例中，耐磨层选用耐磨钢材，并通过焊接方式将其覆盖在顶托26表面。顶托26的形状没有严格要求，其截面可以为半圆形、圆形、蘑菇型，优选蘑菇型。

工作原理：

当盾构机进行正常掘进行时，刀盘1转动，顶托26受渣土的施加的瞬时变化的压力，引起伸缩臂22不停伸缩，在伸缩过程中，对泥块进行裂解，从而避免了大块泥土板结，刀盘1中心区域无法形成泥饼。非正常大推力掘进时，渣土会将伸缩臂22全部压缩，若在刀盘2中心区域形成泥饼后，可以将刀盘1整体回缩，此时裂解装置2的伸缩臂22会将泥饼裂解。若弹簧弹力不足以使伸缩臂22伸缩时，则向筒体21内注入或输出介质，通过介质推动限位卡块27，使伸缩臂22伸长，抽出介质后，伸缩臂22在弹簧拉力作用下缩回。冲洗装置3定时对裂解装置2进行冲洗，清理顶托26后部的泥土。当进行泥水盾构时，将循环的泥浆作为冲洗液，对伸缩臂22及刀盘1进行冲洗，泥浆循环系统40的渣浆泵401与喷头31连接，泥浆中的泥土颗粒产生的摩擦作用会产生更优异的冲洗效果。当进行非泥水盾构时，则采用水进行冲洗。通过控制第一阀门36和第二阀门37的开合，则可以切换冲洗液。

当以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (7)

1.一种超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，其特征在于，在刀盘(1)中心区域内设置有若干裂解装置(2)和冲洗装置(3)，所述裂解装置(2)包括能沿垂直于刀盘(1)平面方向伸缩的伸缩臂(22)，所述伸缩臂(22)伸出的最大高度高于刀盘(1)平面；

所述裂解装置(2)安装在所述刀盘(1)上开设的下沉孔内，所述裂解装置(2)包括筒体(21)、伸缩臂(22)、伸缩驱动装置(23)，所述筒体(21)一端固定安装在所述下沉孔内，另一端设置有限位卡口(28)，所述伸缩臂(22)一端安装在所述筒体(21)内，端面上设置有限位卡块(27)，所述限位卡块(27)与筒体(21)内壁可滑动连接，伸缩臂(22)本体与限位卡口(28)密封可滑动连接，所述伸缩驱动装置(23)安装在筒体(21)内，能驱动伸缩臂(22)伸缩；

所述限位卡块(27)与筒体(21)密封可滑动连接，所述伸缩驱动装置(23)还包括与筒体(21)连通的介质管道(25)；

所述伸缩臂(22)远离刀盘(1)的端部设置有顶托(26)，所述顶托(26)表面上设置有耐磨层。

2.根据权利要求1所述超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，其特征在于，所述裂解装置(2)均匀分布在刀盘(1)中心区域上，至多每1600cm²的正方形区域内就安装有一个裂解装置(2)，所述冲洗装置(3)包括喷头(31)，所述喷头(31)安装在裂解装置(2)周边。

3.根据权利要求2所述超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，其特征在于，所述冲洗装置(3)包含喷头(31)，所述喷头(31)与水冲洗系统和/或泥浆冲洗系统相连通。

4.根据权利要求2所述超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，其特征在于，所述喷头(31)喷口设置有格栅。

5.根据权利要求1所述的超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，其特征在于，所述伸缩驱动装置(23)为弹簧。

6.根据权利要求1所述超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，其特征在于，所述下沉孔深度为35cm-50cm，筒体(21)长度为28cm-40cm，伸缩臂(22)本体长18cm-30cm，弹簧的丝径大于10mm，中径大于150mm，行程为10cm-20cm。

7.根据权利要求1-4任一项所述的超大直径盾构常压刀盘泥饼清除装置，其特征在于，所述筒体(21)和限位卡块(27)横截面为方型。

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