CN207229109U - 一种用于软硬不均地层的大直径盾构刀盘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，包括大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘，辐条、面板、滚刀、切刀、先行刀、中心刀、搅拌棒、减速器、液压马达、动力传送装置、护盾和螺旋出土装置；所述的盾构的前端刀盘为9个刀盘呈空间交错结构分布形成，包括大刀盘、中型刀盘、小型刀盘，共计分为四阶刀盘；所述的包括四阶刀盘包括第一阶刀盘、第二阶刀盘、第三阶刀盘和第四阶刀盘。本实用新型采用多层刀盘空间交错分布，各刀盘可以实现单独控制，进而提高超大直径盾构在软硬不均地层施工中的开挖效率、精度和稳定性。避免使用大直径主轴轴承，降低制造难度和运输成本；采用多层刀盘，降低各部分载荷，延长刀盘相关部件的使用寿命。

Description

一种用于软硬不均地层的大直径盾构刀盘系统

技术领域

本实用新型涉及隧道专用工程设备技术领域，具体为一种用于软硬不均地层的大直径盾构机刀盘系统。

背景技术

盾构掘进机是应用于隧道开挖的大型施工设备，具有开挖速度快、质优环保、经济省力、安全可靠等优点，已广泛用于地铁公路、市政水电隧道工程。其中刀盘是盾构开挖施工的重要部件，主要功能是切削土层土体，对掘削面起到一定的支撑作用；因此刀盘结构的设计合理性直接影响隧道施工质量和盾构机使用寿命。

随着大直径城际铁路、过江隧道等项目规模的加大，超大直径盾构的市场需求开始增长。由于施工土质地层的复杂性，特别施工地段基岩隆起、孤石等软硬不均性，导致大直径隧道的施工难度变大，这就对超大直径盾构刀盘的结构设计和性能提出了非常高的要求。而现有的超大直径盾构刀盘大多存在以下问题：施工遇到土质软硬不均地层时，特别是局部出现孤石或基岩隆起地段，使得大直径盾构刀盘受力不均而出现“偏载”的现象，导致盾构整机在推进过程产生震动，严重影响盾构开挖精度；且对于大直径主轴承，加工制造难度大、运输成本高，安装维修不便；同时刀盘主轴系统承受负载大，导致相关零部件寿命降低。

因此，提供一种能够解决超大直径盾构在软硬不均地层中存在的刀盘受力不均而导致“偏载”的现象、盾构整机工作稳定性差以及大直径主轴承加工制造难度大的问题的盾构机系统，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中超大直径盾构在软硬不均地层中存在的刀盘受力不均而导致“偏载”的现象、盾构整机工作稳定性差以及大直径主轴承加工制造难度大的问题，本实用新型提出了一种采用多层刀盘空间交错分布，各刀盘可以实现单独控制，进而提高超大直径盾构在软硬不均地层施工中的开挖效率、精度和稳定性。避免使用大直径主轴轴承，降低制造难度和运输成本；采用多层刀盘，降低各部分载荷，延长刀盘相关部件的使用寿命的用于软硬不均地层的大直径盾构刀盘系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，包括大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘，辐条、面板、滚刀、切刀、先行刀、中心刀、搅拌棒、减速器、液压马达、动力传送装置、护盾和螺旋出土装置；所述的盾构的前端刀盘为9个刀盘呈空间交错结构分布形成，包括大刀盘、中型刀盘、小型刀盘，共计分为四阶刀盘；所述的四阶刀盘包括第一阶刀盘、第二阶刀盘、第三阶刀盘和第四阶刀盘；9个刀盘为不同型号的刀盘，且均具有独立的驱动系统，可实现单独控制。

所述的第一阶刀盘是中型刀盘，包括中型刀盘1个，位于盾构刀盘结构中心位置；第二阶刀盘是小型刀盘，所述的小型刀盘4个，沿刀盘结构圆周方向均匀分布；第三阶刀盘是大型刀盘，所述大型刀盘为2个，分别位于开挖轴线上下方且对称安装；第四阶刀盘是大型刀盘，所述大型刀盘为2个，分别位于开挖轴线左右方且对称安装。

所述的第一阶刀盘采用6根辐条，且在所述辐条上安装有一阶先行刀和一阶切刀，所述一阶刀盘的中心位置装有一阶鱼尾刀，所述一阶刀盘的端面背部安装一阶液压马达作为驱动刀盘转动的动力装置，所述一阶液压马达的主轴通过联接件与一阶减速器连接，所述一阶减速器的输出轴连接一阶动力传送装置，所述一阶动力传送装置与刀盘固定连接；所述一阶刀盘的背部端面设置有平行于刀盘轴线的一阶搅拌棒，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为一阶螺旋输送机。

所述的第二阶刀盘有两种，包括位于整个刀盘系统上部的第一辐条式刀盘和下部的第二面板式刀盘。

所述第一辐条式刀盘采用6根辐条，且在所述辐条上安装有二阶先行刀和二阶切刀，所述二阶先行刀通过焊接的方式与辐条固定接连。

所述第一面板式刀盘采用4个刀梁，且在所述刀梁上安装有二阶滚刀和二阶切刀；所述二阶刀盘中心位置装有二阶鱼尾刀，所述二阶刀盘的背部端面安装二阶液压马达作为驱动刀盘转动的动力装置，此二阶液压马达的主轴通过联接件与二阶减速器连接，所述二阶减速器的输出轴连接二阶动力传送装置，所述二阶动力传送装置与刀盘固定连接；所述二阶刀盘的背部端面设置有平行于刀盘轴线的二阶搅拌棒，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为二阶螺旋输送机。

所述的第三阶刀盘有两种，包括位于整个刀盘系统上部的第二辐条式刀盘和位于下部的第二面板式刀盘。

所述第二辐条式刀盘采用6个辐条，且在所述辐条上安装有三阶先行刀和二阶切刀，所述三阶先行刀通过焊接的方式与辐条固定接连。

所述的第二面板式刀盘采用4个刀梁，且在所述刀梁上安装有三阶滚刀和三阶切刀，所述三阶刀盘中心位置装有三阶鱼尾刀，所述三阶刀盘的背部端面安装三阶液压马达作为驱动刀盘转动的动力装置，此三阶液压马达主轴通过联接件与三阶减速器连接，所述三阶减速器的输出轴连接三阶动力传送装置，所述三阶动力传送装置与刀盘固定连接；所述三阶刀盘背部端面设置有平行于刀盘轴线的三阶搅拌棒，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为三层螺旋输送机。

所述的第四阶刀盘的面板采用6根辐条，且在所述辐条上安装有四阶先行刀和四阶切刀，所述的四阶刀盘中心位置装有四阶鱼尾刀，所述四阶刀盘的端面背部安装四阶液压马达作为驱动刀盘转动的动力装置，此四阶液压马达主轴通过联接件与四阶减速器连接，所述四阶减速器的输出轴连接四阶动力传送装置，所述四阶动力传送装置与刀盘固定连接；所述四阶刀盘端面的背部设置有平行于刀盘轴线的四阶搅拌棒，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为四阶螺旋输送机。

积极有益效果：1、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘系统，由多个刀盘呈空间交错结构，有效解决了整体式大直径刀盘开挖软硬不均地层时，受力不均导致刀盘“偏载”现象和整机推进稳定性差的问题，多层刀盘共同推进，有效地改善刀盘工作环境，提高超大直径盾构机在软硬不均地层的适应性和稳定性；2、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘系统，不再使用大直径主轴承，降低了主轴承的加工制造难度，减小运输和维修成本；3、多个刀盘共同受力，减小各主轴部件的载荷，延长了相关零部件的使用寿命；4、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘，各刀盘不在同一个平面，整体呈阶梯式排列，增加了岩土临空面，有利于岩土分级开挖，减小刀具磨损，提高开挖速率；5、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘，各刀盘可实现单独控制，能够根据各刀盘切削地层情况实时调整各自推进速度和压力，保证整体同步推进，提高隧道施工精度；6、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘，掘进过程遇到局部孤石或基岩隆起地段，只需更换基岩凸起高度范围内刀盘的刀具，即可实现快速破岩。操作方便，节省成本。

附图说明 图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2 为本实用新型的刀盘结构示意图；

图3为本实用新型在软土地层中推进结构示意图；

图4为本实用新型在软硬不均土地层中推进结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步的说明：

如图1、图2所示，一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统包括大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘，辐条、面板、滚刀、切刀、先行刀、中心刀、搅拌棒、减速器、液压马达、动力传送装置、护盾、螺旋出土装置。其特征在于盾构前端刀盘结构由9个刀盘呈空间交错结构分布，包括大刀盘、中型刀盘、小型刀盘。刀盘结构第一阶是中型刀盘，所述中型刀盘1个，位于盾构刀盘结构中心位置；刀盘结构第二阶是小型刀盘，所述小型刀盘4个，沿刀盘结构圆周方向均匀分布；刀盘结构第三阶是大型刀盘，所述大型刀盘为2个，分别位于开挖轴线上下方且对称安装；刀盘结构第四阶是大型刀盘，所述大型刀盘为2个，分别位于开挖轴线左右方且对称安装。9个不同型号的刀盘均有独立的驱动系统，可实现单独控制。

本实用新型采用四阶刀盘组合形式，其中第一阶刀盘10采用6根辐条51，且在所述辐条51上安装有一阶先行刀53和一阶切刀52，所述第一阶刀盘10中心位置装有一阶鱼尾刀8，所述一阶刀盘10端面背部安装一阶液压马达12作为驱动刀盘转动的动力装置，所述一阶液压马达12主轴通过联接件与一阶减速器9连接，所述一阶减速器9的输出轴连接一阶动力传送装置7，所述一阶动力传送装置7与刀盘固定连接。所述一阶刀盘10的背部端面设置有平行于刀盘轴线的一阶搅拌棒6，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为一阶螺旋输送机11。

所述的第二阶刀盘有两种，包括位于整个刀盘系统上部的第一辐条式刀盘2和下部的第二面板式刀盘13。所述辐条式刀盘2采用6根辐条38，且在所述辐条38上安装有二阶先行刀37和二阶切刀36，中心位置装有二阶鱼尾刀54，所述二阶先行刀37通过焊接的方式与辐条38固定接连。所述面板式刀盘13采用4个刀梁43，且在所述刀梁43上安装有二阶滚刀42和二阶切刀44，中心位置装有二阶中心滚刀14。所述二阶刀盘背部端面安装二阶液压马达32作为驱动刀盘转动的动力装置，此二阶液压马达32主轴通过联接件与二阶减速器3连接，所述二阶减速器3的输出轴连接二阶动力传送装置4，所述二阶动力传送装置4与刀盘固定连接。所述二阶刀盘背部端面设置有平行于刀盘轴线的二阶搅拌棒13，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为二阶螺旋输送机15。

所述的第三阶刀盘有两种，包括位于整个刀盘系统上部的第二辐条式刀盘30和位于下部的第二面板式刀盘50。所述辐条式刀盘30采用6根辐条35，且在所述辐条35上安装有三阶先行刀33和三阶切刀34，中心位置装有三阶鱼尾刀31，所述三阶先行刀33通过焊接的方式与辐条35固定接连。所述面板式刀盘50采用4个刀梁49，且在所述刀梁49上安装有三阶滚刀47和三阶切刀48，中心位置装有中心滚刀501。所述三阶刀盘背部端面安装三阶液压马达26作为驱动刀盘转动的动力装置，此三阶液压马达26主轴通过联接件与三阶减速器连接27，所述三阶减速器27的输出轴连接三阶动力传送装置29，所述三阶动力传送装置29与刀盘固定连接。所述三阶刀盘背部端面设置有平行于刀盘轴线的三阶搅拌棒28，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为三层螺旋输送机16。

所述的第四阶刀盘采用6根辐条41，且在所述辐条41上安装有四阶先行刀40和四阶切刀39，所述四阶刀盘中心位置装有四阶鱼尾刀18，所述四阶刀盘背部端面安装四阶液压马达23作为驱动刀盘转动的动力装置，此四阶液压马达23主轴通过联接件与四阶减速器22连接，所述四阶减速器22的输出轴连接四阶动力传送装置24，所述四阶动力传送装置24与刀盘固定连接。所述四阶刀盘背部端面设置有平行于刀盘轴线的四阶搅拌棒25，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为四阶螺旋输送机20。

所述各阶搅拌棒对通过刀盘开口进入土仓的破碎泥土进行搅拌，使得添加塑流化改性材料与土仓内的渣土充分接触，更有效的改善土仓内切削土体的塑流性，既可实现平衡水土压力，又能保证顺畅排土。所述各阶螺旋输送机使得土体在内向外排出的过程中形成密封土塞，保持徒仓内压力的稳定，调整输送机速度控制土仓内压力实现土压动态平衡。

本实用新型的大直径盾构刀盘系统施工时，当开挖地段为软土地层时，如图3所示，各阶刀盘在护盾的保护下进行土体开挖、出渣排运、向前推进，且各刀盘工作时互不干涉。当掘进地层为软硬不均时，如图4所示，特别是遇到局部出现孤石或基岩隆起地段时，刀盘系统下部的面板式刀盘滚刀有效对硬质地层进行破岩，此刀盘系统只需更换基岩凸起高度范围内刀盘的刀具，即可实现快速破岩，克服了大直径整块刀盘在软硬不均地层受力不均，推进稳定性差的问题，提高了施工精度，有效地改善刀盘工作环境。

本实用新型具有如下优点：1、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘系统，由多个刀盘呈空间交错结构，有效解决了整体式大直径刀盘开挖软硬不均地层时，受力不均导致刀盘“偏载”现象和整机推进稳定性差的问题，多层刀盘共同推进，有效地改善刀盘工作环境，提高超大直径盾构机在软硬不均地层的适应性和稳定性；2、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘系统，不再使用大直径主轴承，降低了主轴承的加工制造难度，减小运输和维修成本；3、多个刀盘共同受力，减小各主轴部件的载荷，延长了相关零部件的使用寿命；4、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘，各刀盘不在同一个平面，整体呈阶梯式排列，增加了岩土临空面，有利于岩土分级开挖，减小刀具磨损，提高开挖速率；5、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘，各刀盘可实现单独控制，能够根据各刀盘切削地层情况实时调整各自推进速度和压力，保证整体同步推进，提高隧道施工精度；6、本实用新型的用于软硬不均地层超大直径的盾构刀盘，掘进过程遇到局部孤石或基岩隆起地段，只需更换基岩凸起高度范围内刀盘的刀具，即可实现快速破岩。操作方便，节省成本。

以上实施方式仅用于说明本实用新型的优选实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：包括大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘，辐条、面板、滚刀、切刀、先行刀、中心刀、搅拌棒、减速器、液压马达、动力传送装置、护盾和螺旋出土装置；所述的盾构的前端刀盘为9个刀盘呈空间交错结构分布形成，包括大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘，共计分为四阶刀盘；所述的四阶刀盘包括第一阶刀盘、第二阶刀盘、第三阶刀盘和第四阶刀盘；9个刀盘为不同型号的刀盘，且均具有独立的驱动系统，可实现单独控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：所述的第一阶刀盘是中型刀盘，包括中型刀盘1个，位于盾构刀盘结构中心位置；第二阶刀盘是小型刀盘，所述的小型刀盘4个，沿刀盘结构圆周方向均匀分布；第三阶刀盘是大型刀盘，所述大型刀盘为2个，分别位于开挖轴线的上下方且对称安装；第四阶刀盘是大型刀盘，所述大型刀盘为2个，分别位于开挖轴线的左右方且对称安装。

3.根据权利要求1所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：所述的第一阶刀盘采用6根辐条，且在所述辐条上安装有一阶先行刀和一阶切刀，所述一阶刀盘的中心位置装有一阶鱼尾刀，所述一阶刀盘的端面背部安装一阶液压马达作为驱动刀盘转动的动力装置，所述一阶液压马达的主轴通过联接件与一阶减速器连接，所述一阶减速器的输出轴连接一阶动力传送装置，所述一阶动力传送装置与刀盘固定连接；所述一阶刀盘的背部端面设置有平行于刀盘轴线的一阶搅拌棒，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为一阶螺旋输送机。

4.根据权利要求1所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：所述的第二阶刀盘有两种，包括位于整个刀盘系统上部的第一辐条式刀盘和下部的第二面板式刀盘。

5.根据权利要求4所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：所述第一辐条式刀盘采用6根辐条，且在所述辐条上安装有二阶先行刀和二阶切刀，所述二阶先行刀通过焊接的方式与辐条固定接连。

6.根据权利要求4所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：第一面板式刀盘采用4个刀梁，且在所述刀梁上安装有二阶滚刀和二阶切刀；所述二阶刀盘中心位置装有二阶鱼尾刀，所述二阶刀盘的背部端面安装二阶液压马达作为驱动刀盘转动的动力装置，此二阶液压马达的主轴通过联接件与二阶减速器连接，所述二阶减速器的输出轴连接二阶动力传送装置，所述二阶动力传送装置与刀盘固定连接；所述二阶刀盘的背部端面设置有平行于刀盘轴线的二阶搅拌棒，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为二阶螺旋输送机。

7.根据权利要求1所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：所述的第三阶刀盘有两种，包括位于整个刀盘系统上部的第二辐条式刀盘和位于下部的第二面板式刀盘。

8.根据权利要求7所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：所述第二辐条式刀盘采用6个辐条，且在所述辐条上安装有三阶先行刀和三阶切刀，所述三阶先行刀通过焊接的方式与辐条固定接连。

9.根据权利要求7所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：所述的第二面板式刀盘采用4个刀梁，且在所述刀梁上安装有三阶滚刀和三阶切刀，所述三阶刀盘中心位置装有三阶鱼尾刀，所述三阶刀盘的背部端面安装三阶液压马达作为驱动刀盘转动的动力装置，此三阶液压马达主轴通过联接件与三阶减速器连接，所述三阶减速器的输出轴连接三阶动力传送装置，所述三阶动力传送装置与刀盘固定连接；所述三阶刀盘背部端面设置有平行于刀盘轴线的三阶搅拌棒，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为三层螺旋输送机。

10.根据权利要求1所述的一种用于软硬不均地层大直径的盾构刀盘系统，其特征在于：所述的第四阶刀盘的面板采用6根辐条，且在所述辐条上安装有四阶先行刀和四阶切刀，所述的四阶刀盘中心位置装有四阶鱼尾刀，所述四阶刀盘的端面背部安装四阶液压马达作为驱动刀盘转动的动力装置，此四阶液压马达主轴通过联接件与四阶减速器连接，所述四阶减速器的输出轴连接四阶动力传送装置，所述四阶动力传送装置与刀盘固定连接；所述四阶刀盘端面的背部设置有平行于刀盘轴线的四阶搅拌棒，刀盘腔内设有渣土输送装置，所述渣土输送装置为四阶螺旋输送机。