CN209838415U - 一种盾构机刀盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盾构机刀盘，属于土建施工技术领域，解决现有盾构施工技术中大块径建筑垃圾或孤石进入土仓，螺旋机无法排出，造成土仓内大块径居多无法正常掘进或大块径卡死刀盘的问题。上述盾构机刀盘包括至少3个辐条、加强横梁和挡块；加强横梁设置在相邻辐条之间，挡块设置在加强横梁上；辐条的中心轴线上设置多把先行刀，多把先行刀的高度不完全相同；辐条的两侧边设置多个刮刀。上述盾构机刀盘可用于隧道中的盾构法施工。

Description

一种盾构机刀盘

技术领域

本实用新型涉及土建施工技术领域，尤其涉及一种盾构机刀盘。

背景技术

随着轨道交通建设的高速发展，盾构法施工在区间隧道中的使用日益广泛，地质勘探及补勘资料均不能全面真实的反映出盾构掘进范围内的地质情况，给盾构施工带来了一定的风险和难度；尤其是对于垃圾坑地层，垃圾坑地层渣土主要以建筑混凝土块，孤石，砖块为主，存在架空情况，尤其是一些块径大于1m且强度大于60MPa的大块孤石，现有的盾构机存在如下问题：大块孤石进入盾构机的土仓后无法从螺旋机排出，造成土仓内大块径孤石或建筑块居多无法正常掘进；同时，刀盘的主掘进面和刀盘上的刀具位于同一平面上，在盾构机掘进的过程中，刀盘和刀具同时直接承受土层整体的磨削力作用，导致刀盘的主受力面和刀具承受较大应力、磨损严重，降低刀盘和刀具的使用寿命；在架空状态下的垃圾坑地层中包裹着建筑垃圾、生活垃圾、孤石等，刀具高差较小，易出现在未切削至土层时刀盘面板已经与地层中建筑块或孤石接触摩擦，极易造成刀盘磨损。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种盾构机刀盘，解决现有如下问题：

(1)大块径建筑块进入土仓，螺旋机无法排出，造成土仓内大块径建筑块或孤石居多，无法正常掘进；

(2)刀盘的主掘进面和刀盘上的刀具位于同一平面上，在盾构机掘进的过程中，刀盘和刀具同时直接承受土层整体的磨削力作用，导致刀盘的主受力面和刀具承受较大应力、磨损严重、刀盘使用寿命低的问题。

(3)在架空状态下的垃圾坑地层中包裹着建筑垃圾、生活垃圾、孤石等，刀具高差较小，易出现在未切削至土层时刀盘面板已经与地层中建筑块或孤石接触摩擦，极易造成刀盘磨损。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种盾构机刀盘，包括至少3个辐条、加强横梁和挡块；加强横梁设置在相邻辐条之间，挡块设置在加强横梁上；辐条的中心轴线上设置多把先行刀，多把先行刀的高度不完全相同；辐条的两侧边设置多个刮刀。

在一种可能的设计中，两个相邻辐条之间的刀盘外圈上设置外周保径刀。

在一种可能的设计中，相邻辐条上的先行刀距刀盘中心的距离不完全相同。

在一种可能的设计中，辐条与刀盘外圈连接处设置边刮刀；边刮刀具有向刀盘中心方向倾斜的斜面。

在一种可能的设计中，盾构机刀盘的中心位置设置中心鱼尾刀，中心鱼尾刀包括中心先行刀和圆形刀。

在一种可能的设计中，先行刀的高度大于刮刀的高度。

在一种可能的设计中，先行刀的最大高度差为35mm。

在一种可能的设计中，先行刀、刮刀、边刮刀和外周保径刀均包括刀体和刀刃，刀刃两端设置保护挡块。

在一种可能的设计中，保护挡块的材料为硬质合金。

在一种可能的设计中，辐条的个数为6个，刀盘开口率为50％。

与现有技术相比，本实用新型至少有如下有益效果之一：

a)本实用新型提供的盾构机刀盘，通过在辐条式盾构机刀盘辐条的加强横梁上设置挡块，将刀盘开口率降至50％，可在保证刀盘排渣性的前提下限制大体积、大粒径的混凝土块等建筑垃圾进入土仓，避免土仓内大块径建筑块或孤石居多，无法正常掘进。

b)本实用新型提供的盾构机刀盘，通过配置不同高度的刀具，保证贯入度，避免出现刀盘在未切削至土层时刀盘面板已经与地层中建筑块或孤石接触摩擦，造成刀盘磨损的情况；同时提高切削速率，将石块粉碎的更加彻底，同时分散刀盘和刀具承受的应力，减少刀盘和刀具的磨损，提高刀盘和刀具的使用寿命。

c)本实用新型提供的盾构机刀盘，通过在刀盘外圈设置高出刀盘2cm的外周保径刀，防止对刀盘的磨损，提高刀盘使用寿命。

d)本实用新型提供的盾构机刀盘，选用强度高，硬度高，耐磨性好的刀具，保证能切削高强度垃圾块；同时在刀刃两侧增焊保护挡块，保护挡块的材料为硬质合金，防止建筑垃圾对刀刃的冲击磕碰，提高刀具寿命。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型提供的盾构机刀盘的结构示意图；

图2为先行刀示意图；

图3为外周保径刀示意图；

图4(a)为刮刀的俯视图；图4(b)为刮刀的主视图；

图5(a)为边刮刀的俯视图；图5(b)为边刮刀的主视图；

图6为中心鱼尾刀的主视图；

图7为中心鱼尾刀的俯视图；

附图标记：

1-刀刃；2-保护挡块；3-刀体；4-刮刀；5-外周保径刀；6-边刮刀；7-先行刀；8-挡块；9-第一辐条；10-中心先行刀；11-圆形刀。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。

实施例一

本实施例为保证盾构机安全、顺利的穿越深厚垃圾坑地层，需对地层进行详细的了解，明确地层普遍回填物的强度、一般粒径、最大粒径、比例及钢筋含量等参数；针对特殊地层，选择盾构机的类型，刀盘及配置刀具，保证盾构机穿越垃圾坑地层时能正常推进，并保证地表沉降满足设计要求，最后安全、顺利的完成穿越。

本实施例中的地层普遍回填物的强度大于50MPa小于60MPa，且存在架空状态，粒径50-80cm左右的混凝土块、石块等的含量为50％，粒径80-100cm左右的混凝土块、石块等的含量为40％，存在少量钢筋。

本实施例提供了一种盾构机刀盘，参见图1至图6，刀盘包括至少3个(例如：6个)辐条；每相邻两个辐条之间设置加强横梁以加强刀盘的强度；加强横梁上设置挡块8，这样可以将刀盘开口率控制为50％，可以在保证刀盘排渣性的前提下限制大体积、大粒径的混凝土块等建筑垃圾进入土仓，避免大块径建筑块进入土仓，螺旋机无法排出，造成土仓内大块径建筑块或孤石居多，无法正常掘进；每个辐条的中心轴线上设置一定数量的先行刀7，先行刀的高度不完全相同；先行刀的最大高度差为35mm；每个辐条的两侧边设置一定数量的刮刀4；两个相邻辐条之间的刀盘外圈上设置外周保径刀5，外周保径刀高出刀盘1-3cm，例如2cm，防止建筑垃圾对刀盘的磨损，提高刀盘使用寿命；相邻辐条上的先行刀距刀盘中心的距离不完全相同；辐条与刀盘外圈连接处设置边刮刀6；边刮刀6具有向刀盘中心方向倾斜的斜面；本实施例中，先行刀的高度大于刮刀的高度。

与现有技术相比，本实施例提供的盾构机刀盘，通过在辐条式盾构机刀盘辐条的加强横梁上设置挡块，将刀盘开口率降至50％，可在保证刀盘排渣性的前提下限制大体积、大粒径的混凝土块等建筑垃圾进入土仓，避免大块径建筑块进入土仓，螺旋机无法排出，造成土仓内大块径建筑块或孤石居多，无法正常掘进；通过配置不同高度的刀具，设置先行刀最大高度差35mm，保证贯入度，避免出现刀盘在未切削至土层时刀盘面板已经与地层中建筑块或孤石接触摩擦，造成刀盘磨损的情况；同时提高切削速率，将石块粉碎的更加彻底，同时分散刀盘和刀具承受的应力，减少刀盘和刀具的磨损，提高刀盘和刀具的使用寿命；通过在刀盘外圈设置高出刀盘2cm的外周保径刀，防止对刀盘的磨损，提高刀盘使用寿命。

具体的，6个辐条等分刀盘；按逆时针方向将6个辐条分别称为第一辐条9、第二辐条、第三辐条、第四辐条、第五辐条、第六辐条；相邻辐条上的先行刀距刀盘中心的距离不完全相同，刮刀或边刮刀与先行刀的轨迹可以相同，也可以与先行刀错位分布；先行刀的高度为130-180mm，例如145-180mm；刮刀的高度为100mm，宽度为100-130mm；边刮刀的高度为80-110mm，例如100mm，宽度为130-160mm。

优选的，第一辐条的中心轴线上在距离刀盘圆心距离为795mm、1250mm、1845mm、2140mm、2410mm、2600mm、3090mm的轨迹上各设置一把先行刀，靠近圆心的2把先行刀的高度为145mm，其余5把先行刀的高度为180mm；在距离圆心位置较近的6把先行刀同轨迹的圆环上设置刮刀，刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为12把，宽度为117.6mm，高度为100mm；在第7把先行刀同轨迹的圆环上设置边刮刀，边刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为2把，宽度为147.6mm，高度为100mm。

第二辐条的中心轴线上在距离刀盘圆心距离为950mm、1400mm、1680mm、1940mm、2220mm、2520mm、2770mm的轨迹上各设置一把先行刀，靠近圆心的2把先行刀的高度为180mm，第3把先行刀的高度为145mm，其余4把先行刀的高度为180mm；在距离圆心位置较近的6把先行刀同轨迹的圆环上设置刮刀，刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为12把，宽度为117.6mm，高度为100mm；在第7把先行刀同轨迹的圆环上设置边刮刀，边刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为2把，宽度为147.6mm，高度为100mm。

第三辐条的中心轴线上在距离刀盘圆心距离为645mm、1100mm、1550mm、1840mm、2110mm、2390mm、2600mm、3090mm的轨迹上各设置一把先行刀，靠近圆心的3把先行刀的高度为180mm，其余5把先行刀的高度为145mm；在距离圆心位置较近的7把先行刀同轨迹的圆环上设置刮刀，刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为14把，宽度为117.6mm，高度为100mm；在第8把先行刀同轨迹的圆环上设置边刮刀，边刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为2把，宽度为147.6mm，高度为100mm。

第四辐条的中心轴线上在距离刀盘圆心距离为740mm、1210mm、1660mm、1940mm、2100mm、2400mm、2800mm、3090mm的轨迹上各设置一把先行刀，8把先行刀的高度均为180mm，在距离圆心位置较近的7把先行刀同轨迹的圆环上设置刮刀，刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为14把，宽度为117.6mm，高度为100mm；在第8把先行刀同轨迹的圆环上设置边刮刀，边刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为2把，宽度为147.6mm，高度为100mm。

第五辐条的中心轴线上在距离刀盘圆心距离为630mm、940mm、1390mm、1830mm、2120mm、2400mm、2600mm、3085mm的轨迹上各设置一把先行刀，8把先行刀的高度均为145mm，在距离圆心位置较近的7把先行刀同轨迹的圆环上设置刮刀，刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为14把，宽度为117.6mm，高度为100mm；在第8把先行刀同轨迹的圆环上设置边刮刀，边刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为2把，宽度为147.6mm，高度为100mm。

第六辐条的中心轴线上在距离刀盘圆心距离为1110mm、1570mm、1985mm、2240mm、2500mm、3098mm的轨迹上各设置一把先行刀，6把先行刀的高度均为145mm，在距离圆心位置较近的5把先行刀同轨迹的圆环上设置刮刀，刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为14把，宽度为117.6mm，高度为100mm；在第8把先行刀同轨迹的圆环上设置边刮刀，边刮刀设置在辐条的两侧边上，数量为2把，宽度为147.6mm，高度为100mm。

具体的，每两个相邻辐条之间的刀盘外圈上设置至少一把外周保径刀5，外周保径刀的高度不完全相同，外周保径刀高出刀盘1-3cm，例如2cm，防止建筑垃圾对刀盘的磨损，提高刀盘使用寿命。外周保径刀的高度为130-210mm；例如，第一辐条和第二辐条之间设置2把外周保径刀，1把高度为170mm，1把高度为210mm；第二辐条和第三辐条之间设置2把外周保径刀，1把高度为170mm，1把高度为210mm；第三辐条和第四辐条之间设置2把外周保径刀，1把高度为170mm，1把高度为210mm；第四辐条和第五辐条之间设置2把外周保径刀，1把高度为170mm，1把高度为210mm；第五辐条和第六辐条之间设置2把外周保径刀，1把高度为170mm，1把高度为210mm；第六辐条和第一辐条之间设置2把外周保径刀，1把高度为170mm，1把高度为210mm。

值得注意的是，刀盘转动过程中切削土体的运动长度是由外至内逐渐变小，相应土体流动状态也是越来越差，为改善中心支撑部位(例如直径1400mm以内)土体的切削和搅拌效果，在刀盘圆心位置设置一把尺寸较大的中心鱼尾刀；中心鱼尾刀包括至少两把中心先行刀和一把圆形刀，优选的，中心先行刀为8把，圆形刀为1把；中心鱼尾刀的设计和布置有两个作用：其一让盾构机分两步切削土体，利用中心鱼尾刀先切削中心部位小圆断面(直径1400mm)土体，而后扩大到全断面切削土体，即将中心鱼尾刀设计与其他切削刀不在一个平面上，中心鱼尾刀超前375mm左右，保证中心鱼尾刀最先切削土体；其二是将中心鱼尾刀根部设计成锥形，使刀盘旋转时中心随鱼尾刀切削下来的土体，在切向、径向运动的基础上，增加一项翻转运动(类似犁地一般)，这样既可解决中心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性，又大大提高盾构机整体掘进水平。

先行刀、刮刀、边刮刀和外周保径刀均包括刀体3和刀刃1(如图2-5所示，图中网格线表示堆焊的合金)，为了加强刀具的强度，在刀刃1两端设置保护挡块2，保护挡块2为强度高、硬度高、耐磨性好的硬质合金。

具体的，先行刀、刮刀、边刮刀和外周保径刀焊接或者用螺栓固定在刀盘底座上，先行刀、刮刀、边刮刀和外周保径刀为强度高，硬度高、耐磨性好的合金刀具。

本实施例中，实施时，中心鱼尾刀先切削中心部位小圆断面(直径1400mm)土体，而后先行刀继续切削土体，将土体切割分块，为刮刀创造良好的切削条件，采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性，大大降低刮刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少刮刀的磨耗。

与现有技术相比，本实施例提供的盾构机刀盘，通过在辐条式盾构机刀盘辐条的加强横梁上设置挡块，将刀盘开口率降至50％，可在保证刀盘排渣性的前提下限制大体积、大粒径的混凝土块等建筑垃圾进入土仓，避免大块径建筑块进入土仓，螺旋机无法将其排出，造成土仓内大块径建筑块或孤石居多，无法正常掘进；通过配置不同高度的刀具，保证贯入度，避免出现刀盘在未切削至土层时刀盘面板已经与地层中建筑块或孤石接触摩擦，造成刀盘磨损的情况；同时提高切削速率，将石块粉碎的更加彻底，同时分散刀盘和刀具承受的应力，减少刀盘和刀具的磨损，提高刀盘和刀具的使用寿命；通过在刀盘外圈设置高出刀盘1-3cm的外周保径刀，防止对刀盘的磨损，提高刀盘使用寿命；通过选用强度高，耐磨性好的刀具，保证能切削高强度垃圾块，同时在刀刃两侧增焊保护挡块，保护挡块的材料为硬质合金，防止建筑垃圾对刀刃的冲击磕碰，进而提高刀具寿命。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾构机刀盘，其特征在于，包括至少3个辐条、加强横梁和挡块(8)；所述加强横梁设置在相邻辐条之间，所述挡块(8)设置在所述加强横梁上；所述辐条的中心轴线上设置多把先行刀(7)，多把先行刀(7)的高度不完全相同；所述辐条的两侧边设置多个刮刀(4)。

2.根据权利要求1所述的盾构机刀盘，其特征在于，两个相邻辐条之间的刀盘外圈上设置外周保径刀(5)。

3.根据权利要求1所述的盾构机刀盘，其特征在于，相邻辐条上的先行刀(7)距刀盘中心的距离不完全相同。

4.根据权利要求3所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述辐条与刀盘外圈连接处设置边刮刀(6)，所述边刮刀具有向刀盘中心方向倾斜的斜面。

5.根据权利要求4所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述盾构机刀盘的中心位置设置中心鱼尾刀，所述中心鱼尾刀包括中心先行刀(10)和圆形刀(11)。

6.根据权利要求1所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述先行刀(7)的高度大于所述刮刀的高度。

7.根据权利要求6所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述先行刀(7)之间的最大高度差为35mm。

8.根据权利要求4所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述先行刀(7)、刮刀(4)、边刮刀(6)和外周保径刀(5)均包括刀体(3)和刀刃(1)，刀刃(1)两端设置保护挡块(2)。

9.根据权利要求8所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述保护挡块的材料为硬质合金。

10.根据权利要求1-9任一项所述的盾构机刀盘，其特征在于，所述辐条的个数为6个，刀盘开口率为50％。