CN211737141U - 一种适应软硬地层分层的盾构刀盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适应软硬地层分层的盾构刀盘，盾构内部的上下位置设有两个盾构刀盘，盾构刀盘的外周设有若干长度可调节的刀盘辐臂，刀盘辐臂的前端设有滚刀或切刀，刀盘辐臂内设有伸缩杆，盾构刀盘设有电机，电机通过伸缩杆带动刀盘辐臂伸缩，盾构刀盘均通过若干相互平行且长度可调节的支撑轴连接在盾构锚固端，盾构锚固端设有转轴，支撑轴沿着转轴转动。其有益效果在于，通过刀盘辐臂的伸长缩短实现改变盾构刀盘的直径完成对不同强度地层的顺利掘进，满足分层地层掘进的不同工况条件，减少因刀盘刀具与地层的不适应造成的掘进困难、刀具损坏的问题，提高了盾构掘进的效率、经济性与可靠性。

Description

一种适应软硬地层分层的盾构刀盘

技术领域

本实用新型涉及盾构隧道工程施工技术领域，尤其涉及一种适应在城市地下软硬地层分层过渡段内掘进的盾构刀盘。

背景技术

在地铁及隧道施工中，盾构法施工技术以其较高的安全性、可靠性及对周边环境适应性强、工程进度快、工程质量优良、适用范围广等优点而得到广泛应用。目前盾构法广泛应用于均一的软土、软岩地层或砂层，在比较均一的地层中采用盾构法施工，掘进模式相对单一、掘进参数相对简单。

随着地铁工程的快速发展，盾构施工过程中经常遇到一些特殊的地质状况，如在软硬不均、地层条件变化频繁、复合交互地层中应用盾构法来修建城市地铁道路。在我国华南地区特别是在广州、深圳一带，这类现象十分普遍。在软硬地层过渡段部分采用盾构法施工时，面临碎岩效率低下、掘进速度慢、盾体姿态不易控制发生旋转等问题。此外，这些盾构通常采用组合刀具布置的复合盾构刀盘，刀盘上既有滚刀，又有切刀等刀具，但是由于盾构刀盘与地层不完全适配，使刀具的异常磨损变得尤为严重，刀具在盾构中所占成本较高，刀具异常磨损又进一步提高了施工成本，且施工中频繁停机换刀消耗的大量时间也会极大影响了施工进度。

以上缺陷，值得改进。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本实用新型提供一种适应软硬地层分层的盾构刀盘。

本实用新型技术方案如下所述：

一种适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，盾构内部的上下位置设有两个盾构刀盘，盾构刀盘的外周设有若干长度可调节的刀盘辐臂，所述刀盘辐臂的前端设有滚刀或切刀，所述刀盘辐臂内设有伸缩杆，所述盾构刀盘设有电机，所述电机通过所述伸缩杆带动所述刀盘辐臂伸缩，所述盾构刀盘均通过若干相互平行且长度可调节的支撑轴连接在盾构锚固端，所述盾构锚固端设有转轴，所述支撑轴沿着所述转轴转动。

进一步的，所述盾构刀盘为滚筒式。

进一步的，所述刀盘辐臂均匀分布于盾构刀盘上。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述刀盘辐臂完全缩回时，所述盾构刀盘直径为二分之一掘削面高度，所述刀盘辐臂伸出最大时，所述盾构刀盘直径与所述掘削面高度相同。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述支撑轴的前端设有摇动刀盘。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述盾构锚固端的上方和下方分别设有螺旋输送机。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述盾构锚固端设有挡板，所述挡板隔离盾构土舱和盾构工作舱。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述盾构的宽度为盾构刀盘与支撑轴的宽度。

根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于，一种软硬地层分层的盾构刀盘主要适用于盾构线路在水平分层的地层层面附近处施工，它可以通过改变盾构刀盘的直径完成对不同强度地层的顺利掘进。可对掘削面上的两部分地层分别设计最为合适的刀盘刀具及布置方式，减少因刀盘刀具与地层的不适应造成的掘进困难、刀具损坏的问题，也减少了刀具损坏造成的频繁停机换刀对盾构温度工作的影响，提高了盾构掘进的效率、经济型与可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的盾构刀盘直径最小时的盾构刀盘结构示意图。

图2为本实用新型的盾构刀盘直径最大时的盾构刀盘结构示意图。

图3为本实用新型的上软下硬地层盾构掘进示意图。

在图中，1、盾构刀盘，2、刀盘辐臂，3、滚刀，4、切刀，5、支撑轴，6、摇动刀盘， 7、盾构锚固端，8、挡板，9、螺旋输送机，10、转轴，11、伸缩杆，12、软土地层，13、硬岩地层，14、地层分层线，15、掘削面。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：

如图3所示，一种适应软硬地层分层的盾构刀盘，盾构内部的上下位置设有两个盾构刀盘1，盾构刀盘1的外周设有若干长度可调节的刀盘辐臂2，刀盘辐臂2的前端设有滚刀3或切刀4，刀盘辐臂2内设有伸缩杆11，盾构刀盘1设有电机，电机通过伸缩杆11带动刀盘辐臂2伸缩，盾构刀盘1均通过若干相互平行且长度可调节的支撑轴5连接在盾构锚固端7，盾构锚固端7设有转轴10，支撑轴5沿着转轴10转动。

具体的，盾构为矩形，盾构内部设有两块直径可变的盾构刀盘1，优选的，该盾构刀盘 1为滚筒式，盾构刀盘1与支撑轴5的宽度为盾构的宽度，盾构刀盘1外周设有若干个长度可调节的刀盘辐臂2，刀盘辐臂2内部的伸缩杆11伸长和收缩可以改变盾构刀盘1的直径，刀盘辐臂2完全缩回时，盾构刀盘1直径为1/2掘削面15高度，刀盘辐臂2伸出至最大时，盾构刀盘1直径与掘削面15高度相同。刀盘辐臂2的强度、刚度与数量与地层强度呈正相关，刀盘辐臂2的前端设有滚刀3或切刀4，盾构刀盘1可以配置不同的刀具适应不同的地层条件。

两块盾构刀盘1设置在盾构的一上一下位置，各通过若干平行且长度可调节的支撑轴5 连接在盾构锚固端7，以提供掘削推力的反力，盾构锚固端设有转轴10，转轴10带动支撑轴5进行小角度的转动，盾构锚固端7设有挡板8，挡板8可以隔离盾构土舱与盾构工作舱。两块盾构刀盘1在支撑轴5面向地层掘削面15的部分存在盲区，故在支撑轴5的前端设有摇动刀盘6，以完成全断面地层岩土体的掘削。盾构锚固端7的上方和下方各设有螺旋输送机9，分别对盾构刀盘1掘削的渣土进行排出，完成地层的掘削流程。在盾构刀盘1设有驱动电机，以提供转动刀盘与摇动刀盘掘削动能。

将地层按分层线14分为软土地层12、硬岩地层13，用刀具配置不同、适应不同地层的盾构刀盘1分别对软土地层12和硬岩地层13进行掘进。在掘进中，盾构刀盘1可以适应不同地层分层线14由盾构掘削面15顶端逐渐下移至掘削面15底端内的各种情况。

下面以上软下硬为例做具体描述，假设盾构掘削面15竖直高度设为H，

如图1和图2所示，当地层分层线14位于掘削面15顶端，即全断面为硬岩时，将两块盾构刀盘1配置为硬岩滚筒刀盘和软土滚筒刀盘。掘削时软土滚筒刀盘在盾构的上方，刀盘辐臂2收缩，使盾构刀盘1直径保持最小为1/2H，硬岩滚筒刀盘在盾构刀盘的下方，刀盘辐臂2伸长，使盾构刀盘1直径保持为最大状态，硬岩滚筒刀盘的支撑轴5伸长，以避免与上方软土滚筒刀盘轨迹的冲突，硬岩滚筒刀盘在驱动电机(图中未示出)的带动下掘进整个掘削面15；继续掘进时若地层分层线14下移，缩小硬岩滚筒刀盘的直径，伸长软土滚筒刀盘的直径，软土滚筒刀盘的掘削面积逐渐增大；当地层分层线14下移使软硬地层比例为1:3时，硬岩滚筒刀盘对下地层3/4H的硬岩掘削面进行掘削，后方的软土滚筒刀盘对上地层1/4H的软土掘削面进行掘削；当软硬地层比例为1:1时，两块盾构刀盘1均保持直径最小为1/2H,软土滚筒刀盘掘进上地层的软土，硬岩滚筒刀盘掘进下地层的硬岩，形成两个半圆形的掘削面15，两个滚筒刀盘在支撑轴5面向地层掘削面的部分存在盲区，支撑轴5的前端设有摇动刀盘6对盲区进行掘削；若地层分层线14继续下移，伸长软土滚筒刀盘的直径并伸长它的支撑轴5以适应地层分层线14的下移，当软硬地层比例为3:1时，软土滚筒刀盘移至硬岩滚筒刀盘的前上方，对盾构掘削面的软土进行掘削，后方的硬岩滚筒刀盘则对下地层的硬岩部分进行掘削；当地层分层线14移至掘削面15底端时，软土滚筒刀盘直径达到最大，并对地层进行全断面软土掘削，或将硬岩滚筒刀盘改为软土滚筒刀盘，两块盾构刀盘1各对1/2掘削面15进行掘进，盲区使用摇动刀盘6进行掘进。同理全断面硬岩掘进时可将两块盾构刀盘1都配置为硬岩滚筒刀盘，上下两刀盘开挖上下地层的硬岩地层，降低某一滚筒刀盘辐臂损坏的概率。

上述是在上软下硬地层中地层分层线14由掘削面15顶端向底端移动的整个过程，对于上硬下软地层的掘削则与上述实施例相反。在整个过程中，滚筒盾构刀盘1内的第二转轴16与刀盘辐臂2间设有的驱动电机提供转动刀盘与摇动刀盘掘削动能，下方的滚筒刀盘既可进行掘进，也可对渣土起到搅拌的作用，盾构锚固端7上方和下方的螺旋输送机9将渣土源源不断地送出至皮带传输机上，以完成盾构的顺利掘进。在实际施工中，地层分层线14不会在掘进方向上发生过快的变化，故参数调整会更加简单易行，对地层的掘进更加安全有效。

一种适应软硬地层分层的盾构刀盘主要适用于盾构线路在水平分层的地层层面附近处施工，它可以通过改变盾构刀盘的直径完成对不同强度地层的顺利掘进。将地层按分层线分为上下两个掘削面，用刀具配置不同、适用不同地层的刀盘分别对上下两个地层进行掘进。在掘进中，此盾构刀盘可以适应不同地层分层线由盾构掘削面顶端逐渐下移至掘削面底端内的各种情况，满足分层地层掘进的不同工况条件，适用范围广泛。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，盾构内部的上下位置设有两个盾构刀盘，盾构刀盘的外周设有若干长度可调节的刀盘辐臂，所述刀盘辐臂的前端设有滚刀或切刀，所述刀盘辐臂内设有伸缩杆，所述盾构刀盘设有电机，所述电机通过所述伸缩杆带动所述刀盘辐臂伸缩，所述盾构刀盘均通过若干相互平行且长度可调节的支撑轴连接在盾构锚固端，所述盾构锚固端设有转轴，所述支撑轴沿着所述转轴转动。

2.根据权利要求1所述的适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，所述盾构刀盘为滚筒式。

3.根据权利要求1所述的适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，所述刀盘辐臂均匀分布于盾构刀盘上。

4.根据权利要求1所述的适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，所述刀盘辐臂完全缩回时，所述盾构刀盘直径为二分之一掘削面高度，所述刀盘辐臂伸出最大时，所述盾构刀盘直径与所述掘削面高度相同。

5.根据权利要求1所述的适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，所述支撑轴的前端设有摇动刀盘。

6.根据权利要求1所述的适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，所述盾构锚固端的上方和下方分别设有螺旋输送机。

7.根据权利要求1所述的适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，所述盾构锚固端设有挡板，所述挡板隔离盾构土舱和盾构工作舱。

8.根据权利要求1所述的适应软硬地层分层的盾构刀盘，其特征在于，所述盾构的宽度为所述盾构刀盘与所述支撑轴的宽度。

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