一種用於複合地層的盾構刀盤

《一種用於複合地層的盾構刀盤》是中國鐵建重工集團有限公司於2011年8月30日申請的發明專利，該專利申請號為2011102518488，公布號為CN102322270B，公布日為2013年4月10日，發明人是程永亮、暨智勇、羅孔林、陽旭平。該發明屬於盾構設備，特別涉及一種用於複合地層的盾構刀盤。

《一種用於複合地層的盾構刀盤》公開了公開了一種用於複合地層的盾構刀盤，包括箱體結構的刀盤體，刀盤體的正面安裝有滾刀，所述滾刀包括安裝在十字形刀樑上的若干單刃標準滾刀、安裝在位於十字形刀梁中心區的一字形刀樑上的若干單刃中心滾刀、安裝在邊緣區域的若干單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀；沿所述十字形刀梁兩側成同心圓對稱安裝有切刀，在刀盤體正面的邊緣上位於所述十字形刀梁兩側及十字形刀梁的每兩個刀梁中間位置安裝有邊緣刮刀；在所述刀盤體的周邊設有若干保徑刀；在刀盤體的箱體內設有從周邊伸出的超挖刀。與2011年8月之前已有技術相比，減小了刀座的外形尺寸，增大了刀盤的開口率，改善了渣動流動性，提高了整個刀盤的耐磨性能。

2017年12月，《一種用於複合地層的盾構刀盤》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種用於複合地層的盾構刀盤》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種用於複合地層的盾構刀盤
• 地址：湖南省長沙市經濟技術開發區東七路88號
• 申請人：中國鐵建重工集團有限公司
• 申請日：2011年8月30日
• 申請號：2011102518488
• 公布號：CN102322270B
• 公布日：2013年4月10日
• 發明人：程永亮、暨智勇、羅孔林、陽旭平
• 代理人：劉熙
• 代理機構：長沙新裕智慧財產權代理有限公司
• 類別：發明專利
• Int. Cl.：E21D9/08（2006.01）I；E21D9/04（2006.01)I

專利背景

盾構施工相對其它施工方法具有自動化程度高、快速、安全、高效、對地表環境影響小等優點，因此被廣泛套用於各種地下隧道建設。

刀盤作為盾構機的關鍵部件之一，主要作用是對掌子面岩土的破碎剝離以及對掌子面進行支撐。刀盤的結構形式及開口率、刀具的組合形式及刀具布置和刀盤耐磨裝置及泡沫噴嘴的合理設計，是盾構機高效掘進的重要保障。

隧道掌子面的岩土破碎後通過盾構刀盤的開口處進入土倉，刀盤的開口率是指刀盤開口部分的面積與刀盤面積的比值，開口率大，渣土流動更加順暢。2011年8月之前已有盾構刀盤的開口率比較小，一般不超過30%，尤其中心部位開口面積更小；刀盤的整體耐磨性能差；滾刀刀間距過大，一般為100毫米，刀間距是刀具布置時編號相鄰兩把刀的分布半徑之差；固接在切刀和邊緣刮刀上用於切削岩土的硬質合金較小；用於土體改良的泡沫通道在刀盤體內採用一根管道分流為兩根管道形式，容易造成泡沫噴嘴堵塞，2011年8月之前已有的盾構刀盤在遇到隧道區間橫斷面與縱斷面地質情況變化大的複合地層時，由於刀盤結構、刀具的組合形式、刀具的布置以及土體改良的泡沫噴嘴等設計不夠合理，經常出現刀盤、刀具非正常磨損和“泥餅”現象，嚴重影響了盾構施工效率。

發明內容

專利目的

《一種用於複合地層的盾構刀盤》提供一種開口率大，可降低刀盤、刀具的磨損，減小刀盤結“泥餅”可能性的用於複合地層的盾構刀盤。

技術方案

《一種用於複合地層的盾構刀盤》用於複合地層的盾構刀盤，包括箱體結構的刀盤體，所述刀盤體的正面安裝有滾刀，所述滾刀包括安裝在十字形刀樑上的若干單刃標準滾刀、安裝在位於十字形刀梁中心區的一字形刀樑上的若干單刃中心滾刀、安裝在邊緣區域的若干單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀；沿所述十字形刀梁兩側成同心圓對稱安裝有切刀，在刀盤體正面的邊緣上位於所述十字形刀梁兩側及十字形刀梁的每兩個刀梁中間位置安裝有邊緣刮刀；在所述刀盤體的周邊設有若干保徑刀；在刀盤體的箱體內設有從周邊伸出的超挖刀；在所述刀盤體的正面位於十字形刀梁的每兩個刀梁之間和所述刀盤體的周邊設有耐磨複合鋼板，其中設在刀盤體正面的耐磨複合鋼板為Y狀，所述邊緣區域的單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀設在耐磨複合鋼板上；所述耐磨複合鋼板上及刀盤體1後部隔板上設有若干個泡沫噴嘴。

所述滾刀均通過刀座安裝在所述刀盤體上，所述刀座包括五連體滾刀刀座、六連體滾刀刀座、八連體中心滾刀刀座和單刃滾刀刀座，其中，所述十字形刀樑上通過五連體滾刀刀座和六連體滾刀刀座交叉安裝有五個單刃標準滾刀和六個單刃標準滾刀；所述一字形刀樑上通過八連體中心滾刀刀座安裝有成同心圓布置的八個單刃中心滾刀；所述邊緣區域的單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀通過單刃滾刀刀座安裝。

所述滾刀均通過兩個楔塊和一個壓塊從刀座背部固定，楔塊置於刀座側板內的斜槽內，高強螺栓穿過壓塊上的通孔與滾刀端蓋上的螺紋孔連線，將滾刀固定於刀座內。

所述切刀、邊緣刮刀刀頭上焊有大塊硬質合金。

所述五連體滾刀刀座及六連體滾刀刀座內的單刃標準滾刀、單刃滾刀刀座內的單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀可分別與單刃中心齒刀、單刃標準齒刀、單刃偏心齒刀進行互換。

該發明設有四種滾刀刀座及七種刀具，各種刀具的上述布置增大了刀盤的開口率，特別是增大了刀盤中心部位開口率。整個刀盤開口率為37%，中心部位開口率為34%。當滾刀更換為相應的齒刀後，開口率將更大。

改善效果

《一種用於複合地層的盾構刀盤》利用滾刀、切刀、邊緣刮刀、保徑刀及超挖刀構成的刀具組合對掌子面進行全斷面切削。切刀成同心圓對稱布置，保證了全斷面切削。切刀、邊緣刮刀刀頭上焊有大塊硬質合金，提高了刀具的耐磨性能。刀盤體的面板和周邊焊有耐磨複合鋼板，可提高整個刀盤的耐磨性能。刀盤體上布置有多個泡沫噴嘴，可以向掌子面及土倉內注入泡沫或膨潤土，改良渣土，減小了渣土對刀盤、刀具的磨損，降低了刀盤結泥餅的風險。刀盤開口率增加，使被刀具切削破碎的渣土能更快進入土倉進行攪拌，減小了渣土對刀盤面板的磨損，提高了刀盤的掘進效率。同時可根據不同的地質情況，進行不同的刀具組合，將單刃中心滾刀、單刃標準滾刀、單刃偏心滾刀更換為單刃中心齒刀、單刃標準齒刀、單刃偏心齒刀，可提高掘進效率。

該發明依據施工中遇到的不同地層情況，可以適時的調整刀具種類與數量，進行不同的刀具組合配置，以提高施工效率。當遇到硬度較高的岩層時，採用全滾刀與切刀的組合，通過滾刀將岩層輾壓破碎，切刀將輾壓後的碎塊剝離；當遇到泥質粉砂岩或粉質粘土類地層時，可將滾刀換成齒刀，採用齒刀與切刀組合切削破碎掌子面岩土。

該發明與2011年8月之前已有技術相比，減小了刀座的外形尺寸，增大了刀盤的開口率，改善了渣動流動性，提高了整個刀盤的耐磨性能。並可通過更換刀具，採取不同的刀具配置適應不同的地質條件，提高了盾構的掘進效率。

附圖說明

圖1是《一種用於複合地層的盾構刀盤》的結構示意圖。

圖2是該發明的滾刀安裝示意圖。

圖3是該發明的齒刀安裝示意圖。

圖4是該發明的切刀安裝示意圖。

圖5是該發明的邊緣刮刀安裝示意圖。

圖6是圖5的A—A向視圖。

權利要求

1.《一種用於複合地層的盾構刀盤》包括箱體結構的刀盤體，所述刀盤體的正面安裝有滾刀，其特徵是所述滾刀包括安裝在十字形刀樑上的若干單刃標準滾刀、安裝在位於十字形刀梁中心區的一字形刀樑上的若干單刃中心滾刀、安裝在邊緣區域的若干單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀；沿所述十字形刀梁兩側成同心圓對稱安裝有切刀，在刀盤體正面的邊緣上位於所述十字形刀梁兩側及十字形刀梁的每兩個刀梁中間位置安裝有邊緣刮刀；在所述刀盤體的周邊設有若干保徑刀；在刀盤體的箱體內設有從周邊伸出的超挖刀；在所述刀盤體的正面位於十字形刀梁的每兩個刀梁之間和所述刀盤體的周邊設有耐磨複合鋼板，其中設在刀盤體正面的耐磨複合鋼板為Y狀，所述邊緣區域的單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀設在耐磨複合鋼板上；所述耐磨複合鋼板上及刀盤體1後部隔板上設有若干個泡沫噴嘴。

2.根據權利要求1所述的用於複合地層的盾構刀盤，其特徵是所述滾刀均通過刀座安裝在所述刀盤體上，所述刀座包括五連體滾刀刀座、六連體滾刀刀座、八連體中心滾刀刀座和單刃滾刀刀座，其中，所述十字形刀樑上通過五連體滾刀刀座和六連體滾刀刀座交叉安裝有五個單刃標準滾刀和六個單刃標準滾刀；所述一字形刀樑上通過八連體中心滾刀刀座安裝有成同心圓布置的八個單刃中心滾刀；所述邊緣區域的單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀通過單刃滾刀刀座安裝。

3.根據權利要求2所述的用於複合地層的盾構刀盤，其特徵是所述滾刀均通過兩個楔塊和一個壓塊從刀座背部固定，楔塊置於刀座側板內的斜槽內，高強螺栓穿過壓塊上的通孔與滾刀端蓋上的螺紋孔連線，將滾刀固定於刀座內。

4.根據權利要求1或2或3所述的用於複合地層的盾構刀盤，其特徵是所述切刀、邊緣刮刀刀頭上焊有大塊硬質合金。

5.根據權利要求2所述的用於複合地層的盾構刀盤，其特徵是所述五連體滾刀刀座及六連體滾刀刀座內的單刃標準滾刀、單刃滾刀刀座內的單刃標準滾刀和單刃偏心滾刀可分別與單刃中心齒刀、單刃標準齒刀、單刃偏心齒刀進行互換。

實施方式

見圖1，《一種用於複合地層的盾構刀盤》包括箱體結構的刀盤體1，所述刀盤體1的正面安裝有滾刀，所述滾刀包括通過刀座分別安裝在十字形刀梁18上的若干單刃標準滾刀7、安裝在位於十字形刀梁18中心區的一字形刀梁19上的若干單刃中心滾刀6、安裝在邊緣區域的3個單刃標準滾刀7a和4個單刃偏心滾刀8；其中，所述十字形刀梁18上通過五連體滾刀刀座3和六連體滾刀刀座4交叉安裝有五個單刃標準滾刀7和六個單刃標準滾刀7；所述一字形刀梁19上通過八連體中心滾刀刀座2安裝有成同心圓布置的八個單刃中心滾刀6；所述邊緣區域的單刃標準滾刀7和單刃偏心滾刀8通過單刃滾刀刀座5安裝；沿所述十字形刀梁18兩側成同心圓對稱安裝有切刀12，在刀盤體1正面的邊緣上位於所述十字形刀梁18兩側及十字形刀梁18的每兩個刀梁中間位置安裝有邊緣刮刀13；在所述刀盤體1的周邊設有若干保徑刀14；在刀盤體1的箱體內設有從周邊伸出的超挖刀15；在所述刀盤體1的正面位於十字形刀梁18的每兩個刀梁之間和所述刀盤體1的周邊設有耐磨複合鋼板16，其中設在刀盤體1正面的耐磨複合鋼板16為Y狀，所述邊緣區域的單刃標準滾刀7a和單刃偏心滾刀8設在耐磨複合鋼板16上；所述耐磨複合鋼板16上及刀盤體1後部隔板上設有若干個泡沫噴嘴17，其中面板上5個，刀盤後部隔板上1個。

如圖2所示，該發明中的滾刀均通過兩個楔塊22和一個壓塊21從刀座背部固定，楔塊22置於刀座側板23內的斜槽內，高強螺栓20穿過壓塊21上的通孔與滾刀端蓋24上的螺紋孔連線，將滾刀固定於刀座內。

如圖3所示，該發明中的齒刀安裝與滾刀相同。

如圖4所示，該發明中的切刀12用螺釘25固定在十字形刀梁18的兩側，刀頭上焊有硬質合金26。

如圖5、圖6所示，該發明中的邊緣刮刀13用螺釘25固定在刀盤體1的正面邊緣，刀頭上焊有硬質合金26。

作業時，可根據不同地層情況將所述五連體滾刀刀座3及六連體滾刀刀座4內的單刃標準滾刀7、單刃滾刀刀座5內的單刃標準滾刀7和單刃偏心滾刀8分別與單刃中心齒刀9、單刃標準齒刀10、單刃偏心齒刀11進行互換。

榮譽表彰

2017年12月，《一種用於複合地層的盾構刀盤》獲得第十九屆中國專利優秀獎。