专利名称：一种新型盾构机刀盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及盾构机刀盘，特别是一种新型盾构机刀盘。
背景技术：
自20世纪60年代以来，随着人们对地下空间的开发和利用，盾构技术在我国取得了重大发展，广泛用于地下轨道交通、输水管道、电力隧道等工程，而盾构机则是盾构施工技术最常用大型高科技综合工程设备。目前，地下轨道交通中，对于砂卵石地层主要采用土压平衡盾构机。土压平衡盾构是通过刀盘开挖掌子面渣土进入土仓，调节螺旋机转速和推进速度使土仓和掌子面压力达到一个动态平衡的状态。刀盘是盾构机的一个重要组成部分，主要起开挖渣土、稳定掌子面、搅拌渣土的作用，刀盘的结构设计和刀具配置直接关系到盾构施工的成败。盾构机在砂卵石地层工作时，由于卵石硬度高，可达200Mpa，在挖掘过程中会会出现刀盘扭矩过大，刀盘被卡和结泥饼等问题；同时卵石对刀盘刀具螺旋机的磨损也非常严重；而且当隧道挖掘较深时，砂卵石地层透气性强，难以保住气压，带压进仓作业困难，在不进行降水的情况下极易发生涌水喷砂的状况。一般采取渣土改良、二次补注浆等手段来解决这些问题，但效果不理想，且费用较高。目前常用的土压平衡盾构刀盘为面板式，开口率34%左右，开口处设有网格，面板上加焊耐磨板；周边刀采用11把单刃滚刀，正面采用21把可更换的贝壳刀，中心采用4 把中心鱼尾刀。这种刀盘的优点在于由于开口率高，有利于渣土顺利进入土仓，能够减少一部分磨损，提高推进速度；刀盘开口处设有网格，能够有效拦截螺旋机不能排出的超大卵石；刀盘面板含有耐磨钢板和耐磨网格，防止渣土对面板的过度磨损；刀盘面板上设有八个渣土改良剂注射孔，保证泡沫等添加剂的注入量，提高渣土改良效果；而且滚刀和宽刮刀的混合配置有利于渣土顺利排出。但这种刀盘也存在以下缺点(1)刀具配置不理想，滚刀配置数量、间距缺乏依据；(2)刀盘中心无开口，易导致中心结泥饼，推力增大；(3)刀盘周边耐磨措施不够，导致切口越磨越大，一些大卵石很容易卡在切口处， 增大刀盘扭矩；(4)刀具U型块高度高于其周边面板高度，导致U型块被磨损，刀具得不到有效保护，出现刀具端盖、刀轴磨损，增大刀具更换成本；(5)泡沫口易堵塞，导致渣土改良效果不好，掘进困难。
发明内容本实用新型的目的是提供一种刀具配置合理的新型盾构机刀盘，避免刀盘中心结饼堵塞，防止刀盘扭曲，又可提高耐磨性能，加强对刀具的保护。所述一种新型盾构机刀盘包括刀盘面板、刀盘箱体和环向设置在刀盘面板上的多个泡沫口、单刃滚刀、可更换式贝壳刀、多把刮刀和齿刀，其特征是所述盾构机刀盘还包括设置在刀盘面板上的多把双刃滚刀、双联滚刀和中心羊角刀；双刃滚刀环向设置在刀盘面板的外缘，多把单刃滚刀和贝壳刀沿刀尖轨迹分布在刀盘正面，呈交叉十字形，双联滚刀和中心羊角刀设置在刀盘面板的中心位置。在刀盘中心加设有一条通过刀盘中心回转体进入刀盘4个扭腿的中间注水管道。在刀盘侧面切口处加设两道高强耐磨块，耐磨块上镶嵌有耐磨合金块。在每个刀具的刀座U型块两边加焊耐磨保护块。所述双刃滚刀有4把，可更换贝壳刀有8把，单刃滚刀有10把，且滚刀的刀圈硬度在HRC57 HRC60，刀圈厚度在^mm 32mm，刀体硬度在HRC40 HRC45。所述中心羊角刀有4把，安装在刀盘中心1号 4号位置，双联滚刀7有2把，安装在刀盘中心5号 8号位置。本实用新型的有益效果1.本实用新型的最大输出卵石直径在200mm 300mm左右，正面滚刀刀尖间距在100mm-200mm左右，可选择性破岩，减少了滚刀所做的无用功，降低了刀具成本。2.周边采用全滚刀配置有效降低了刀盘扭矩，双刃滚刀的使用更加有利于卵石的破碎，掌子面的开挖。3.刀盘中心采取了中心羊角刀和中心双联滚刀相配合的形式，有效的解决了刀盘中心无开口的缺陷，有利于防止刀盘中心结泥饼的情况发生；中心羊角刀还起到撕裂掌子面的作用，接着滚刀挤压周围地层、破碎较大卵石，其他刀具刮开掌子面，从而实现掘进。4.本实用新型的注入通道通过刀盘中心回转体进入刀盘4个扭腿中间，如果在掘进过程中，泡沫剂的改良效果不够好，可以打开管道向土仓注入水或者是膨润土辅助改良渣土。4.在刀盘侧面切口处增加有高强耐磨快，能够有效保护刀盘切口，防止卵石卡在切口影响刀盘扭矩。5.在U型块两边加焊耐磨保护块，防止其磨损，可以起到保护刀具的作用。本实用新型改变了刀具的排列，刀具轨迹选择合理，有效降低了刀盘扭矩，防止因刀盘中心结泥饼而出现堵塞，选择耐磨性能较好的刀具，并增加耐磨块，加强了刀具的使用寿命，刀盘开口率大，开口尺寸合理；并可以辅助渣土的改良，降低刀具的磨损。
图1是本实用新型的结构示意图，图2是本实用新型侧视图，图3是高强耐磨块的放大示意图，图4是单刃滚刀的局部放大图，图5是刀座U型块的结构示意图。图中1-刀盘面板，2-刀盘箱体，3-泡沫口，4-单刃滚刀，5-可更换式贝壳刀， 6-双刃滚刀，7-双联滚刀，8-中心羊角刀，9-中间注水管道，10-刀座U型块，11-耐磨保护块，12-高强耐磨块，13-耐磨合金块，14-刮刀，15-齿刀。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。图1、2中，所述一种新型盾构机刀盘包括刀盘面板1、刀盘箱体2和环向设置在刀盘面板1上的多个泡沫口 3、单刃滚刀4、可更换式贝壳刀5、多把刮刀14和齿刀15，其特征是所述盾构机刀盘还包括设置在刀盘面板1 上的多把双刃滚刀6、双联滚刀7和中心羊角刀8 ；双刃滚刀6环向设置在刀盘面板1的外缘，周边采用全滚刀配置有效降低了刀盘扭矩，更加有利于卵石的破碎，掌子面的开挖。多把单刃滚刀4和贝壳刀5沿刀尖轨迹分布在刀盘正面，呈交叉十字形。双联滚刀7和中心羊角刀8设置在刀盘面板1的中心位置，所述中心羊角刀8有4把，安装在刀盘中心1号 4号位置处，双联滚刀7有2把，安装在刀盘中心5号 8号位置处。刀盘中心采取了中心羊角8和中心双联滚刀7相配合的形式，有效的解决了刀盘中心无开口的缺陷，有利于防止刀盘中心结泥饼的情况发生。中心羊角刀8还起到撕裂掌子面的作用，接着滚刀挤压周围地层、破碎较大卵石，其他刀具刮开掌子面，从而实现掘进。根据φ 800螺旋机性能，它的最大输出卵石直径在200mm 300mm左右，正面滚刀刀尖间距在100mm-200mm左右，完全满足要求，可选择性破岩，减少了滚刀所做的无用功， 降低了刀具成本。所述可更换贝壳刀5有8把，双刃滚刀6有4把，单刃滚刀4有10把，且滚刀的刀圈硬度在HRC57 HRC60，刀圈厚度在^mm 32mm，刀体硬度在HRC40 HRC45，加强了刀具硬度，增加了刀具的使用寿命。图2中，在刀盘中心加设有一条通过刀盘中心回转体进入刀盘4个扭腿的中间注水管道9。由于砂卵石流动性差，在掘进过程中渣土对刀盘扭矩的影响非常大，所以渣土改良就变得尤为重要。该注入管道通9过刀盘中心回转体进入刀盘4个扭腿中间，如果在掘进过程中，泡沫剂的改良效果不够好，可以打开管道向土仓注入水或是膨润土辅助改良渣土。图2、3中，在刀盘侧面切口处加设两道高强耐磨块12，耐磨块12上镶嵌有耐磨合金块13，能够有效保护刀盘切口，防止卵石卡在切口影响刀盘扭矩。图4、5中，在每个刀具的刀座U型块10两边加焊耐磨保护块11，防止其磨损，最终达到保护刀具的作用。实施例成都地铁二号线羊西二环路站 白果林站盾构区间是是成都地铁重难点工程，盾构机两次穿越480米且年代久远的密集建筑群。该区间地层属于典型的富水砂卵石地层，地下水丰富，卵石含量大且粒径大。为满足掘进要求，本申请人对盾构机刀盘做了一系列改进针对这些实际情况(1)优化刀具配置，刀盘周边配置18把滚刀，其中最外面配置4把双刃滚刀，正面采取10把单刃滚刀和4把可更换式贝壳刀，刀盘中心1号 4号位置装中心羊角刀，5号 8号位置装中心双联滚刀；(2)加强刀盘耐磨性，在刀盘周边切口处加焊两道高强耐磨板，对刀座U型块两边加焊保护块；(3)使用了泡沫口保护刀；(4)刀盘中心加设了一条注水管道，用于辅助渣土改良；(5)选用更耐磨，硬度适合成都地层的刀具。改进刀盘后，盾构顺利穿越富水砂卵石地层下的密集建筑群共计1600余米。施工过程中，经渣土筛分，83 87%的粒径在20cm以下的砂卵石在不破碎的情况下经刀盘面板直接进入土仓，仅较大粒径OOcm以上)和少部分(13 17% )小粒径QOcm以上)砂卵石需破碎后才能进入土仓；刀盘刀具非正常磨耗率低，盾构到达后经检查，滚刀无偏磨，齿刀无崩刃，刀盘面板基本无磨损。为成都地层盾构施工提供了很好的经验。
权利要求1.一种新型盾构机刀盘，包括刀盘面板(1)、刀盘箱体( 和环向设置在刀盘面板(1) 上的多个泡沫口(3)、单刃滚刀G)、可更换式贝壳刀(5)、多把刮刀(14)和齿刀(15)，其特征是所述盾构机刀盘还包括设置在刀盘面板(1)上的多把双刃滚刀(6)、双联滚刀(7)和中心羊角刀(8)；双刃滚刀(6)环向设置在刀盘面板(1)的外缘，多把单刃滚刀(4)和贝壳刀(5)沿刀尖轨迹分布在刀盘正面，呈交叉十字形，双联滚刀(7)和中心羊角刀(8)设置在刀盘面板(1)的中心位置。
2.根据权利要求1所述的一种新型盾构机刀盘，其特征是在刀盘中心加设有一条通过刀盘中心回转体进入刀盘4个扭腿的中间注水管道(9)。
3.根据权利要求1所述的一种新型盾构机刀盘，其特征是在刀盘侧面切口处加设两道高强耐磨块(12)，耐磨块(12)上镶嵌有耐磨合金块(13)。
4.根据权利要求1所述的一种新型盾构机刀盘，其特征是在每个刀具的刀座U型块 (10)两边加焊耐磨保护块(11)。
5.根据权利要求1所述的一种新型盾构机刀盘，其特征是所述双刃滚刀(6)有4把， 可更换贝壳刀(5)有8把，单刃滚刀⑷有10把，且滚刀的刀圈硬度在HRC57 HRC60，刀圈厚度在沘讓 32mm，刀体硬度在HRC40 HRC45。
6.根据权利要求1所述的一种新型盾构机刀盘，其特征是所述中心羊角刀(8)有4 把，安装在刀盘中心1号 4号位置处，双联滚刀(7)有2把，安装在刀盘中心5号 8号位置处。
专利摘要本实用新型提供一种新型盾构机刀盘。所述盾构机刀盘所述包括刀盘面板、刀盘箱体和环向设置在刀盘面板上的多个泡沫口、单刃滚刀和可更换式贝壳刀，其特征是所述盾构机刀盘还包括设置在刀盘面板上的多把双刃滚刀、双联滚刀和中心羊角刀；双刃滚刀环向设置在刀盘面板的外缘，多把单刃滚刀和贝壳刀沿刀尖轨迹分布在刀盘正面，呈交叉十字形，双联滚刀和中心羊角刀设置在刀盘面板的中心位置。本实用新型改变了刀具的排列，刀具分布合理，既利于掘进过程中的掌子面稳定，还有效降低了刀盘扭矩，防止因刀盘中心结泥饼而出现堵塞；选择耐磨性能较好的刀具，并增加耐磨块，加强了刀具的使用寿命；刀盘开口率大，开口尺寸合理，能较好的适应地质条件。
文档编号E21D9/08GK202039854SQ20112010980
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者代为, 任江磊, 吴罡令, 廖剑平, 李有道, 王小波, 雷志彬 申请人:中铁十一局集团城市轨道工程有限公司, 中铁十一局集团有限公司