一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构，所述用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构包括：重型刀盘，所述重型刀盘为辐板式中间支撑结构，所述重型刀盘的开口率范围为20％至30％；双刃中心滚刀，所述双刃中心滚刀互相垂直设置在所述重型刀盘的中心位置；单刃正面滚刀，所述单刃正面滚刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述重型刀盘的四条主辐臂上方；单刃周边滚刀，所述单刃周边滚刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述四条主辐臂的端部；辅助刀，所述辅助刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述重型刀盘的辐臂上方。该刀盘结构适应于软硬不均、交互侵入的复合岩层盾构掘进。
【专利说明】一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及盾构机刀盘领域，特别是涉及一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构 刀盘结构。
【背景技术】
[0002] 辉绿岩强度高，石英与金属矿物含量大，中风化辉绿岩饱和单轴抗压强度高达 140MPa，按《工程岩体分级标准》（GB50218-94)，当岩石单轴饱和抗压强度> 60MPa时，属于 坚硬岩；按《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999)及《铁路隧道设计规 范》（TB10003-2005)辉绿岩属于极硬岩，风化程度较弱的辉绿岩，按实际单轴抗压强度，其 普氏硬度系数f> 16,属于普坚石XIII类，属于极难钻掘地层。
[0003] 中、强、全风化板岩，饱和单轴抗压强度小于30MPa，属于软岩。
[0004] 不同风化程度的辉绿岩，辉绿岩与板岩，不同风化程度的板岩地层之间呈现不规 律、不均匀、不稳定的交互侵入分布，形成软硬不均互侵复合岩层。不同地层或不同风化程 度岩层之间错综交杂，交互侵入，掌子面地层性状变化快，岩性特征差异大，地层及风化分 界转换频繁，复合地层性状极其明显，且夹杂薄层状风化夹层，富含石英及金属矿物，地层 破碎，整体性差，岩石裂隙发育，易成块状节理，刀盘切削后掌子面极不平整，盾构掘进困 难，开仓查刀、换刀频繁，安全风险大，刀具异常磨损严重，刀具投入大，施工效率低，施工成 本和安全风险增大。
[0005] 在软硬不均互侵复合岩层不平整的掘进岩面，盾构机刀盘的滚刀本身切削规律发 生变化，滚刀不能紧压岩面挤入并转动，而是不断地忽高忽低地运动，故持续存在滚刀缺少 着力界面而不转偏磨，受岩石突然冲击而使刀圈、刀轴断裂的问题。岩石强度高，其中更含 有大量同样高强的石英岩及金属矿物对刀具受力性能要求极高，刀具磨损量明显加大，寿 命急速缩减，对刀座刀箱也造成了较大冲击而致变形。
[0006] 在软硬不均互侵复合岩层，因掌子面地层分布不均，破碎，切削后岩石呈块状碎 裂，掌子面极不平整，盾构机刀盘的齿刀及铲刀提前参与破岩受力，在盾构机刀盘转动下， 受到掌子面突出岩块、尖岩的冲击，齿刀及铲刀固定螺栓因受弯拉和受剪力过大而崩断，致 刀具崩落，刀座螺栓孔变形，螺纹损坏。崩落的齿刀、铲刀刀具及断裂的滚刀刀圈、刀体等残 体在刀盘前方及土仓内反复搅动，不能及时排出，对滚刀造成了很大的撞击、挤压、摩擦作 用，使滚刀大面积频繁出现：被挤入刀箱，造成滚刀发生偏磨；刀圈被挤脱，失去作用；刀圈 被撞击致断裂或出现缺口；刀轴受力异常而断裂；与刀体发生挤压等，造成刀体变形，端盖 挤出，刀毂被严重挤压变形，刀箱变形，最后无法拆出，只能破坏性气割拆除，使刀具报废。 滚刀被卡死，刀具圈严重偏磨，更有甚者，刀圈断裂后刀体被偏磨严重；滚刀固定楔块、螺栓 因间接受力而变形、折断。软硬不均互侵复合岩层对滚刀的密封损害较大，长期高压作用 下，密封受损失效，水及岩屑、粉末颗粒等进入，进而使轴承生锈、磨损。刀盘正面边缘（铲 刀刀座后方）耐磨及本体因铲刀崩落失去保护，掉落刀具及刀座落入刀盘底部随刀盘搅动 而致磨损。
[0007] 因此希望有一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构来克服或至少减轻 上述的缺陷。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构来克服 现有技术中存在的上述问题。
[0009] 为实现上述目的，本发明提供一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构， 包括：
[0010] 重型刀盘，所述重型刀盘为辐板式中间支撑结构，所述重型刀盘的开口率范围为 20%至 30% ;
[0011] 双刃中心滚刀，所述双刃中心滚刀互相垂直设置在所述重型刀盘的中心位置；
[0012] 单刃正面滚刀，所述单刃正面滚刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述重型刀盘 的四条主辐臂上方；
[0013] 单刃周边滚刀，所述单刃周边滚刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述四条主辐 臂的端部；
[0014] 辅助刀，所述辅助刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述重型刀盘的辐臂上方。
[0015] 在重型刀盘上设置四条互相垂直交叉的主辐臂，所述四条主辐臂板的交叉点设置 在重型刀盘的中心位置，四条主辐臂的上表面形成主辐臂盘面；在重型刀盘的中心位置设 置四条辐条，所述四条辐条分别与四条主辐臂呈45°间隔布置。
[0016] 优选地，所述辅助刀包括：正面齿刀、铲刀和保护刀，所述正面齿刀根据盾构刀盘 的切削轨迹设置在所述重型刀盘的四条辐条的两侧，所述保护刀设置在所述辐条的辐臂上 方，所述铲刀设置在所述辐条的端部。
[0017] 优选地，所述铲刀的宽度范围值为200mm至250mm，所述铲刀的高度范围值为 250mm 至 300mm。
[0018] 优选地，所述滚刀包括：中心双刃滚刀、正面滚刀和周边滚刀，所述中心双刃滚刀 互相垂直设置在所述重型刀盘的中心位置，所述正面滚刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在 四条主辐臂上方，所述周边滚刀分别设置在所述四条主辐臂的端部。
[0019] 优选地，所述重型刀盘的前板厚度为50mm-100mm。
[0020] 优选地，所述用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构进一步包括：泡沫管路， 所述泡沫管路设置在所述重型刀盘下方和/或所述重型刀盘中心位置。
[0021] 优选地，所述用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构进一步包括：鱼尾刀，所 述鱼尾刀设置在所述中心双刃滚刀的上方
[0022] 本发明提供了一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构，提高盾构机的掘 进效率，减少因异常磨损换刀的次数及数量，减少盾构机开仓换刀频率和时间，节约工期， 减轻施工环境及设备安全风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘的结构示意图。
[0024] 图2是铲刀的结构示意图。
[0025] 图3是正面齿刀的结构示意图。
[0026] 图4是周边滚刀的结构示意图。
[0027] 图5是正面滚刀的结构示意图。
[0028] 附图标记：
[0029]
【权利要求】
1. 一种用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构，其特征在于，包括： 重型刀盘，所述重型刀盘为辐板式中间支撑结构，所述重型刀盘的开口率范围为20% 至 30% ; 双刃中心滚刀，所述双刃中心滚刀互相垂直设置在所述重型刀盘的中心位置； 单刃正面滚刀，所述单刃正面滚刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述重型刀盘的四 条主辐臂上方； 单刃周边滚刀，所述单刃周边滚刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述四条主辐臂的 端部； 辅助刀，所述辅助刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所述重型刀盘的辐臂上方。
2. 如权利要求1所述的用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构，其特征在于，所 述辅助刀包括：正面齿刀、铲刀和保护刀，所述正面齿刀根据盾构刀盘的切削轨迹设置在所 述重型刀盘的四条辐条的两侧，所述保护刀设置在所述辐条的辐臂上方，所述铲刀设置在 所述辐条的端部。
3. 如权利要求2所述的用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构，其特征在于，所 述铲刀的宽度范围值为200mm至250mm，所述铲刀的高度范围值为250mm至300mm。
4. 如权利要求2所述的用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构，其特征在于，所 述重型刀盘的前板厚度为50mm至100mm。
5. 如权利要求3所述的用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构，其特征在于，所 述用于软硬不均互侵复合岩层的盾构刀盘结构进一步包括：鱼尾刀，所述鱼尾刀设置在所 述中心双刃滚刀的上方。
【文档编号】E21D9/08GK104060995SQ201410310077
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】周刘刚, 杨凯, 王良, 郭全国, 恽军, 朱伟, 武福美 申请人:北京城建设计发展集团股份有限公司, 北京城建集团有限责任公司