一种适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘及其配置方法与流程

本发明涉及盾构施工，具体涉及一种适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘刀具及其配置方法。

背景技术：

1、近年来，随着国家对交通基础设施建设的投入逐年加大，盾构法施工在地下隧道建设中也使用的越来越广泛，其使用环境也随之变得越来越复杂。

2、盾构法一般适用于较为均质的地层，但由于自然界中地质环境的随机性和复杂性，地质界面起伏不定，在盾构施工中遭遇上软下硬复合地层也已经成为普遍情况。在上软下硬地层中，其粘土矿物含量高而含水量又较低，开挖下来的渣土流动性差，更易于在到盘上堆积形成泥饼，降低盾构掘进速度，增大刀具的磨损情况，使得盾构掘进效率大大降低，施工进程延缓。另外，由于现有的盾构机不能完全适应上软下硬的复合地层，经常出现刀盘、刀具非正常磨损，刀具中的鱼尾刮刀、齿刀、刮边刀、撕裂刀以及辐条肋板等分布位置合理性和安装牢固性也达不到需求，尤其极其容易出现结泥饼的现象，严重影响了盾构施工效率。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于上软下硬复合地层的刀盘及其配置方法，通过改变刀盘、刀具以及刀筒的形态，缓解在复合地层中因切削下来的渣土流动性差粘性高，而产生的结泥饼情况，导致盾构机掘进速度下降、刀具磨损的情况大幅上升，严重影响盾构施工效率的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，包括刀盘本体，所述刀盘本体的刀面上沿着刀面的径向设置多根主肋板，每根主肋板上间隔设置多个双刃滚刀，所述双刃滚刀通过刀筒安装在主肋板上，所述刀筒内设置挡泥板；相邻的两个主肋板之间根据所需要的刀盘开口率选择设置或者不设置肋板，以及确定设置肋板的数量。

4、在本发明的一些实施方式中，所述双刃滚刀包括两个镶齿滚刀，所述镶齿滚刀的圆周面上设置多个v型刀齿，所述多个v型刀齿的刀刃同向，且沿着镶齿滚刀的圆周方向均匀分布。

5、在本发明的一些实施方式中，镶齿滚刀上位于v型刀齿两侧的圆周位置处设置堆焊层，所述堆焊层的厚度为45-55mm。

6、在本发明的一些实施方式中，所述刀筒的一端设置刀具限位槽，用于安装双刃滚刀，另一端设置安装座，通过安装座将刀筒安装在刀盘上的主肋板上。

7、在本发明的一些实施方式中，所述挡泥板设置在刀筒内双刃滚刀的后部，所述挡泥板为异形矩形结构。

8、在本发明的一些实施方式中，所述双刃滚刀沿刀盘的中心向边缘呈米字型设置，其中，位于刀盘中心位置处的多个双刃滚刀不规律布设，位于刀盘中心外周处的多个双刃滚刀的轴心均沿着刀盘的径向设置。

9、在本发明的一些实施方式中，所述刀盘本体的外周上还均匀间隔设置多个先行刀，所述先行刀的高度比双刃滚刀的高度高5-15mm。

10、在本发明的第二方面，提供了一种适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘的配置方法，配置前的盾构刀盘包括刀盘本体，刀盘本体上设置多根主肋板，所述主肋板上安装多个撕裂刀或光面滚刀，相邻的主肋板之间设置有肋板，肋板靠近刀盘圆周边缘，且肋板通过多根肋板辐条进行固定，其特征在于，在盾构过程中，当遇到上软下硬复合地层时，配置前的盾构刀盘不能满足上软下硬的复合地层的要求，对盾构刀盘进行以下配置：

11、将原有刀盘上的撕裂刀或光面滚刀更换为双刃滚刀；

12、双刃滚刀通过刀筒安装在刀盘上，且刀筒内加装挡泥板。

13、在本发明的一些实施方式中，割除刀盘上靠近刀盘圆周位置处的肋板，包括：

14、根据具体地层情况，确定刀盘开口率以及需要进行肋板切除的位置以及割除辐条数量；

15、依次采用切割机割除边缘肋板辐条，每割除一根辐条就对刀盘该处位置及周边进行刚度检测，确保刀盘整体的稳定性；

16、待周边辐条割除完毕后，进行轴心肋板的割除，待割除完毕后，检测刀盘刚度；

17、若刚度合格，则可以继续投入使用，若刚度出现折损，立即对刀盘进行加固措施。

18、在本发明的一些实施方式中，双刃滚刀包括两个镶齿滚刀，所述镶齿滚刀的圆周面上均匀设置多个v型刀齿，所述多个v型刀齿的刀刃同向，且沿着镶齿滚刀的圆周方向。

19、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

20、(1)本发明提供的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，通过在相邻的主肋板之间选择设置或者不设置肋板，以及通过确定设置肋板的数量，来改变刀盘的开口率以达到所需要的刀盘开口率，在保证刀盘强度的情况下，使刀盘具有较大的开口率，以提高开挖仓内渣土的流动性，有效缓解结泥饼情况。

21、(2)本发明提供的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，设置有镶齿滚刀，通过两个镶齿滚刀组成双刃滚刀，可以在一定的区域增大掘进力，从而减少单个滚刀的磨损，提高掘进效率；通过在镶齿滚刀两侧的圆周上设置堆焊层可以有效防止结泥饼情况下的刀具偏磨，减少了刀具的磨损情况；通过采用v型滚刀刀齿，既能够破除硬岩，又由于v字型刀面，增大了与软土的摩擦力，可以更好的适配软土地层，避免刀具空转，提高上软下硬复合地层的掘进效率。

22、(3)本发明提供的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，在中心位置处对滚刀采用不规律的方式布设，且布设较为密集，空置位置方便后期加装高压喷射装置，辅助中心滚刀进行开挖；周围滚刀采用较为均匀的米字型布设，以确保较高的掘进效率以及确保隧道掌子面受力均匀，维持掌子面稳定。

23、(4)本发明提供的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，通过在导筒内设置挡泥板可以防止在滚刀出现结泥饼情况后，防止粘土团进入滚刀后的空腔内，确保滚刀不偏磨，可以长期正常旋转，减少检查和换刀的频次，从而降低施工成本，提高施工效率。

24、(5)本发明提供的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘的配置方法，直接在现有刀盘上通过切割肋条改变刀盘开口率，实现在不影响刀盘刚度和强度的情况下，提高开挖仓内渣土的流动性，有效缓解结泥饼情况；通过改变刀具以及刀筒的形态，降低在上软下硬复合地层出现的结泥饼情况，且不会发生偏磨情况，提高了盾构的掘进速度；本发明提供的方法，无需制定或者替换新的刀盘，只需在现有刀盘上进行改造即可实现，不会耽误施工进度，同时还降低了成本。

技术特征：

1.一种适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，其特征在于，包括刀盘本体，所述刀盘本体的刀面上沿着刀面的径向设置多根主肋板，每根主肋板上间隔设置多个双刃滚刀，所述双刃滚刀通过刀筒安装在主肋板上，所述刀筒内设置挡泥板；相邻的两个主肋板之间根据所需要的刀盘开口率选择设置或者不设置肋板，以及确定设置肋板的数量。

2.如权利要求1所述的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，其特征在于，所述双刃滚刀包括两个镶齿滚刀，所述镶齿滚刀的圆周面上设置多个v型刀齿，所述多个v型刀齿的刀刃同向，且沿着镶齿滚刀的圆周方向均匀分布。

3.如权利要求2所述的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，其特征在于，镶齿滚刀上位于v型刀齿两侧的圆周位置处设置堆焊层，所述堆焊层的厚度为45-55mm。

4.如权利要求1所述的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，其特征在于，所述刀筒的一端设置刀具限位槽，用于安装双刃滚刀，另一端设置安装座，通过安装座将刀筒安装在刀盘上的主肋板上。

5.如权利要求1所述的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，其特征在于，所述挡泥板设置在刀筒内双刃滚刀的后部，所述挡泥板为异形矩形结构。

6.如权利要求1所述的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，其特征在于，所述双刃滚刀沿刀盘的中心向边缘呈米字型设置，其中，位于刀盘中心位置处的多个双刃滚刀不规律布设，位于刀盘中心外周处的多个双刃滚刀的轴心均沿着刀盘的径向设置。

7.如权利要求1所述的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘，其特征在于，所述刀盘本体的外周上还均匀间隔设置多个先行刀，所述先行刀的高度比双刃滚刀的高度高5-15mm。

8.一种适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘的配置方法，配置前的盾构刀盘包括刀盘本体，刀盘本体上设置多根主肋板，所述主肋板上安装多个撕裂刀或光面滚刀，相邻的主肋板之间设置有肋板，肋板靠近刀盘圆周边缘，且肋板通过多根肋板辐条进行固定，其特征在于，在盾构过程中，当遇到上软下硬复合地层时，配置前的盾构刀盘不能满足上软下硬的复合地层的要求，对盾构刀盘进行以下配置：

9.如权利要求8所述的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘的配置方法，其特征在于，割除刀盘上靠近刀盘圆周位置处的肋板，包括：

10.如权利要求8所述的适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘的配置方法，其特征在于，双刃滚刀包括两个镶齿滚刀，所述镶齿滚刀的圆周面上均匀设置多个v型刀齿，所述多个v型刀齿的刀刃同向，且沿着镶齿滚刀的圆周方向。

技术总结
本发明公开了一种适用于上软下硬复合地层的盾构刀盘及其配置方法，所述盾构刀盘包括刀盘本体，所述刀盘本体的刀面上沿着刀面的径向设置多根主肋板，每根主肋板上间隔设置多个双刃滚刀，所述双刃滚刀通过刀筒安装在主肋板上，所述刀筒内设置挡泥板；相邻的两个主肋板之间根据所需要的刀盘开口率选择设置或者不设置肋板，以及确定设置肋板的数量；本发明适用于上软下硬复合地层的盾构掘进施工，可以有效减少刀盘结泥饼的情况，提高舱内渣土的流动性，减少了检查和更换滚刀的频率，从而降低施工成本，提高盾构施工效率。

技术研发人员：王承震,于文端,徐恒吉,杨民强,郭建豪,丁万涛,文毅然,曹凯,王涵
受保护的技术使用者：中铁十四局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15