一种在岩土复合地层使用的特殊盾构刀具组合制造技术

本实用新型专利技术涉及一种在岩土复合地层使用的特殊盾构刀具组合。其特点在于：采用辐条式半弧度刀盘，开口率３９％，在刀盘同时配置了滚刀、先行刀、刮刀、超挖刀四种切削刀具。采用辐条式半弧度刀盘提高了刀盘的整体刚度；开口率从一般的３０％提高至３９％，降低了粘性土堵塞刀盘的可能性；滚刀、先行刀、刮刀、超挖刀四种不同刀具的组合，适应于岩层、砂土、软土等不同地质条件。本实用新型专利技术的应用，能很好解决在类似岩土复合地层盾构掘进施工使用，今后同类地质条件下盾构掘进施工中可参照使用。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种在岩土复合地层使用的特殊盾构刀盘刀具组合。
技术介绍
随着我国城市建设步伐的加快，地铁施工正在上海、广州、深圳、南京、北京等城市 如火如荼的进行，而且全国其他多个城市都在计划或准备修建地铁。地铁施工的全面开展 必然带来一系列技术问题，特别是地质条件对工程施工的影响尤为突出。在南京地铁工程建设中，由于当地地质条件复杂存在软土层、砂土层、硬塑土层、 岩层等各种不同性状的岩土层，对于盾构施工带来了很大的难度。这其中，盾构在岩土复合 地层中掘进也是难点之一。所谓“复合地层”，就是在地下工程开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种或 两种以上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的 组合地层。不同于上海、北京等地铁等施工中的开挖全断面为粘土层、砂层等均一地层。复合 地层可能是在开挖断面垂直方向上不同地层的组合如“上软下硬”地层，即隧道上部为强 度较低的软土地层，下部是坚硬的岩石层；也可能是在开挖断面水平方向上的不同地层组 合在一个施工段中，分布不同时代、不同层序、不同物理性质的地层，表现出水平方向上工 程地质的差异。在复合地层进行盾构掘进，需要盾构机特别是盾构刀盘对地层有较强的适应性。 在一般均一软土地层，盾构刀盘采用平面直角型，只安装刮刀(如上海地铁)；在均一硬岩 地层，盾构刀盘采用全滚刀配置来切削岩层。由于切削机理不同，刮刀以剪切作用破碎岩土层，滚刀以挤压作用破碎岩土层。如 采用单一刮刀破碎岩层，刮刀破碎效率极低，并造成快速磨损；如采用单一滚刀在软土层掘 进，挤压作用无法切削软土，并且由于滚刀无法顺利滚动，会造成滚刀偏磨效应，破坏滚刀 功能。因此，在岩土复合地层采用单一刮刀或单一滚刀的盾构刀盘配置都无法适应特殊地 质条件的要求，大大影响盾构掘进效率。针对地质条件的特殊性，在盾构施工中使用的盾构机应是“度身定做”的，这个 “身”就是复合地层。因此，在特殊条件下，亟待专利技术一种能够同时适应软土地层和岩石地层 的盾构刀盘，保证在岩土复合地层盾构能够顺利掘进。
技术实现思路
本技术的目的是解决传统单一配置的盾构刀盘，在岩土复合地层这一特殊地 质中难以适应，从而造成盾构掘进效率低下的情况。本技术设计一种在岩土复合地层 使用的特殊盾构刀具组合，其特征在于采用半弧度式刀盘，开口率39 %，在刀盘同时配置 了滚刀、先行刀、刮刀、超挖刀四种切削刀具。其特征为刀盘为辐条面板型，由六根辐条加 封板组成，在各辐条及面板上设置了切削刀具。其特征为刀盘配置了的滚刀为中心滚刀和正面滚刀，刀盘配置的滚刀为四把中心滚刀和十六把正面滚刀，中心滚刀位于刀盘中部，正 面滚刀密布于刀盘的各圆环线上，中心滚刀和正面滚刀均为双刃滚刀。其特征为刀盘上的 刮刀两列一组设置，沿半径分布，刀盘上有一百二十六把刮刀，先行刀成列设置，沿半径分 布，位于两组刮刀之间，刀盘上有四十七把先行刀，超挖刀位于刀盘两边侧上。其特征为刮 刀高于刀盘面80mm，先行刀高于刀盘面105mm，滚刀高于刀盘面140mm，超挖刀沿径向外伸 40mm。本技术的优点是能够同时适应软土地层和岩石地层的盾构刀盘，保证在岩土复 合地层盾构能够顺利掘进。附图说明图1为本技术的结构示意图，图2为滚刀结构示意图，图3为中心滚刀结构示 意图，图4为先行刀结构示意图，图5为刮刀结构示意图，图6为超挖刀结构示意图。图中 1为刀盘，2为中心滚刀，3为滚刀，4为先行刀，5为刮刀，6为超挖刀。具体实施方式采用半弧度式刀盘，开口率39%，刀盘直径Φ6450，在刀盘同时配置了滚刀、先行 刀、刮刀、超挖刀四种切削刀具。其特征为刀盘为辐条面板型，由六根辐条加封板组成，在 各辐条及面板上设置了切削刀具。其特征为刀盘配置了的滚刀为中心滚刀和正面滚刀，刀 盘配置的滚刀为四把中心滚刀和十六把正面滚刀，中心滚刀位于刀盘中部，正面滚刀密布 于刀盘的各圆环线上，中心滚刀和正面滚刀均为双刃滚刀。其特征为刀盘上的刮刀两列一 组设置，沿半径分布，刀盘上有一百二十六把刮刀，先行刀成列设置，沿半径分布，位于两组 刮刀之间，刀盘上有四十七把先行刀，超挖刀位于刀盘两边侧上。其特征为刮刀高于刀盘 面80mm，先行刀高于刀盘面105mm，滚刀高于刀盘面140mm，超挖刀沿径向外伸40mm。刀盘为辐条面板型的六根辐条加封板，中间支持方式，在各辐条及面板上设置了 切削刀具，可以顺时针或逆时针回转对开挖面进行掘削的构造。对一般复合地层软土、砂 土、岩石层都能很好地适应。并且，考虑到如果在粘性土层中施工，可能会产生粘性土粘附 在刀盘及缝隙上从而引起堵塞，将开口率从一般的30%提高至39%。刀盘主体结构由辐条、面板、侧板、筋板、外缘板、后盖板、耐磨合金条和支撑梁焊 接而成，整体性强。(2)设计刀盘直径Φ 6450，大于盾体直径Φ 6340。可保证刀盘、刀具在岩层掘进磨 损后，盾体与周边围岩不至于卡死。(3)刀盘配置了适用于切削岩层的中心滚刀、正面滚刀(都为双刃滚刀)，可以切 削破碎天然单轴抗压强度在50Mpa以下各类岩层；配置刮刀、先行刀、超挖刀，适用于切削 粉质粘土、砂土等软土层；滚刀磨损较大后，先行刀也可应付短距离岩层掘进。刀盘配置4把中心滚刀、16把正面滚刀、126把刮刀、47把先行刀、2把超挖刀。(4)刀具高度及组合高度差刮刀高于刀盘面80mm，先行刀高于到盘面105mm，滚刀高于到盘面140mm。较高的刀具高度、较大的高度差有其重要意义刀具高度大对防止结 泥饼有利。复合地层中，岩土黏粒成分较高，这些细小颗粒会粘结在刀盘上形成“泥饼”。如 刀具高度不足，泥饼将会将刀具“糊死”。因此，刀具高度大有一定优势。各种刀具高差大有 利于破岩。岩层中，滚刀主要通过对岩石的挤压来达到破岩效果。要求对滚刀提供一定正面压力，并使滚刀贯入岩石一定深度(以h表示)才可。如滚刀与刮刀等刀具高度差(以 d表示)较小，使其“卡住”岩面，从而限制了滚刀对岩面的进一步贯入，降低了滚刀的破岩 能力。因此，当滚刀与刮刀的高度差d限制滚刀贯入深度h，破岩效果肯定会降低 。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在岩土复合地层使用的特殊盾构刀具组合，其特征在于：采用半弧度式刀盘，开口率３９％，在刀盘同时配置了滚刀、先行刀、刮刀、超挖刀四种切削刀具。

【技术特征摘要】
一种在岩土复合地层使用的特殊盾构刀具组合，其特征在于采用半弧度式刀盘，开口率39％，在刀盘同时配置了滚刀、先行刀、刮刀、超挖刀四种切削刀具。2 按权利要求1所述的一种在岩土复合地层使用的特殊盾构刀具组合，其特征为刀 盘为辐条面板型，由六根辐条加封板组成，在各辐条及面板上设置了切削刀具。3.按权利要求1所述的一种在岩土复合地层使用的特殊盾构刀具组合，其特征为刀 盘配置了的滚刀为中心滚刀和正面滚刀，刀盘配置的滚刀为四把中心滚刀和十六把正面滚 刀，中心滚刀位于刀盘中部，正面滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新利，金福强，施鸿蒙，蔡国樑，
申请(专利权)人：上海市机械施工有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]