提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构及方法与流程

本发明涉及盾构工程技术领域，特指一种提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构及方法。

背景技术：

近年来，随着全国各大城市地下交通建设的发展，盾构法施工使用越来越加广泛，所需面临的地质条件也越来越复杂。

盾构机在复杂土层中施工时，地质构成复杂，可能要穿越粉质粘土、粉细砂、弱胶结砾岩、强风化粉砂质泥岩和中风化粉砂质泥岩等土层，土层粘土矿物含量高，易凝结，在盾构掘进过程中极易产生渣土凝结，附着于刀盘后形成泥饼。

如果盾构机的刀盘中心区域范围没有开口或开口较小，切削下来的泥土流动性差，则这些渣土在进入刀盘面板上开口之前，在刀盘中心及中心刀桶上堆积后易结成泥饼。一方面中心刀具被泥饼包裹后严重影响刀具的切削效果，推进速度慢；另一方面，刀盘中心区域结泥饼造成刀盘受力变大，刀盘受力不均严重，影响推进的效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构及方法，解决现有的盾构机刀盘中心因泥土流动性差而易结成泥饼并影响中心刀具的切削效果，导致推进速度慢以及刀盘中心区域的泥饼会造成刀盘受力变大和受力不均进而影响推进效率的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构，包括：

装设于刀盘中心区域的中心刀桶，所述中心刀桶上设有一加长段；以及

固定于所述中心刀桶端部并凸出于所述刀盘表面的中心刀具，所述中心刀具通过所述加长段而与所述刀盘表面之间形成一流动空间，所述流动空间的高度为所述中心刀具的端部距所述刀盘表面的距离，且所述流动空间的高度大于所述中心刀具切削下来的土块的直径的三倍。

本发明通过在中心刀桶上设置加长段增加了中心刀桶及中心刀具伸出刀盘的净高，增加了刀盘中心区域的流动空间，相当于降低了流动空间内的固相含量，便于切削下来的渣土更好地流动，达到缓解渣土相互粘结的几率。

本发明提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构的进一步改进在于，所述中心刀具切削下来的土块的直径选取所述中心刀具切削地面形成的渣土块中的最大直径。

本发明提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构的进一步改进在于，所述加长段与所述中心刀桶一体成型。

本发明提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构的进一步改进在于，所述中心刀具于所述刀盘的中心区域非均匀布设。

本发明提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构的进一步改进在于，所述加长段凸出于所述刀盘表面。

本发明还提供了一种提升渣土流动空间的盾构刀具配置方法，包括如下步骤：

提供中心刀桶，于所述中心刀桶上设置加长段；

提供中心刀具，将所述中心刀具安装于对应的中心刀桶的端部；

将所述中心刀桶装设于刀盘的中心区域，使得所述中心刀具凸出于所述刀盘表面，且所述中心刀具通过所述加长段而与所述刀盘表面之间形成一流动空间，所述流动空间的高度为所述中心刀具的端部距所述刀盘表面的距离，且所述流动空间的高度大于所述中心刀具切削下来的土块的直径的三倍。

本发明配置方法的进一步改进在于，还包括：

选取所述中心刀具切削地面形成的渣土块中的最大直径作为所述中心刀具切削下来的土块的直径。

本发明配置方法的进一步改进在于，还包括：

将所述加长段与所述中心刀桶一体成型。

本发明配置方法的进一步改进在于，将所述中心刀具于所述刀盘的中心区域非均匀布设。

本发明配置方法的进一步改进在于，将所述中心刀桶装设于所述刀盘的中心区域时，将所述加长段凸出于所述刀盘表面。

附图说明

图1为本发明提升渣土流动空间的盾构刀盘配置结构的刀盘的结构示意图。

图2为本发明提升渣土流动空间的盾构刀盘配置结构的剖视图。

图3为本发明提升渣土流动空间的盾构刀盘配置方法的流程图。

图4为先于技术中刀盘经过中心区域处的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构及方法，利用中心刀桶和中心刀具加高来增加渣土的流动空间，降低了在流动空间内渣土的固相含量，且便于中心刀具切削下来的渣土更好地流动，减缓渣土的粘结。下面结合附图对本发明一种提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构及方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明提升渣土流动空间的盾构刀盘配置结构的刀盘的结构示意图。参阅图2，显示了本发明提升渣土流动空间的盾构刀盘配置结构的剖视图。下面结合图1和图2，对本发明提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构进行说明。

如图1和图2所示，本发明的提升渣土流动空间的盾构刀具配置结构包括中心刀桶21和中心刀具22，中心刀桶21装设在刀盘11的中心区域113处，中心刀桶21上设有一加长段211；中心刀具22固定于中心刀桶21端部并凸出于刀盘11的表面，中心刀具22通过加长段211而与刀盘11的表面之间形成一流动空间，该流动空间的高度为中心刀具22的端部距刀盘11表面的距离，且该流动空间的高度大于中心刀具22切削下来的土块的直径的三倍。

本发明通过在中心刀桶上设置加长段增加了中心刀桶及中心刀具伸出刀盘的净高，增加了刀盘中心区域的流动空间，相当于降低了流动空间内的固相含量，便于切削下来的渣土更好地流动，达到缓解渣土相互粘结的几率。

本发明的刀盘11包括多个辐条板111和刀盘架，多个辐条板安装于刀盘架内，相邻两个辐条板111之间设置有开口112，多个辐条板111的一端相互连接，另一端沿刀盘11的外缘均匀布设。多个辐条板111相互连接的一端位于刀盘11的中心部位，形成了中心区域，在中心区域布设有多个中心刀具22。中心刀具22切削下来的土块经过刀盘11上的开口111进入到盾构机内并被排出。

作为本发明的一较佳实施方式，中心刀具22切削下来的土块的直径选取该中心刀具22切削地面形成的渣土块中的最大直径。

较佳地，利用中心刀具22切削地面形成多个渣土块，选取多个渣土块中最大的一个渣土块的直径作为中心刀具22切削下来的土块的直径。渣土块的数量可以为10个，也可以为20个。利用最大的一个渣土块的直径来计算得到流动空间的高度，进而再根据该流动空间的高度计算得出加长段211的长度。

中心刀具的加工理论值：渣土流动空间应不小于3倍架桥颗粒粒径，该架桥颗粒即为中心刀具切削下来的土块的直径，粒径的取值根据地面渣土最大颗粒粒径设定。流动空间在盾构开挖方向的距离(高度)即为中心刀具高于刀盘11表面的数值。

作为本发明的另一较佳实施方式，加长段211和中心刀桶21一体成型。

将加长段211设于中心刀桶21上安装中心刀具22的端部处，该加长段211与中心刀桶21一体成型，确保了中心刀桶21的整体结构强度。

进一步地，结合图2所示，在安装好中心刀桶21后，加长段211凸出于刀盘11的表面。从而通过设置的加长段211使得刀盘11的表面和中心刀具22的端部之间形成流动空间。

作为本发明的再一较佳实施方式，中心刀具22于刀盘11的中心区域113非均匀布设。

如图4所示，显示了现有技术中刀盘11a的中心区域处的剖视图，中心刀桶21a安装于刀盘11a上，使得中心刀具22a凸出于刀盘11a的表面。假设刀盘11a的中心区域的直径为d，中心刀桶21a的高度为x，中心刀具22a伸出刀盘11a的距离即中心刀具22a的高度为y，将中心区域直径d范围刀盘和开挖面之间的空间看作是土舱，则现有技术中刀盘的土舱体积为v1＝y*πd²/4。

结合图2所示，本发明的刀具配置结构在中心刀桶21上设置加长段211使得中心刀桶21的高度为z，中心刀具22的高度为l，中心刀桶21及中心刀具22相对于图4所示的现有的中心刀桶21a和中心刀具22a增加的净高为h＝(z+l)-(x+y)，将中心区域直径d范围刀盘和开挖面之间的空间看作是土舱，则本发明的刀具配置结构的土舱体积为v2＝(z-x+l)*πd²/4。与图4的现有技术相比，本发明的刀具配置结构在刀盘中心区域土舱体积增加为v2-v1，土舱体积增加率为(v2-v1)/v1。

本发明的刀具配置结构提供一种中心刀桶及中心刀具加高的刀具配置结构，增加了渣土的流动空间，降低了在流动空间内渣土的固相含量，便于中心刀具切削下来的渣土更好地流动，减缓了渣土的粘结。

中心刀桶及中心刀具的加高值应大于切削下来的土块直径(或渣土直径)的三倍，该加高值也不可盲目设置，即不可设置的过大，应根据实际施工情况中刀盘处的受力来确定，即应满足刀盘整体结构的强度，避免过大的加高值易导致中心刀具因受力过大而频繁的损坏。在中心刀桶及中心刀具加高后，需要定期抽查中心刀具的磨损情况，以及时更换中心刀具，确保掘进施工的作业安全。

在中心刀桶及中心刀具加高后，对应地，根据施工的开挖面计算刀盘的实际受力，并依据刀盘的实际受力设计适合的中心刀具的尺寸、嵌入深度及硬度，以提高中心刀具的使用寿命。

下面对本发明提供的提升渣土流动空间的盾构刀具配置方法进行说明。

如图3所示，本发明的一种提升渣土流动空间的盾构刀具配置方法，包括如下步骤：

执行步骤s101，提供中心刀桶，结合图2所示，于中心刀桶21上设置加长段211；接着执行步骤s102。

执行步骤s102，提供中心刀具，将中心刀具22安装于对应的中心刀桶21的端部；接着执行步骤s103。

执行步骤s103，结合图1所示，将中心刀桶21装设于刀盘11的中心区域113，使得中心刀具22凸出于刀盘11表面，且中心刀具22通过加长段211而与刀盘11表面之间形成一流动空间，流动空间的高度为中心刀具22的端部距刀盘表面的距离，且流动空间的高度大于中心刀具22切削下来的土块的直径的三倍。

本发明通过在中心刀桶上设置加长段增加了中心刀桶及中心刀具伸出刀盘的净高，增加了刀盘中心区域的流动空间，相当于降低了流动空间内的固相含量，便于切削下来的渣土更好地流动，达到缓解渣土相互粘结的几率。

作为本发明的一较佳实施方式，还包括：

选取中心刀具22切削地面形成的渣土块中的最大直径作为中心刀具切削下来的土块的直径。

较佳地，利用中心刀具22切削地面形成多个渣土块，选取多个渣土块中最大的一个渣土块的直径作为中心刀具22切削下来的土块的直径。渣土块的数量可以为10个，也可以为20个。利用最大的一个渣土块的直径来计算得到流动空间的高度，进而再根据该流动空间的高度计算得出加长段211的长度。

中心刀具的加工理论值：渣土流动空间应不小于3倍架桥颗粒粒径，该架桥颗粒即为中心刀具切削下来的土块的直径，粒径的取值根据地面渣土最大颗粒粒径设定。流动空间在盾构开挖方向的距离(高度)即为中心刀具高于刀盘11表面的数值。

作为本发明的另一较佳实施方式，还包括：

将加长段211与中心刀桶21一体成型。将加长段211设于中心刀桶21上安装中心刀具22的端部处，该加长段211与中心刀桶21一体成型，确保了中心刀桶21的整体结构强度。

进一步地，将中心刀桶21装设于刀盘11的中心区域时，将加长段211凸出于刀盘11表面。

作为本发明的又一较佳实施方式，将中心刀具22于刀盘11的中心区域113非均匀布设。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。