一种泥水盾构机错开式空隙可变刀盘及泥水盾构机

1.本发明属于地质工程、岩土工程、隧道与地下建筑工程、隧道开挖领域，具体涉及一种泥水盾构机错开式空隙可变刀盘及泥水盾构机。


背景技术：

2.盾构隧道掘进机，又称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械。由于其具有自动化程度高、节省人力、施工速度快的特点，且在开挖时可控制地面沉降，从而减少对地面建筑物的影响，因而受到广泛应用。在隧道开挖过程中，会遇到不同的围岩条件，频繁更换刀盘不仅消耗大量的人力物力，还会延长施工周期。
3.中国专利cn110284894a公开了一种盾构机用柔性复合刀盘，采用可前后伸缩硬岩滚刀的柔性复合刀盘，在软土段施工时，伸缩油缸收缩，硬岩滚刀随之收缩至最小高度，低于软土刀具高度，从而减小了硬岩滚刀与掘进土体的接触摩擦，进而有效降低或防止其偏磨缺陷的产生。当施工进入岩石地段时，伸缩油缸伸长，带动硬岩滚刀向刀盘结构前方延伸，硬岩滚刀高度高出软土刀具高度。硬岩滚刀对岩石进行挤压破岩。从而有效防止岩石对软土刀具的快速磨损技术缺陷。进而使得复合刀盘中硬岩滚刀与软土刀具充分发挥其各自优势。但该专利仅能提供适用于两种土质的刀盘，适用性不够广泛。
4.中国专利cn105240026a公开了刀盘开口率主动可变的方法和开口率主动可变刀盘，实现了在掘进过程中伸缩可以改变刀盘的开口率，在挖掘到不同地层时使用不同的开口大小，这样可以使刀盘适应很多地质条件，大大增加了掘进效率；在停止作业需要开仓进人操作时，可以将闸门完全闭合，这样掌子面的砂石等物体会被阻挡在刀盘以外，保障了进仓人员的安全；在挖掘时前方出现塌陷情况时，可以将闸门完全闭合，这样可以有效的控制塌陷情况，待后方处理完毕后将闸门打开进行作业。但该专利刀盘结构复杂。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了提供一种泥水盾构机错开式空隙可变刀盘及泥水盾构机。实现了在不更换刀盘的条件下，根据隧道不同围岩状况控制刀盘改变空隙大小，能够适应更复杂的隧道内环境，对隧道工程开挖有重大意义。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现：
7.本发明第一方面提供一种泥水盾构机错开式空隙可变刀盘，包括刀盘本体和中央控制系统；
8.所述的刀盘本体由同心设置并可相对旋转的一层刀盘和二层刀盘组成；
9.所述的中央控制系统用于控制一层刀盘和二层刀盘的相对旋转，以调节一层刀盘和二层刀盘间的空隙。
10.优选地，所述的一层刀盘和二层刀盘均具有呈“十”字形连接的四个臂部，且一层刀盘和二层刀盘的四个臂部在旋转平面上交错布置。
11.优选地，通过改变第一刀盘的一个臂部与第二刀盘在旋转平面上与其相邻的一个
臂部之间的夹角实现一层刀盘和二层刀盘间的空隙的调节。
12.优选地，所述的中央控制系统具有控制器和通讯线路，所述的控制器用于驱动一层刀盘和/或二层刀盘旋转，所述的通讯线路用于将包括确定的刀盘空隙在内的数据传递至控制器中。
13.优选地，所述的控制器用于控制二层刀盘旋转，以调节一层刀盘和二层刀盘间的空隙。
14.优选地，所述的控制器为采用与二层刀盘连接的机械转轴，所述的机械转轴通过驱动机构驱动进行旋转。驱动机构可以采用驱动电机等进行控制。
15.优选地，所述的控制器设置于一层刀盘和二层刀盘的旋转轴处。
16.本发明第二方面提供一种泥水盾构机，具有所述的刀盘。
17.优选地，所述的刀盘设置于盾构机的前部，一层刀盘设置于二层刀盘的前方。
18.优选地，根据不同围岩状况调节一层刀盘和二层刀盘间的空隙；当土质较硬且岩石较多时，调整一层刀盘和二层刀盘间的空隙变小，使得刀盘切削下来的渣土更易运输，当土质较软时，调整一层刀盘和二层刀盘间的空隙变大。
19.进一步优选在较硬的围岩条件(土质较硬且岩石较多)下，一层刀盘和二层刀盘之间的相对角度控制在10
‑
30
°
之间，在较软的岩层(较软土质)中，相对角度控制在30
‑
60
°
之间。
20.本发明中两个相对旋转的刀盘可以受到中央控制系统的控制，通过相对旋转调节两刀盘间的空隙，实现刀盘空隙的改变，用于不同围岩情况下隧道的开挖。中央控制系统主要由控制器及通信线路等组成。在开挖隧道时，根据不同隧道的围岩情况，确定出所需要的刀盘空隙。通过中央控制系统控制两刀盘旋转，以达所需空隙，然后进行隧道开挖。本发明用于隧道工程，运用控制系统，通过信息采集、信号传递、刀盘旋转控制系统等步骤，能够根据隧道不同围岩状况控制刀盘改变空隙大小，适应更复杂的隧道内环境，对隧道工程开挖有重大意义。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.本发明通过设置两层刀盘，并通过中心控制系统改变两层刀盘的空隙，以适应不同围岩和复杂隧道内环境的开挖要求，大幅降低了更换刀盘所需要消耗的人力物力并缩短了施工时间，具有简单、投资少、效果好、运行稳定等特点。
附图说明
23.图1为本发明泥水盾构机错开式空隙可变刀盘的结构示意图；
24.图中：1
‑
刀盘本体；11
‑
一层刀盘；12
‑
二层刀盘；2
‑
控制器。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
26.实施例1
27.一种泥水盾构机错开式空隙可变刀盘，如图1所示，包括刀盘本体1和中央控制系统；刀盘本体1由同心设置并可相对旋转的一层刀盘11和二层刀盘12组成；中央控制系统用于控制一层刀盘11和二层刀盘12的相对旋转，以调节一层刀盘11和二层刀盘12间的空隙。
28.更具体地，本实施例中：
29.如图1所示，一层刀盘11和二层刀盘12均具有呈“十”字形连接的四个臂部，且一层刀盘11和二层刀盘12的四个臂部在旋转平面上交错布置。优选通过改变第一刀盘11的一个臂部与第二刀盘在旋转平面上与其相邻的一个臂部之间的夹角实现一层刀盘11和二层刀盘12间的空隙的调节。
30.优选中央控制系统具有控制器2和通讯线路，控制器2用于驱动一层刀盘11和/或二层刀盘12旋转，通讯线路用于将包括确定的刀盘空隙在内的数据传递至控制器2中。进一步优选控制器2用于控制二层刀盘12旋转(实现两层刀盘的相对旋转)，以调节一层刀盘11和二层刀盘12间的空隙。优选控制器2可以采用与二层刀盘12连接的机械转轴，机械转轴通过驱动机构驱动进行旋转。驱动机构可以采用驱动电机等进行控制。更优选控制器2设置于一层刀盘11和二层刀盘12的旋转轴处。
31.本实施例中，两个相对旋转的刀盘可以受到中央控制系统的控制，通过相对旋转调节两刀盘间的空隙，实现刀盘空隙的改变，用于不同围岩情况下隧道的开挖。中央控制系统主要由控制器及通信线路等组成。在开挖隧道时，根据不同隧道的围岩情况，确定出所需要的刀盘空隙。通过中央控制系统控制两刀盘旋转，以达所需空隙，然后进行隧道开挖。本发明用于隧道工程，运用控制系统，通过信息采集、信号传递、刀盘旋转控制等步骤，能够根据隧道不同围岩状况控制刀盘改变空隙大小(在实际运用中，信息采集单元首先检测所挖围岩的性质，并将分析结果传至数据处理单元，由数据处理单元确定两刀盘之间所需的空隙，并通过旋转控制单元控制两层刀盘之间的相对角度)，当土质较硬且岩石较多时，调整一层刀盘11和二层刀盘12间的空隙变小，使得刀盘切削下来的渣土更易运输，当土质较软时，调整一层刀盘11和二层刀盘12间的空隙变大。在较硬的围岩条件(土质较硬且岩石较多)下，一层刀盘11和二层刀盘12之间的相对角度控制在10
‑
30
°
之间，在较软的岩层(较软土质)中，相对角度控制在30
‑
60
°
之间，适应更复杂的隧道内环境，对隧道工程开挖有重大意义。
32.实施例2
33.一种泥水盾构机，具有实施例1的刀盘。刀盘设置于盾构机的前部，一层刀盘11设置于二层刀盘12的前方。参照实施例1，根据不同围岩状况调节一层刀盘11和二层刀盘12间的空隙。
34.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。