一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及盾构掘进技术领域，具体地指一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具。
【背景技术】
[0002]近年来随着地铁、公路、市政、铁路、输水、输气等领域盾构法隧道的推广应用，盾构隧道经常遇到穿越软硬不均地层的区段，尤其是对于交通行业用到的大直径、超大直径盾构，掘进断面内软硬不均现象或沿隧道纵向软硬不均地层交互的现象很多。在软硬不均地层进行盾构掘进时，刀具磨损严重，掘进速度缓慢，经常出现地面沉降过大或塌方等现象，是当今世界盾构施工中最棘手的难题之一。
[0003]目前，应对软硬不均地层的刀具配置方法是:在刀盘上既安装破硬岩的滚刀，又安装能切削软岩或土层的切削刀(刮刀和齿刀)。但刀具的具体配置方案有二种:第一种方案是滚刀和切削刀安装高度相同，第二种方案是采用滚刀高出切削刀20?30mm的立体式刀具布置。
[0004]对于第一种方案，从盾构机在穿越软硬不均地层的实际施工情况来看，现有技术存在着不足之处:
[0005]I)盾构机刀盘上安装的滚刀在软岩或土层中达不到启动扭矩，无法滚动，造成滚刀偏磨严重；
[0006]2)用于切削软岩或土层的切削刀具高度平齐，在遇到硬岩时，切削刀具很快因磨损或碰撞损坏；
[0007]3)在软硬不均地层，开挖面稳定性较差，刀具更换困难；由于需要频繁更换刀具，施工速度缓慢。
[0008]对于第二种方案，虽然硬岩对切削刀的磨损与碰撞大为减少，但由于滚刀高出切削刀20?30mm左右，与第一种方案相比，滚刀在软岩或土层的偏磨进一步加剧，换刀更为频繁。
[0009]由于复合式盾构机刀具配置的滚刀和切削刀安装高度相同或滚刀高出切削刀20?30mm左右，且刀具都是通过固定基座进行安装，无法对高度进行调整，这容易造成在软硬不均地层刀具磨损严重，降低了开挖效率，加大了地层变形，提高了换刀频率与施工成本。
【发明内容】
[0010]本实用新型的目的就是要解决上述【背景技术】的不足，提供一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具，它可以使滚刀和切削刀之间的相对高度可以调整，以发挥不同刀具对不同地层的适应性，并使不同刀具之间起到互相保护的作用。
[0011]本实用新型的技术方案为:一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具，它包括安装在刀盘上的多个刀具组合，所述刀具组合包括至少一个滚刀和至少一个切削刀，其特征在于:所述滚刀的轴部安装有用于检测其是否处于滚动状态的传感器，所述滚刀后部固定安装在刀盘上，所述切削刀后部通过具有液压伸缩装置的基座安装在刀盘上，所述基座可沿着盾构机轴向前后移动。
[0012]优选地，所述刀具组合包括一个滚刀和两排位于所述滚刀两侧的切削刀。
[0013]本实用新型的一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具，滚刀轴部安装的传感器可检测滚刀是否处于滚动状态，而切削刀突出刀盘面板的高度可以在一定范围内调节，当刀具处于软岩或土质地层时，切削刀的高度高于滚刀，此时利用切削刀进行开挖，并对滚刀起保护作用，以减小对滚刀的偏磨；当刀具遇到硬岩地层时，滚刀的高度高于切削刀，此时利用滚刀破岩，并对切削刀起保护作用，防止切削刀碰撞损坏和磨损。本实用新型通过在刀盘上同时配置适应不同地层掘进需要的滚刀和切削刀，可有效减少软硬不均地层中刀具的磨损，减少换刀次数，提尚掘进效率。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的刀具布置示意图；
[0015]图2为硬岩地层时，滚刀和切削刀的位置关系示意图；
[0016]图3为软岩或土质地层时，刀和切削刀的位置关系示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0018]参考图1，本实施例的一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具，它包括安装在刀盘I上的多个刀具组合，该刀具组合包括一个滚刀2和两排位于所述滚刀2两侧的切削刀3。
[0019]本实施例的特殊之处在于:在滚刀2的轴部安装有传感器，以检测滚刀是否处于滚动状态，由于滚刀2通常在硬岩地层中进行开挖，因此，滚刀2的后部是固定安装在刀盘I上，以保证其开挖力；本实施例的切削刀3后部通过具有液压伸缩装置的基座5安装在刀盘上，基座5可沿着盾构机轴向前后移动，使切削刀5突出刀盘I面板的高度可以在一定范围内调节。
[0020]本实施例将滚刀2及其切削轨迹附近的若干切削刀3可以分为一个关联区域4，其布置如图1所示，以便于控制。
[0021]本实施例提出的盾构机刀具布置，与现有的复合式盾构机刀具布置相比主要优势在于:本实施例可根据地层条件的变化，盾构机通过传感器对滚刀2转动情况的自动检测，可以自动调整切削刀3的高度，从而实现硬岩地层中主要以滚刀2工作为主、软岩和软土地层中以切削刀3工作为主、滚刀2和切削刀3之间相互保护的目的，这就从根本上减少了刀具的磨损，减少换刀次数，并提高掘进效率。
[0022]具体为:
[0023]1、如图2所示，起始状态切削刀3初始安装高度低于滚刀I，其高度差Λ取值20?30mm左右；
[0024]2、盾构掘进，通过安装在滚刀2上的传感器对滚刀2是否启动进行判断，如果滚刀2正常转动，则继续掘进；如果滚刀2不能滚动，则启动液压伸缩装置，将该滚刀2关联区域4内切削刀顶出，使其高度超过滚刀Λ，Λ取值20?30mm左右，此时滚刀2和切削刀3之间相对位置关系如图3所示；
[0025]3、盾构掘进过程中，循环上述工程；如果检测到滚刀2重新启动，则将该滚刀2关联区域4内的切削刀3缩回，回到起始状态，即滚刀2高于切削刀3，由滚刀2进行破岩。
[0026]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的结构做任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具，它包括安装在刀盘(I)上的多个刀具组合，所述刀具组合包括至少一个滚刀(2)和至少一个切削刀(3)，其特征在于:所述滚刀(2)的轴部安装有用于检测其是否处于滚动状态的传感器，所述滚刀(2)后部固定安装在刀盘(I)上，所述切削刀(3)后部通过具有液压伸缩装置的基座(5)安装在刀盘上，所述基座(5)可沿着盾构机轴向前后移动。
2.根据权利要求1所述的一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具，其特征在于:所述刀具组合包括一个滚刀(2)和两排位于所述滚刀(2)两侧的切削刀(3)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具，它包括安装在刀盘上的多个刀具组合，刀具组合包括滚刀和切削刀，滚刀的轴部安装有传感器，滚刀后部固定安装在刀盘上，切削刀后部通过具有液压伸缩装置的基座安装在刀盘上，基座可沿着盾构机轴向前后移动。本实用新型的优点在于：盾构机通过传感器对滚刀转动情况的自动检测，可以自动调整切削刀的高度，从而实现硬岩地层中主要以滚刀工作为主、软岩和软土地层中以切削刀工作为主、滚刀和切削刀之间相互保护的目的，这就从根本上减少了刀具的磨损，减少换刀次数，并提高掘进效率。
【IPC分类】E21D9-08
【公开号】CN204552753
【申请号】CN201520241699
【发明人】肖明清, 程永亮, 孙文昊, 邓朝辉, 彭正阳, 蒋超, 刘浩
【申请人】中铁第四勘察设计院集团有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月21日