复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置的制造方法
【专利摘要】复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，由盾构掘进机刀具装置部分、泥水环流装置两大部分组成，其特征是：盾构掘进机面板式的刀盘上的刀具采用较小启动扭矩的双刃型滚刀和加强型边缘刮刀配置，盾构掘进机刀具装置采用螺栓联接结构；根据刀盘开口率进行布置焊接了加强型的刀盘面板格栅。泥水环流装置的出浆系统包括碎石机、泥水室出浆格栅、出浆泵前部双联型采石箱、出浆p泵、出浆管路。这些是出浆系统的主要设备，这些设备相互协调配合，设备通过管道和泥浆管路上的球阀构成了一个整体装置。本实用新型技术方案很好的适用了复杂地质环境下大粒径卵石、强透水性地层的穿越黄河的盾构施工，为以后的相似地层的盾构施工提供了一定的参考意义。
【专利说明】
复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置
技术领域
[0001]本发明涉及于复杂地质环境下盾构法隧道施工中的泥水盾构机，特别涉及泥水盾构穿越全断面、高透水性卵石地层的施工中的刀盘和泥水环流系统。
技术背景
[0002]盾构法施工诸多的优点在施工过程中越来越受到青睐，可是不同的地层给盾构施工带来了不同的命运。盾构法施工在大粒径卵石含量多，深基坑，透水性强的地层中还处于在探索阶段。本工程在穿越黄河施工中使用直径为6480mm的泥水盾构，本工程地质复杂，隧道全程穿越全断面强透水性砂卵石地层，成份主要为砂岩、花岗岩、石英岩、硅质岩、钙质泥岩、燧石等。级配不良，磨圆度较好、分选性较差。泥质弱胶结，局部呈钙质弱胶结，成岩特征，据钻孔岩心局部可形成柱状岩心，其下胶结较弱。钻孔可取重型动力触探锤击数平均值N63.5=39.16,超重型动力触探锤击数平均值N120=13.18，密实。卵石直径在200mm-500mm含量占63.5%，直径在500mm以上的卵石也时有出现。在这样的地层中施工，保证刀盘刀具耐磨性尤为重要，在泥水环流中，既能在充分发挥管道栗送性的同时，又要减少对碎石机的磨损和降低对泥水系统中设备的影响显得尤为重要。
[0003]本盾构穿越区间地下水主要赋存于卵石层中，属孔隙性潜水。水位埋10.9m?12.7m，相应地下水位高程为1519.50m?1521.72m，水位具有由北西向南东缓慢降低的趋势。奥体中心站?中间风井区间位于黄河Π级阶地，地下水丰富，含水层厚，渗透系数大，区间隧道开掘进过程中能产生较大涌水现象，对工程施工影响较大。
[0004]在这种卵石地层中极易对刀具，大直径的卵石对泥水环流影响极大，在原有的盾构机基础上如果不对其进行有效的改造和强化部分部件的性能，将会在穿越黄河的过程中可能会长时间停机影响施工进度，更甚会带来一些不安全的因素，增加施工风险。在这种情况下对泥水盾构穿越黄河适应性改造尤其重要。
[0005]本
【发明内容】
[0006]本发明所需要解决的问题是泥水盾构穿越砂卵石地层时，有效的面对刀盘刀具的磨损，提高刀盘刀具的综合使用寿命;有效的应对卵石对泥水环流系统的磨损和破坏。使用本装置的刀盘和泥水环流的DZ127泥水盾构弥补了原有的不足，对穿越黄河卵石地层有较强的适应性。
[0007]为了能有效面对本地层，减少施工过程中的风险，提高施工效率。在盾构施工过程中使用了刀具优化配置的施工方法，提高了刀具使用寿命，确保了在本地层施工中刀具长距离掘进，实现了刀具在进入黄河河床后的穿越，不需要再黄河底部更换刀具，降低了换刀频率从而降低了施工过程中穿越黄河段的风险;本地层由于卵石含量大，在施工中又一巨大的挑战，我们采用了对不同直径的卵石区别对待的施工方法;我们使用了一系列的破碎大卵石的措施，刀盘增加了开口部位进渣格栅，减少大直径卵石进入泥水循环从而减小了碎石机和P栗的负荷，在掘进过程中大卵石不能进入开挖仓，防止了掌子面大块的卵石大量进入开挖仓，从而保证了掌子面开挖的稳定；另一方面我们对于顺利通过的泥浆管道的卵石不予处理施工方法，我们采用了不完全闭合的碎石机、增加了碎石机后部格栅尺寸，从而降低设备处理卵石的的压力;为了有效面对施工过程中处理由于卵石对设备磨损和损坏的压力，我们采取了可控、可处理的施工方法，在保证掌子面稳定的同时处理设备问题。我们在泥水仓前闸门关闭保证掌子面稳定后进行处理碎石机磨损问题，尽量把卵石对设备的磨损和损坏向刀盘外的设备转移，在施工过程中以此减少处理设备问题所带来的风险。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0009]—种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，由盾构掘进机刀盘刀具装置部分、泥水环流装置两大部分组成，其特征是:盾构掘进机面板式的刀盘上的刀具采用较小启动扭矩的双刃型滚刀和加强型边缘刮刀配置，盾构掘进机刀具装置采用螺丝联接结构；根据刀盘开口率进行布置焊接了加强型的刀盘面板格栅。泥水环流装置的出浆部分，碎石机、泥水室出浆格栅、出浆栗前部双联型采石箱、出浆P栗、出浆管路。这些是出浆系统的主要设备，这些设备相互协调配合，这些设备通过管道和泥浆管路上的球阀构成了一个整体装置。
[0010]所述的一种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:盾构掘进机刀具装置的配置:更换原有的刀具配置，盾构掘进机刀盘边缘10把单刃滚刀全部更换成18寸双刃边缘滚刀，刀盘的正面滚刀靠近刀盘外边缘每个主臂更换I把18寸双刃滚刀共4把，把正其他正面滚刀全部更换成18寸滚刀；刀盘的边缘刮刀采用加强型边缘刮刀，增加了刀具的耐磨性，延长了刀具综合使用寿命。
[0011]所述的一种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:泥水环流装置主要有进浆系统装置和出浆系统装置，其泥水出浆系统主要部件包括:碎石机、出浆格栅、双联采石箱、出浆P栗、出浆直径300_管路。
[0012]所述的一种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:所述刀盘增设主副臂的格栅装置部分，在刀盘主副壁位置增加了隔板，为了减少大直径卵石进入，在8个主辅臂空间增加格栅共16块，纵向、横向各8块，在焊接刀盘进渣口隔板时，要保障隔板在同一个轨迹上，用耐磨焊条进行堆焊，保证焊接质量。
[0013]所述的一种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:碎石机油管在长期的卵石磨损下易损坏，采取了在油管外部进行环壁焊接，从而将因油管磨损渣土进入碎石机栗造成的危害降低。
[0014]所述的一种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:所述碎石机为不完全闭合式碎石机，增加了出浆格栅的尺寸由150毫米增加到170毫米，允许直径150_的直径石头通过，从而降低碎石机的负荷。
[0015]所述的一种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:出浆栗P2.1前使用了双联式采石箱，由其在进入P栗之前过滤一部分大直径卵石，双联型采石箱可以节约清理卵石的时间。
[0016]与现有的技术相比，本发明的优点如下:
[0017]在隧道掘进的过程中，经过改造的刀盘刀具布置增加了刀盘刀具综合使用寿命，减少了滚刀的偏磨，以此降低穿越黄河过程中的风险，减少了换刀次数，节约了成本;刀盘所加的格栅和碎石机不完全闭合式的破碎方式减小碎石机的负荷，增加了碎石机使用寿命，从而降低了对碎石机的维修次数，降低穿越黄河的又一风险点;双联的采石箱为掘进减少了停机时间，保证了掘进，提高了综合掘进效率。为了减少大直径卵石进入开挖仓，在刀盘主副壁位置进行了相应的改造增加了隔板(附图8)，以此来减少大卵石进入，减少碎石机的负荷增加其使用寿命。碎石机油管在长期的卵石磨损下损坏较大，我们采取了油管外部进行焊接封闭进行保护，从而将因油管磨损渣土进入碎石机栗造成的危害降低。
【附图说明】
[0018]图1是需要改造的刀具布置图
[0019]图2双刃滚刀的主视图
[0020]图3双刃滚刀的俯视图
[0021]图4双刃滚刀的侧视半剖视图
[0022]图5加强型边缘刮刀的主视图
[0023]图6加强型边缘刮刀的俯视图
[0024]图7加强型边缘刮刀侧视全剖视图
[0025]图8碎石机不完全闭合式
[0026]图9泥水仓出浆格栅
[0027]图10管道内部耐磨处理的主剖视图
[0028]图11管道内部耐磨处理的侧视图
[0029]图12双联型采石箱
【具体实施方式】
[0030]种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，由盾构掘进机刀盘刀具装置部分、泥水环流装置两大部分组成，其特征是:盾构掘进机面板式的刀盘上的刀具采用较小启动扭矩的双刃型滚刀和加强型边缘刮刀配置，盾构掘进机刀具装置采用螺丝联接结构;根据刀盘开口率进行布置焊接了加强型的刀盘面板格栅。泥水环流装置的出浆系统包括碎石机、泥水室出浆格栅、出浆栗前部双联型采石箱、出浆P栗、出浆管路。这些是出浆系统的主要设备，这些设备相互协调配合，这些设备通过管道和泥浆管路上的球阀构成了一个整体装置。
[0031]在本区间富水砂卵石地层，卵石含量较大，含漂石，中粗砂填充对盾构刀具磨损严重，对盾构刀具的抗冲击能力和耐磨性有较高的要求。我们采用了如下(附图1)刀具配置。
[0032]—种复杂地质环境下穿越黄河的泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，盾构掘进机刀具装置的配置:更换原有的刀具配置，盾构掘进机刀盘边缘10把单刃滚刀全部更换成18寸双刃边缘滚刀(附图2图3图4)，刀盘的正面滚刀靠近刀盘外边缘每个主臂更换I把18寸双刃滚刀共4把，把正其他正面滚刀全部更换成18寸滚刀；刀盘的边缘刮刀采用加强型边缘刮刀(附图5图6图7)，从而提高了刀具的耐磨性，提高了刀具综合使用寿命。
[0033]泥水环流装置主要部分有进浆系统装置和出浆系统装置，本发明所述的是出浆系统，泥水出浆系统主要部件包括:碎石机、出浆格栅、双联采石箱、出浆P栗、出浆直径300_管路。
[0034]所述刀盘主副壁的格栅装置部分:在刀盘主副壁位置增加了隔板。为了减少大直径卵石进入，在8个主辅臂空间增加格栅共16块，纵向、横向各8块，在焊接刀盘进渣口隔板时，要尽量保障隔板在同一个轨迹上，用耐磨焊条进行堆焊，保证焊接质量;碎石机油管在长期的卵石磨损下损坏较大，我们采取了在油管外部进行焊接封闭进行保护，从而将因油管磨损渣土进入碎石机栗造成的危害降低。
[0035]为了进一步降低碎石机的负荷碎石机为不完全闭合式，增加了出浆格栅的尺寸(由150毫米增加到170毫米，从而降低碎石机的负荷，我们适当见图5所示)。
[0036]同时在刀盘主辅臂中间增加了格栅;碎石机油管进行焊接封闭性保护，泥水仓出浆格栅进行加大处理(见附图9所示)；泥水进出浆管道进行了耐磨处理(见附图10图11)，P2.1出浆栗(该栗把开挖的经过改良后渣土抽至地面泥水处理设备)该栗使用了双联型采石箱(附图12)。
[0037]为了减小碎石机的在掘进过程中破碎的负荷，我们采用了不完全闭合的碎石机，允许直径150mm的直径石头通过，这样既减小了碎石机的负荷也充分发挥了直径为300_管路的效能。为了减小卵石对碎石机油管的磨损，碎石机的油管我们使用封闭式钢板焊接进行保护，保证了其综合使用寿命。
[0038]在栗前使用了双联式采石箱，在进入P栗之前过滤一部分大直径卵石，而且双联型采石箱可以节约清理卵石的时间。
[0039]刀盘边缘10把单刃滚刀全部更换成18寸双刃边缘滚刀(附图2图3图4)，刀盘的正面滚刀靠近刀盘外边缘每个主臂更换I把18寸双刃滚刀共4把，把正其他正面滚刀全部更换成18寸滚刀。刀盘的边缘刮刀采用加强型边缘刮刀(附图5图6图7)。在更换的双刃边缘滚刀时，注意双刃边缘滚刀挡圈向内安装，合金柱面向掌子面以此来增加刀具的耐磨性。
[0040]为了减少大直径卵石进入，在8个主辅臂空间增加格栅共16块，纵向、横向各8块，在焊接刀盘进渣口隔板时要尽量保障隔板在同一个轨迹上，用耐磨焊条进行堆焊，保证焊接质量。
[0041]泥水环流系统中在穿越黄河中是我们改造的重要组成部分，泥水环流系统主要部分有进浆系统和出浆系统，本地层主要改造的出浆系统。泥水出浆系统主要部件包括:碎石机、出浆格栅、双联采石箱、出浆P栗、出浆直径300_管路。
[0042]为了降低碎石机的负荷我们把泥水仓的出浆格栅改为170mm*170mm，使之为直径为300_的管道更好的匹配，使粒径小的卵石直接进入管道。
[0043]为了进一步减小卵石对掘进过程中的影响，减小出浆栗P栗的磨损，我们在栗前使用了双联式采石箱，在进入P栗之前过滤一部分大直径卵石，而且双联型采石箱可以节约清理卵石的时间。
[0044]为了减小卵石对管道的磨损，增加管道的使用寿命我们对泥浆管道的弯头和变径部位及其它重要部位的管路进行了交叉式堆焊处理，增加了其耐磨性和综合使用寿命。
[0045]在隧道掘进的过程中，经过改造的刀盘刀具装置增加了刀盘刀具综合使用寿命，减少了滚刀的偏磨，以此降低穿越黄河过程中的风险，减少了换刀次数，节约了成本;刀盘所加的格栅和碎石机不完全闭合式的破碎方式减小碎石机的负荷，增加了碎石机使用寿命，从而降低了对碎石机的维修次数，降低穿越黄河的又一风险点;双联的采石箱为掘进减少了停机时间，保证了掘进，提高了综合掘进效率。为了减少大直径卵石进入开挖仓，在刀盘主副壁位置进行了相应的改造增加了隔板(附图8)，以此来减少大卵石进入，减少碎石机的负荷增加其使用寿命。碎石机油管在长期的卵石磨损下损坏较大，我们采取了油管外部进行焊接封闭进行保护，从而将因油管磨损渣土进入碎石机栗造成的危害降低。经过实践证明改造后的刀盘和出浆系统很好的实用了全断面、高透水性大卵石地层。本发明对类似地层施工有一定的借鉴意义。
【主权项】
1.复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，由盾构掘进机刀盘刀具装置部分、泥水环流装置两大部分组成，其特征是:盾构掘进机面板式的刀盘上的刀具采用双刃型滚刀和加强型边缘刮刀配置，盾构掘进机刀具装置采用螺丝联接结构；根据刀盘开口率进行布置焊接了加强型的刀盘面板格栅;泥水环流装置的出浆系统包括碎石机、泥水室出浆格栅、出浆栗前部双联型采石箱、出浆P栗、出浆管路;这些是出浆系统的主要设备，这些设备相互协调配合，这些设备通过管道和泥浆管路上的球阀构成了一个整体装置。2.根据权利要求1所述的复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:盾构掘进机刀具装置的配置:更换原有的刀具配置，盾构掘进机刀盘边缘10把单刃滚刀全部更换成18寸双刃边缘滚刀，刀盘的正面滚刀靠近刀盘外边缘每个主臂更换I把18寸双刃滚刀共4把，正面滚刀全部更换成18寸滚刀；刀盘的边缘刮刀采用加强型边缘刮刀，确保了刀具的耐磨性和刀具综合使用寿命;根据面板式刀盘开口率合理布置了加强型面板格栅，以此减小掘进中卵石的尺寸和降低刀具磨损。3.根据权利要求1所述的复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:泥水环流装置主要有进浆系统装置和出浆系统装置，其泥水出浆系统主要部件包括:碎石机、出浆格栅、双联采石箱、出浆P栗、直径为300_管路。4.根据权利要求1所述的复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:所述刀盘增设主副臂的格栅装置部分，在刀盘主副臂位置增加了隔板，为了减少大直径卵石进入，在8个主辅臂空间增加格栅共16块，纵向、横向各8块;在焊接刀盘进渣口隔板时，要保障隔板在同一个轨迹上，用耐磨焊条进行堆焊，保证焊接质量。5.根据权利要求1所述的复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:所述泥水环流系统中的碎石机为不完全闭合式碎石机，增加了出浆格栅的尺寸由150毫米增加到170毫米，允许直径150_的直径石头通过，从而降低碎石机的负荷。6.根据权利要求1所述的复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:在P栗前使用了双联式采石箱，由其在进入P栗之前过滤一部分大直径卵石，双联型采石箱可以节约清理卵石的时间。7.根据权利要求1所述的复杂地质环境下穿越黄河泥水盾构机刀盘和泥水环流装置，其特征是:在P栗前使用了双联式采石箱，由其在进入P栗之前过滤一部分大直径卵石，双联型采石箱可以节约清理卵石的时间。
【文档编号】E21D9/087GK205532616SQ201520836618
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年10月27日
【发明人】吴遁, 赵振东, 庄绪良, 黄建军, 李成威
【申请人】中铁十四局集团有限公司