[实用新型]一种土压平衡盾构机刀盘

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种土压平衡盾构机的刀盘，尤其是刀盘上的刀具配置。

背景技术

盾构施工以其安全、快速、高效在城市基础设施——城市地铁、市政公用管路、输油/气地下管道等各类地下工程建设中得到越来越广泛的应用。现有盾构机的刀盘盘面上包括位于刀盘纵或横十字线两侧45度角条幅内以刀盘中心为原点旋转半径为0～705mm的中心区，位于刀盘纵或横十字线两侧45度角条幅内以及条幅间靠近槽口处的旋转半径705mm～2782mm正面区，位于刀盘纵十字线一侧30°、45°、60°、120°、150°角条幅、刀盘纵十字线另一侧的30°、60°、120°、150°角条幅内、旋转半径2782mm～3140mm的边缘区。中心区内设置有1#-8#刀座以及对应的共8把双刃滚刀。正面区设置有9#-31#以及41#-68#刀座，其中9#-31#刀座对应22把单刃滚刀，41#-68#刀座对应28把小刮刀。边缘区设置32-40#刀座以及对应的9把双刃滚刀，69#-76#刀座以及对应的7把边刮刀。

当使用上述结构刀盘的土压平衡盾构机在富水砂卵石地段、以及富水砂卵石与泥岩复合地层掘进时，刀盘上的刀具磨耗非常严重，平均120～150m就需全部或大部分更换一次刀具。当砂卵石地层含有强风化泥岩时，如果全盘采用滚刀会降低掘进效率；而齿刀过多，一方面刮削阻力过大加重了刀盘马达的负荷，容易造成刀盘马达过度磨损；另一方面，由于泥岩相对砂卵石地层更紧密、更硬，齿刀磨损非常厉害。

在如此环境下，为了提高掘进速度，降低掘进成本，需要采用适合于富水砂卵石地层或富水砂卵石与泥岩复合地层的刀盘刀具。通过寻找刀具合理完善的配置的盾构刀盘是隧道施工过程中极需解决的一道技术难题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种适用于富水砂卵石地层以及富水砂卵石与泥岩复合地层掘进的土压平衡盾构机刀盘，它能在富水砂卵石地层情况下提高掘进速度，降低刀具磨损，提高刀具使用寿命，降低掘进成本。

为解决上述技术问题，本实用新型的土压平衡盾构机刀盘，其中心区1#-8#刀座布置的刀具为双刃齿刀，所述双刃齿刀包括两个刀体和固连在刀体上的两个刀头；每个刀头顶面从两侧面向中部逐渐隆起形成中间高、两侧低的结构；刀头两侧面的上部为一外扩的斜面；所述顶面中部固连有条状硬质合金，条状硬质合金两侧的顶面固连有对称分布的四排硬质合金柱齿；所述第一排、第二排硬质合金柱齿的顶部以及第四排、第三排硬质合金柱齿的顶部分别与条状硬质合金的顶部依次形成高度差；所述条状硬质合金、硬质合金柱齿周围的顶面与两侧面上固连有耐磨堆焊层。

采用上述结构的刀盘，其中心区刀座采用的双刃齿刀，由于刀头顶面至刀体底部的高度增加，使双刃齿刀刀头顶面中部的最高点高出刀盘表面较多，有利于中心部分碴土先行开挖，然后由点及面的依次破损其他部分的碴土，可以减少开挖地层对刀具的冲击性能。两侧面的上部为一外扩的斜面，可以扩大刀头顶面的面积，并减少对下部的磨损。顶面中部的条状合金适宜对碴土的破碎，柱齿合金在对碴土破碎的同时，非常耐磨。上述合金嵌固在顶面内，抗冲击性能好。可使用更高硬度的合金，提高刀头的耐磨损性能。通过合理设置双刃刀头的距离和每个刀头的尺寸，并在刀头顶面增加了硬度更高、耐磨性更好的合金尤其是硬质合金，而且在刀头顶面的条状合金、合金柱齿周围与两侧面上固连有耐磨堆焊层，刀头前后面固连有网状耐磨堆焊层。使刀头顶面、前后面和侧面的抗磨损性能极大提高，特别适宜对紧密、硬度高的地层的开挖。使其在富水砂卵石地层情况下提高掘进速度，降低掘进成本。

更进一步的改进是，所述正面区9#-22#刀座布置单刃齿刀，23#-31#刀座布置双刃滚刀，41#-68#刀座布置小刮刀；所述边缘区32-40#刀座布置双刃滚刀，69#-76#刀座布置边刮刀。

上述正面区和边缘区还可以采用另一种结构的刀具布置方式，即正面区10#-14#刀座以及16#-19#刀座布置单刃齿刀，9#、15#、20#-31#刀座布置双刃滚刀，41#-68#刀座布置小刮刀；所述边缘区32-40#刀座布置双刃滚刀，69#-76#刀座布置边刮刀。

刀盘内部刀具线速度小，磨损量小，刀盘内侧以齿刀为主，并且单刃齿刀由于在刀头的顶面和侧面增加了硬度更高、耐磨性更好的合金，使刀头顶面和侧面的抗磨损性能极大提高；中间间隔安装双刃滚刀，以便将泥岩挤裂以便齿刀刮削泥岩。而由于刀盘外部位置刀具线速度大，磨损严重，采用耐磨性能高的双刃滚刀。双刃滚刀比单刃型滚刀既耐磨又提高掘进效率，而且由于刃口加宽，使滚刀的抗磨损性能提高，从而提高刀具使用寿命。