[发明专利]一种拓展EPB盾构机刀盘适应软弱地层的装置

说明书

技术领域

本发明涉及EPB(土压平衡)盾构机，具体说是一种通过拓展EPB盾构机刀盘以适应软弱地层的装置。

背景技术

在盾构法施工过程中，刀盘开口率是盾构机一个非常重要的技术指标之一。所谓开口率是指盾构机刀盘开口面积与刀盘面积的比值，刀盘开口面积不仅包括刀盘正面开口面积也包括侧面开口面积。刀盘开口必须根据地质条件、开挖面的稳定性和开挖效率来决定其形状、尺寸和配置。在现有技术中，尽管存在开口率可变的EPB盾构机，如专利号为ZL200410010048的《一种盾构机中能调节开口率的装置》，当EPB盾构机的开口率改变后，仍然无法使EPB盾构机适应在软弱地层(如富水砂层)中工作。

目前，对于软弱地层，若采用EPB盾构机施工，则须对掘进影响区范围内的地层实施土体加固，否则是难于或无法控制因掘进施工而导致地表的剧烈沉降，造成地表构(建)筑物(铁路、管线、桥、房屋等)破坏的恶性安全重大事故的发生。实践证明EPB盾构机，对软弱地层的适应能力远远低于泥水平衡式盾构机的适应能力。虽然泥水平衡式盾构机能适应和确保在软弱地层的掘进时地表的安全，但由于泥水盾构机与土压平衡盾构机相比其设备造价高，每延米运行成本和管理成本高，造浆系统、泥浆处理系统占地面积大，造成施工征地费用高。为此，盾构承包商在对盾构机进行选型时，只要软弱地层累计长度不超过隧洞长度10％时，都选用EPB盾构机。随后在掘进前，在地面上对软弱地层的地段实施加固措施，但往往有时存在地表因有重要构(建)筑物，而无法实施加固的情况，此时承包商只能冒险掘进，其后果就可想而知了。是否能通过对EPB盾构机刀盘进行必要改造，增大其对软弱地层的适应性，同时又能满足在软硬岩掘进时适应性的需要。如何改变刀盘的形式，使EPB盾构机在不加固的软弱地层中掘进时基本具备泥水盾构机的可靠性和安全性，是当今EPB盾构机施工的难点。

发明内容

针对上述EPB盾构机对软弱地层适应性极差的弱点，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单的拓展EPB盾构机刀盘适应软弱地层的装置，其可大大增强EPB盾构机在软弱地层掘进时的适应性，从而提高它的可靠性和安全性。

本发明是这样实现的：一种拓展EPB盾构机刀盘适应软弱地层的装置，包括一圆柱形刀盘和沿刀盘周向分布安装刀具的数根刀梁，每相邻的两刀梁之间形成有供泥土流入的扇形开口，在刀盘圆周侧面位于扇形开口处设有防止软弱土体失稳的支撑器，利用已更换下来的边缘刮刀的安装紧固螺栓孔，采用高强度螺栓将该装置紧固在刀盘圆周上，从而就改变了刀盘的开口面积，即改变刀盘的开口率。

本发明还具有如下附加技术特征：

每一刀梁上设有安装边缘刮刀的螺栓孔，所述支撑器通过螺栓与两侧刀梁上的螺栓孔对应连接。

所述支撑器包括沿刀盘周向设置的挡板和沿刀盘径向设置与挡板固接的两侧板，所述两侧板分别安装在其两侧刀梁上。

所述挡板由相固结的两平板组成，两平板之间形成大于90°的夹角。

所述挡板截面呈弧形。

本发明提供的一种拓展EPB盾构机刀盘适应软弱地层的装置与现有技术相比具有如下优点：本发明中在刀盘圆周侧面位于扇形开口处设有防止软弱土体失稳的支撑器，所述支撑器通过刀梁上安装边缘刮刀的现有螺栓孔紧固在所述刀盘上，操作过程既方便又简单。在软弱地层中施工时，拆掉本发明EPB盾构机的边缘刮刀，安装所述支撑器，这样不仅减小了刀盘侧面扇形开口面积，即减小了盾构机的开口率，而且可减小甚至消除刀盘沿重力方向的开口，从而有效地切断了隧道拱顶软弱土体在失稳时进入土仓的通道，迫使盾构机在掘进时进入土仓的泥土只能从刀盘的正面开口处进入土仓，即使隧道拱顶的软弱土体失稳后，在重力的作用下也无法造成土体的颗粒流失，能有效约束隧道拱顶土体的位移，从而有效的控制地表的前、后期沉降，实现了EPB盾构机在软弱地层中的掘进，增强了EPB盾构机在软弱地层掘进时的适应性，有效保障了EPB盾构机在不加固软弱地层掘进时的可靠性和安全性。

附图说明

图1是EPB盾构机刀盘上安装有边缘刮刀的结构示意图；

图2是本发明中刀盘上安装有支撑器的结构示意图；

图3是图1中A向局部放大示意图；

图4是本发明中支撑器的透视图；

图5是本发明中支撑器的侧视图。

具体实施方式