[发明专利]一种适用于超大直径硬岩掘进机刀盘

说明书

本发明提出一种适用于超大直径硬岩掘进机刀盘，包括一级刀盘组件和二级刀盘组件，一级刀盘组件和二级刀盘组件均设有独立轴向推进装置，一级刀盘组件包括一级刀盘和一级刀具，二级刀盘组件包括二级刀盘和二级刀具，一级刀盘与二级刀盘同轴线，一级刀盘的外径小于二级刀盘的内径，一级刀盘为面板式刀盘，一级刀具包括中心滚刀、正滚刀和边滚刀，二级刀盘为圆台状，二级刀具包括悬切刀，悬切刀阶梯状设置在二级刀盘上。本发明的优点：依据地质适应性理论，一级刀盘采用硬岩滚刀，二级刀盘采用悬切刀，使得两级刀盘在掘进过程中能够独立调节掘进速度，大大提高了超大直径盾构刀盘的地质适应性，提高了刀盘刀具的使用寿命、掘进效率和经济性。

技术领域

本发明涉及隧道施工设备，特别是指一种适用于超大直径硬岩掘进机刀盘。

背景技术

盾构法已经逐步成为最高效隧道暗挖工法，刀盘是掘进机重要的部件。国内对硬岩掘进机（TBM）刀盘的研究重点在整体刀盘受力分析、刀具布局、刀盘刀具寿命研究等方面，取得了很大进展，同时也收获很多的成果。

目前，全断面硬岩掘进机使用的刀盘大部分为面板式刀盘结构。刀盘的开挖过程是刀盘表面布置的硬岩滚刀与岩层相互作用的过程，现有的大直径硬岩掘进机刀盘直径做到了9米级，但是有些工程项目对隧道直径有更大需求，需要做到适用于15米级的超大直径硬岩掘进机设计。因此，掘进机刀盘的设计必须根据隧道的岩层地质条件“量体裁衣”进行针对性的设计。

对于超大直径长距离隧道，可缓解建筑用地、交通拥挤、饮水困难现状，同时也日益成为城市地下空间的开发的重要途径。目前使用的大直径掘进机刀盘采用的是滚刀螺旋线布局，通过刀盘转动带动滚刀转动挤压岩层实现破岩。由于开挖断面大使得：1.刀盘承受的总载荷过大、不平衡力矩过大而造成刀盘变形；2.刀盘转动掘进过程中，边缘滚刀线速度过大，磨损严重，刀具寿命短。

发明内容

本发明提出一种适用于超大直径硬岩掘进机刀盘，能够克服现有硬岩掘进机，尤其是超大直径掘进机刀盘开挖直径受限制，应对硬岩地层开挖截面超大情况时，刀盘的径向不平衡力、倾覆力矩大、刀具使用寿命短等缺点。两级刀盘能有效地把破岩载荷分散到各级刀盘，同时提高了刀盘刚度，避免了刀盘应力过度集中，有效减小了刀盘的偏心载荷。针对不同岩层地质工况，通过调整一级刀盘、二级刀盘刀具布局形式，在二级刀盘安装先进的悬切刀破岩，使得刀盘整体可以实现分级掘进、组合掘进，达到超大直径隧道的一次成型。提升超大直径硬岩掘进机掘进效率和掘进质量。

本发明的技术方案是这样实现的：一种适用于超大直径硬岩掘进机刀盘，包括一级刀盘组件和二级刀盘组件，一级刀盘组件和二级刀盘组件均设有轴向推进装置，一级刀盘组件包括一级刀盘和一级刀具，二级刀盘组件包括二级刀盘和二级刀具，一级刀盘的外径小于二级刀盘的内径，所述的二级刀盘为圆台状，二级刀具包括悬切刀，悬切刀阶梯状设置在二级刀盘上。

所述的悬切刀设有若干层，若干层断面的悬切刀呈阶梯状设置在二级刀盘上。

所述的一级刀盘为面板式刀盘，一级刀具包括位于一级刀盘上的中心滚刀、正滚刀和边滚刀，一级刀盘上设有一级出渣口。

所述的中心滚刀位于一级刀盘的中心，边滚刀位于一级刀盘的边缘，正滚刀位于中心滚刀与边滚刀之间，中心滚刀和正滚刀垂直于刀盘面安装，边滚刀倾斜于刀盘面安装。

所述的二级刀具包括位于二级刀盘上的边刮刀，二级刀盘上设有二级出渣口。

所述的边刮刀位于二级刀盘的边缘，悬切刀倾斜于刀盘面安装。

所述的一级刀盘为面板式。

所述的二级刀盘为辐板式。