[发明专利]一种采用异形刀具的刀盘扩挖方法

说明书

本发明公开了一种采用异形刀具的刀盘扩挖方法，通过在岩石隧道掘进机刀盘周边布置围岩凿除滚刀、偏刃边滚刀和加高型刮刀，来实现刀盘扩挖。当刀盘需要扩挖时，即开挖横断面圆直径增大时，首先通过向液压缸供油，围岩凿除滚刀缓慢伸出刀盘，随着刀盘的转动滚压破除围岩，无需人工在狭小的刀盘空间内进行刀盘周围岩体的凿除，可替代人工作业；然后通过在刀盘圆周边缘处布置偏刃边滚刀实现TBM连续扩挖。该方法可用于TBM应对高地应力软岩收敛地层的施工。

技术领域

本发明涉及岩石隧道掘进设备技术领域，具体涉及一种采用异形刀具的刀盘扩挖方法。

背景技术

岩石隧道掘进机（TBM）是山岭隧道施工的专用设备，广泛应用于铁路、工程、地铁、水利、煤矿等隧道工程。TBM在高地应力软岩收敛地层掘进时需要刀盘具备扩大开挖直径的功能，通过增大开挖直径预留足够的围岩变形量，一方面确保围岩收敛后隧道仍然可以满足设计净空，另一方面也可避免TBM护盾被卡。因此，刀盘扩挖对于提升TBM工作性能至关重要。

TBM刀盘扩挖功能的设计，中国专利号：CN201510307748.0，专利名称为“可变径TBM刀盘”，发明人张世展、贺飞等公开了一种可变径TBM刀盘，通过在刀盘中心块与边块之间增加垫块来实现刀盘扩挖。该发明在隧道外可实现，但TBM开挖隧道过程中，隧道内无作业空间和吊装设备，刀盘边块重（9m级直径的刀盘边块重达40t），无法实现。中国专利号：CN201310689220.5，专利名称为“基于垫片和定位块的滚刀高度调节方法”，发明人霍军周、蔡宝等公开了一种基于垫片和定位块的滚刀高度调节方法，可实现刀盘扩挖，该方法结构刚度低、接触面多，实用性差；中国专利号：CN201621061368.X，专利名称为“一种可伸缩式边滚刀刀箱”，发明人高翔、张世展等公开了一种可伸缩式边滚刀刀箱，通过内外刀箱的相对移动，结合C型块的增高，实现刀盘扩挖。专利CN201310689220.5和专利CN201621061368.X采用的方法均使整个边刀刀体向刀盘开挖范围外移动，刀体无法得到刀盘的保护，刀具寿命急剧下降；另外要实现边刀刀体的外移均需要人工对刀盘周围的岩体进行凿除，但TBM刀盘开口范围小、且刀盘内空间狭小，人工作业困难。鉴于上述情况，需要设计一种便于实现且实用的刀盘扩挖方法。

发明内容

针对现有TBM刀盘扩挖功能的设计缺陷，本发明提供一种采用异形刀具的刀盘扩挖方法，该方法能够实现TBM连续扩挖的需求，应对高地应力软岩收敛地层。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种采用异形刀具的刀盘扩挖方法，包括下列步骤：

（1）将至少一个围岩凿除滚刀设置在岩石隧道掘进机刀盘的圆周边缘处；所述围岩凿除滚刀包括滚刀刀体、活动刀座和液压缸，所述滚刀刀体通过螺栓固定在活动刀座上，所述液压缸的底端与所述刀盘铰接，所述液压缸的伸缩杆前端与活动刀座铰接；

（2）在所述刀盘圆周边缘处设置偏刃边滚刀，所述偏刃边滚刀包括刀圈、套筒、挡圈和偏刃刀体，所述偏刃刀体靠近刀盘最外缘一侧安装，所述套筒和刀圈安装在偏刃刀体的另一侧，起到轴向限位的作用，套筒还可以起到保护偏刃刀体配合面的作用，且所述刀圈与偏刃刀体径向过盈配合；

（3）将加高型刮刀安装在围岩凿除滚刀所在的刀盘外缘的开口处，用于刮渣；刀盘边缘的其他位置设置正常的非扩挖边滚刀；

（4）当开挖横断面圆直径增大时，通过向围岩凿除滚刀的液压缸供油，伸缩杆推动活动刀座移动，使滚刀刀体缓慢伸出刀盘外缘，随着刀盘的转动，滚刀刀体滚压破除围岩，直到扩挖完毕，液压缸的伸缩杆回收，带动滚刀刀体回缩到原位；

（5）设d₁为非扩挖边滚刀的刀圈直径，d₂为偏刃边滚刀的刀圈直径，θ为位于刀盘最外缘的偏刃刀体与刀盘轴线的夹角，L为偏刃边滚刀的刀圈的偏移量，则刀盘半径方向扩挖尺寸S为：