[发明专利]一种盾构刀具的三维大梯次空间布置设计方法

权利要求书

1.一种盾构刀具的三维大梯次空间布置设计方法，包括如下步骤：

步骤一，确定刀盘形式，确定楔犁刀间距；

步骤二，确定刀具位置；

步骤三，确定刀具布置模式；

步骤四，确定梯次布置的楔犁刀及刮刀的刀高，具体如下：

（1）定义楔犁指数：

式中，k为楔犁指数，p_u为砂卵石地层原状土的极限承载力，n为楔犁次数，p_u⁽ⁿ⁾为n次楔犁后砂卵石地层犁松土的极限承载力，p_r为砂卵石地层的残余极限承载力；

（2）基于楔犁指数，根据步骤三中确定的刀具布置模式，建立梯次楔犁刀楔犁松动与刮刀剥落组合受力计算模型，并进行梯次楔犁刀楔犁松动与刮刀剥落组合受力计算；

（3）基于梯次楔犁刀楔犁松动与刮刀剥落组合受力计算，进一步计算得到整盘刀切削地层所需扭矩T及推力F；

（4）对于单梯次楔犁刀，根据楔犁刀与刮刀高差取值的不同，对于双梯次楔犁刀，根据第一梯次楔犁刀与第二梯次楔犁刀高差以及第二梯次楔犁刀与刮刀高差取值的不同，得到扭矩T及推力F计算结果，由计算结果的最小值，确定最终的刀高差；

步骤五，进行不同高度楔犁刀的三维空间布置：

沿刀盘径向方向，即辐臂方向，同辐臂楔犁刀高低交错梯次化布置，沿刀盘环向方向，即轨迹方向，同轨迹楔犁刀高低交错梯次化布置；

将不同高度的楔犁刀布置在步骤二中确定的位置上，不同梯次的楔犁刀高度由步骤四确定。

2.根据权利要求1所述的盾构刀具的三维大梯次空间布置设计方法，其特征在于，

步骤一中，刀盘采用大开口率的辐条式刀盘配合圆形刀梁，刀盘开口率设计为不低于60%，对于大直径盾构，在刀盘外周配置短辐条。

3.根据权利要求1所述的盾构刀具的三维大梯次空间布置设计方法，其特征在于，

步骤一中，楔犁刀间距采用下式计算：

式中，B为楔犁刀间距，b为楔犁刀宽度，φ为土体内摩擦角。

4.根据权利要求1所述的盾构刀具的三维大梯次空间布置设计方法，其特征在于，

步骤二中，刀具位置采用阿基米德螺线布置法确定，螺线数n、螺线参数Δρ根据步骤一中确定的辐条数N、楔犁刀间距B并由下式确定：

式中，n为螺线数，Δρ为螺线参数，N为辐条数，B为楔犁刀间距，a为辐条数的公约数以确保n为整数。

5.根据权利要求1所述的盾构刀具的三维大梯次空间布置设计方法，其特征在于，

步骤三中，采用中间楔犁刀高、两侧刮刀低的模式，焊接在步骤一设计的刀盘的圆形刀梁上。