專利名稱：中心刀后置式盾構(gòu)機刀盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于隧道掘進設(shè)備，具體涉及一種將中心刀置于刀盤后部的盾構(gòu)機刀盤。
背景技術(shù)：
盾構(gòu)機是用于隧道開挖的機械設(shè)備，刀盤是盾構(gòu)機挖掘土體的主要部件。刀盤上裝有多類開挖刀，其中位于刀盤旋轉(zhuǎn)中心區(qū)域的開挖刀稱為中心刀，刀盤上的其他各類刀具在此統(tǒng)稱為普通開挖刀。工作時刀盤旋轉(zhuǎn)并向前推進挖掘土體，實現(xiàn)隧道開挖。刀盤切削土體的主要載荷是切向力和軸向推力。由于中心刀位于刀盤旋轉(zhuǎn)中心，切向線速度低，中心刀對土體施加的切向力很小，主要靠擠壓來挖掘土體。傳統(tǒng)刀盤的中心刀固定在刀盤最前端，掘進時中心刀對應(yīng)的土體首先被挖掘，此時該處土體處于周圍土體的圍壓下，中心刀施加軸向壓力后該處土體主要處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)土力學(xué)，三向受壓應(yīng)力狀態(tài)不利于土體挖掘，中心刀必須施加相當大的軸向推力才能完成土體挖掘，因此造成刀盤掘進軸向總推力大。軸向推力大所帶來的問題是(1)限制了掘進速度。軸向推力過大會造成隧道上方的土地表面隆起，而軸向推力大小與刀盤軸向推進速度正相關(guān)，為避免地表隆起， 必須用較低的軸向推進速度掘進。( 中心刀對應(yīng)的土體在三向受壓應(yīng)力狀態(tài)下水分被擠走，含水量降低土體變硬，甚至結(jié)成泥餅，造成掘進困難。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述之不足，本發(fā)明的目的是提供一種將挖掘隧道中心區(qū)域土體的中心刀置于刀盤后部的刀盤。本發(fā)明提供的中心刀后置式刀盤，主要由刀梁、幅板、普通開挖刀、中心刀等組成， 本發(fā)明的技術(shù)方案是，去掉傳統(tǒng)刀盤前面的中心刀，在刀盤中心開有一個貫通刀盤的圓孔， 中心刀通過刀架固定于圓孔的后面。后置的中心刀刀刃與圓孔后端面的最小間距不小于圓孔半徑的一半。在隧道掘進中，本發(fā)明刀盤前面板上的多種普通開挖刀首先挖掘土體，刀盤中心圓孔所對應(yīng)的土體暫時未被挖掘。隨著刀盤不斷推進，刀盤中心圓孔以外的土體被挖掘，中心圓孔以內(nèi)未被挖掘的土體逐漸深入刀盤中心圓孔，形成土體圓柱。當土體圓柱穿過刀盤中心貫通圓孔，碰到后置中心刀時被后置中心刀破碎。在此過程中，刀盤前面板上普通開挖刀所需的軸向推力與傳統(tǒng)刀盤基本一樣，而土體圓柱由于沒有了周圍土體的圍壓，被后置中心刀破碎時主要處于單向受壓狀態(tài)，只需很小的軸向推力即可將其破碎，甚至土體的自重即可使其破碎。因此本發(fā)明刀盤可以大幅降低中心刀的軸向推力，從而降低總軸向推力。本發(fā)明的特點及效果是，在刀盤中心留有一個貫通刀盤的圓孔，將挖掘隧道中心區(qū)土體的中心刀安置在貫通圓孔后面并與貫通圓孔后端面保留一定距離，這種刀盤改變了挖掘隧道時土體的切削順序，由傳統(tǒng)刀盤先挖掘中心區(qū)域再挖掘周邊區(qū)域改為首先挖掘隧道周邊區(qū)域再挖掘中心區(qū)域，由此產(chǎn)生的重要作用是改變了隧道中心土體被挖掘時土體的應(yīng)力狀態(tài)，由不利于挖掘的三向受壓應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)橄鄬θ菀淄诰虻膯蜗蚴軌簯?yīng)力狀態(tài)，可有效降低中心刀挖掘土體的軸向推力消耗，，從而降低刀盤的掘進總推力，同時可以避免隧道掘進中泥土結(jié)餅現(xiàn)象，提高掘進效率。


圖1為本發(fā)明刀盤結(jié)構(gòu)正視圖；圖2為本發(fā)明刀盤結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進一步的說明。需要說明的是，本實施方式是敘述性的，不以此限定本發(fā)明的保護內(nèi)容。中心刀后置式盾構(gòu)機刀盤，包括刀梁1、幅板2、普通開挖刀3以及中心刀4等，其結(jié)構(gòu)是在刀盤中心開有一個貫通刀盤的圓孔5，中心刀4通過刀架6固定于刀盤圓孔后面。 中心刀4的刀刃與圓孔5后端面的最小間距不小于圓孔5的半徑的一半。這種刀盤改變了中心刀對應(yīng)土體被挖掘時的應(yīng)力狀態(tài)，從而大幅降低刀盤掘進軸向推力，提高掘進效率。
權(quán)利要求
1.中心刀后置式盾構(gòu)機刀盤，包括刀梁(1)、幅板O)、普通開挖刀(3)、中心刀，其特征是在刀盤中心開有一個貫通刀盤的圓孔(5)，中心刀(4)通過刀架(6)固定于圓孔(5) 的后面。
2.權(quán)利1所述的中心刀后置式盾構(gòu)機刀盤，其特征是所述中心刀(4)刀刃與所述圓孔 (5)后端面的最小間距不小于圓孔(5)的半徑的一半。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中心刀后置式盾構(gòu)機刀盤，其技術(shù)方案是，去掉傳統(tǒng)刀盤前面的中心刀，在刀盤中心開有一個貫通刀盤的圓孔，中心刀通過刀架固定于圓孔的后面。中心刀刀刃與圓孔后端面的最小間距不小于圓孔的半徑的一半。該刀盤工作時首先由普通開挖刀挖掘刀盤中心圓孔以外的土體，刀盤中心圓孔內(nèi)土體形成土體圓柱并逐漸穿過圓孔。當土體圓柱碰到后置中心刀時，因為沒有周圍土體的圍壓土體處于單向受壓狀態(tài)，只需很小的軸向推力即可將其破碎。因此中心刀后置式盾構(gòu)機刀盤可以大幅降低中心刀的軸向推力，從而降低總軸向推力，避免挖掘中泥土結(jié)餅現(xiàn)象，提高掘進效率。
文檔編號E21D9/08GK102287200SQ20111019773
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者亢一瀾, 王燕群, 蔡宗熙 申請人:天津大學(xué)