適合復(fù)雜硬巖地質(zhì)的隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適合復(fù)雜硬巖地質(zhì)的隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)，主要用于。
【背景技術(shù)】
[0002]全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(tunnel boring machine, TBM)是隧道專(zhuān)用施工機(jī)械，廣泛應(yīng)用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電隧道工程。刀盤(pán)是TBM的關(guān)鍵部件，具有開(kāi)挖、穩(wěn)定掌子面、攪拌碴土等功能。刀盤(pán)設(shè)計(jì)對(duì)提高TBM破巖能力和掘進(jìn)效率，降低挖掘成本具有重要的作用，是影響TBM掘進(jìn)性能的決定性因素。刀盤(pán)設(shè)計(jì)技術(shù)是掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，因此，提高自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制造能力，具有重要的戰(zhàn)略意義。TBM刀盤(pán)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括刀具選擇、刀盤(pán)主參數(shù)設(shè)計(jì)、刀具布置、刀盤(pán)盤(pán)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及其他構(gòu)件的設(shè)計(jì)與布置等。其中刀具布置是關(guān)鍵，關(guān)系到刀具和刀盤(pán)大軸承壽命、TBM掘進(jìn)效率、振動(dòng)等。刀盤(pán)系統(tǒng)需針對(duì)具體工程的地質(zhì)條件和施工要求進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，因而破巖過(guò)程機(jī)理、施工性能預(yù)測(cè)、刀具受力分析，以及刀具類(lèi)型、刀盤(pán)布局、切削參數(shù)與圍巖特性之間的相互關(guān)系的研究至關(guān)重要。
[0003]目前刀盤(pán)刀具布置時(shí)中心滾刀的刀間距比正面滾刀的刀間距大，普遍大10mm以上。當(dāng)?shù)堕g距較大時(shí)，刀具作用在巖層上形成的徑向裂紋難以貫通，需要加大貫入深度，遇到復(fù)雜硬巖地質(zhì)掘進(jìn)效率大為降低，這種情況下，中心滾刀的掘進(jìn)效率決定了整個(gè)刀盤(pán)的掘進(jìn)速度。刀盤(pán)掘進(jìn)效率降低刀具磨損加快，增加換刀成本，造成頻繁停機(jī)，一定程度上影響了施工進(jìn)度。
[0004]另外，現(xiàn)有全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)在施工時(shí)，遇到曲線(xiàn)推進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、糾偏時(shí)需要用到擴(kuò)挖刀具，也稱(chēng)超挖刀具。現(xiàn)有擴(kuò)挖刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在刀盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要留有安裝位置，刀盤(pán)焊接時(shí)較為困難(結(jié)構(gòu)復(fù)雜)，一般使用液壓缸驅(qū)動(dòng)，要配有一套獨(dú)立的液壓管路系統(tǒng)及電子檢測(cè)線(xiàn)路系統(tǒng)(傳感器)，故障率高，維修制造成本大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)復(fù)雜硬巖地質(zhì)條件，為了提高TBM刀盤(pán)的掘進(jìn)效率、減少換刀頻率、節(jié)省施工成本，提供一種適合復(fù)雜硬巖地質(zhì)的隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種適合復(fù)雜硬巖地質(zhì)的隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)，包括人孔、保徑刀、邊刀、刮刀、鏟刀、正滾刀、中心滾刀以及噴水嘴，在刀盤(pán)的中央設(shè)有數(shù)組中心滾刀，在中心滾刀的外圍設(shè)有數(shù)組正滾刀，在正滾刀的外圍設(shè)有沿刀盤(pán)外周均布的數(shù)組保徑刀、邊刀、刮刀和鏟刀；在中心滾刀的外圍還設(shè)有人孔，在刀盤(pán)上的各處設(shè)有數(shù)個(gè)噴水嘴，其特征在于，所述的中心滾刀采用小間距刀具；所述的保徑刀采用大小刀互換的刀箱結(jié)構(gòu)；所述的邊刀在擴(kuò)挖時(shí)提高其刀軸。
[0007]所述的中心滾刀包括滾刀刀箱、滾刀刀具、滾刀軸承、滾刀固定裝置和軸承支塊，滾刀刀具的兩端分別通過(guò)滾刀軸承連接在軸承支塊上，軸承支塊用滾刀固定裝置固定在滾刀刀箱兩側(cè)的安裝凹槽內(nèi)；所述的中心滾刀為雙聯(lián)結(jié)構(gòu)或四聯(lián)結(jié)構(gòu)，雙聯(lián)結(jié)構(gòu)的中心滾刀在一個(gè)滾刀刀箱內(nèi)安裝兩組同軸的滾刀刀具；四聯(lián)結(jié)構(gòu)的中心滾刀在一個(gè)滾刀刀箱內(nèi)安裝四組同軸的滾刀刀具；該滾刀刀具的刀號(hào)比所述的正滾刀的刀號(hào)小1-2個(gè)刀號(hào)，使得每一組滾刀刀具之間的間距和直徑均小于普通滾刀刀具。
[0008]所述的邊刀包括刀座、邊刀刀具、C型塊、長(zhǎng)螺釘、短螺釘、楔形塊和墊片堵板，C型塊通過(guò)短螺釘固定在刀座的安裝凹槽內(nèi)的一側(cè)，邊刀刀具的刀軸的兩端設(shè)在C型塊的凹口內(nèi)，并用楔形塊壓在刀軸的一側(cè)，在楔形塊的下面設(shè)有墊片堵板，并用長(zhǎng)螺釘將楔形塊和墊片堵板相互夾緊；在擴(kuò)挖時(shí)增加C型塊的凹口下部的厚度，使得所述刀軸的位置上移。
[0009]所述的保徑刀的大小刀互換的刀箱結(jié)構(gòu)與邊刀的相同，該保徑刀刀箱在刀軸方向與正常刀的刀箱相同；在刀體徑向方向的尺寸增加了一個(gè)刀號(hào)的距離，刀軸的位置與原刀箱相同；在正常掘進(jìn)時(shí)安裝正常刀具，擴(kuò)挖時(shí)更換大號(hào)刀具，安裝固定方式與正常刀具相同，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)挖。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:刀盤(pán)中心刀刀具可實(shí)現(xiàn)小刀間距，提高了中心刀的破巖效率，與現(xiàn)有刀盤(pán)中心刀相比，無(wú)需改變現(xiàn)有刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便，減少換刀頻率，降低了施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約施工成本；保徑刀刀箱增大設(shè)計(jì)，在不增加刀盤(pán)制作成本前提下可快速實(shí)現(xiàn)小擴(kuò)挖量施工要求；而且能夠準(zhǔn)確地控制擴(kuò)挖量，對(duì)擴(kuò)挖量的適應(yīng)性廣泛，擴(kuò)挖量可以由小到大隨意變換，對(duì)周邊地層擾動(dòng)小的前提下，順利實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)推進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、糾偏等目的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是現(xiàn)有刀盤(pán)的前端結(jié)構(gòu)布置示意圖；
圖2是本發(fā)明的前端結(jié)構(gòu)布置示意圖；
圖3是圖2中P處的放大圖；
圖4是本發(fā)明雙聯(lián)結(jié)構(gòu)的中心滾刀的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖4的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明四聯(lián)結(jié)構(gòu)的中心滾刀的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明圖4和圖6的A-A剖視圖；
圖8是本發(fā)明TBM刀盤(pán)刀具布置及擴(kuò)挖原理示意圖；
圖9是本發(fā)明TBM刀盤(pán)邊刀擴(kuò)挖墊刀原理圖；
圖10是本發(fā)明TBM刀盤(pán)邊刀擴(kuò)挖前結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11是本發(fā)明TBM刀盤(pán)邊刀擴(kuò)挖后結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12是本發(fā)明TBM刀盤(pán)正滾刀、邊滾刀位置結(jié)構(gòu)圖；
圖13是本發(fā)明TBM刀盤(pán)保徑刀刀箱結(jié)構(gòu)示意圖；
圖14是圖13的B-B剖視圖。
[0012]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1、人孔，2、保徑刀，3、邊刀，4、刮刀，5、鏟刀，
6、正滾刀，7、中心滾刀，70、滾刀刀箱，71、滾刀刀圈，72、滾刀刀轂，73、滾刀固定螺栓，74、滾刀軸承，75、滾刀軸，76、斜壓塊，77、正壓塊，78、軸承支塊，10、(邊刀)刀軸，11、楔形塊、12、墊片堵板，19、刀盤(pán)刀具回轉(zhuǎn)中心，20、滾刀刀刃剖視面，21、刀盤(pán)正面耐磨板剖視面，22、刀盤(pán)基準(zhǔn)線(xiàn)，23、擴(kuò)挖理論線(xiàn)，24、原始滾刀輪廓線(xiàn)，25、擴(kuò)挖前C型塊，26、(邊刀)刀箱，27、擴(kuò)挖后(邊刀)C型塊，28、(邊刀)C型塊原有高度+徑向偏移量，29、(邊刀)C型塊固定螺栓，30、(邊刀)刀軸固定螺釘；31、(保徑刀)楔形塊，32、(保徑刀)刀軸固定螺釘，33、(保徑刀)刀軸，34、(保徑刀)C型塊，35、(保徑刀)刀箱，36、(保徑刀)C型塊固定螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，TBM刀盤(pán)中心滾刀和正滾刀形同直徑結(jié)構(gòu)布置，配有中心滾刀7、正滾刀6、邊刀3、保徑刀2、鏟刀5、人孔1以及和噴水嘴等。
[0014]如圖2所示，本發(fā)明新型刀盤(pán)的中刀盤(pán)中心滾刀刀箱70 (包含雙刃滾刀和四刃滾刀)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改進(jìn)為小一個(gè)到兩個(gè)刀號(hào)，具體小幾個(gè)等級(jí)視具體地質(zhì)情況而定；保徑刀刀箱9可以大一個(gè)刀號(hào)設(shè)計(jì)。如原有刀盤(pán)設(shè)計(jì)中心滾刀7的直徑和其他刀具保持一致，則中心滾刀7由于承載力、中心刀雙聯(lián)四聯(lián)結(jié)構(gòu)的限制，軸承間距無(wú)法縮小，進(jìn)而刀間距據(jù)無(wú)法所縮小。本發(fā)明提供了一種設(shè)計(jì)思路，使中心滾刀7的刀號(hào)減小(軸承尺寸也相應(yīng)減小)刀號(hào)減小1個(gè)時(shí)軸承可以不減小，但刀號(hào)減小2個(gè)時(shí)軸承尺寸要相應(yīng)減小，進(jìn)而減小刀間距，提高中心滾刀7的破巖石效率；本發(fā)明提供了另一種設(shè)計(jì)思路是保徑刀刀箱9加大設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)同一刀箱可以裝兩種刀號(hào)的滾刀，正常掘進(jìn)時(shí)使用正常滾刀，如需要小范圍擴(kuò)挖時(shí)換用大一號(hào)滾刀。
[0015]如圖2所示，中心滾刀(包含雙聯(lián)和四聯(lián)滾刀)刀箱70縮小后在刀盤(pán)上的布置及保徑刀刀箱9加大后在刀盤(pán)上的布置。
[0016]如圖3所示為中心滾刀7縮小后和正滾刀6的對(duì)比放大圖。由圖可知中心刀刀箱70縮小后所裝刀具直徑相應(yīng)變小(