[发明专利]带有多层可伸缩辐条可以切削非圆形断面隧道的刀盘结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有多层可伸缩辐条、可以切削多种非圆形断面隧道的刀盘结构，属于隧道施工设备的发明。

背景技术

在地下工程中，绝大多数隧道的断面都是圆形的，因为圆形断面是最容易实现的。然而，由于城市的地下桩基和设施越来越密集，地下空间的资源已经日显稀缺宝贵，因而经常出现由于地下空间的不足而使得圆形隧道线路的选择受到阻碍。加之圆形隧道的断面虽然是最容易实现的施工断面，可是在大多数的情况下却并不是利用效率最高的隧道断面，也就是说，在圆形隧道的施工中经常不可避免地对许多不必要的、也就是今后派不上用场的那些空间的土体进行挖掘。因此，为了解决圆形隧道的不足之处，已经有越来越多的非圆形如正方形、长方形或椭圆形等断面的隧道在世界各地的工程中出现。为了建造各种非圆形断面的隧道(或称异形隧道)，世界上已经出现了相当多的有关非圆形隧道施工设备的专利，比如JP3122398设置了左右两个圆形刀盘和上下两个水平布置的鼓形滚刀，US5110188采用数个圆形刀盘以及数个摆动式刀具，JP6307190将圆弧三角形刀盘设置在与盾构本体纵向轴线成偏心的套筒内，JP2002004758采用了偏心多轴机构，EP1959093在两个相对于盾构中心成对称布置并能在围绕中心旋转的同时进行摆动的偏心轴端上安装了两个刀盘，US4998776在圆形刀盘上设置了可摆动的圆形小刀盘，JP2000008779在圆形刀盘上设置可回转的卵形小刀盘并通过自转公转进行切削，US20100164274设置多个刀盘围绕多个回转轴线通过自转公转及摆动进行切削，以及JP11256991、JP2005256434、JP2000213279、JP2007126882、ZL02136207.6等等。所有这些专利设备都可以切削出某些非圆形断面的隧道，它们的设计都非常巧妙独特，只是它们的机械结构都太复杂，其中大多数还必须借助电器和液压的特殊配合或借助计算机控制以将某些刀具的摆动角度、回转角度或伸出长度与刀盘回转的相位角度对应起来才能实现非圆形断面的切削，因而这些设备造价极其昂贵，维保修理困难，故障率增加，从而造成非圆形断面的隧道一直难以得到积极的推广发展。

发明内容

本发明提出一种结构非常简单却能够切削出多种非圆形断面隧道的刀盘结构，这种刀盘结构可以应用于盾构和顶管机上。借助本发明的刀盘结构并配以相应的壳体，盾构和顶管机就可以切削出正方形、长方形、圆弧正方形、圆弧长方形、椭圆形、卵形、马蹄形、菱形、弓状矩形等等多种类型的非圆形断面的隧道。

本发明所采用的技术方案是：在盾构或顶管机的刀盘上设置数条可以沿刀盘的径向作伸缩移动的辐条，并使辐条端部始终紧紧地顶在盾构或顶管机的壳体内壁上。当刀盘旋转时，可伸缩辐条就会随着壳体形状曲率的变化而伸出或缩回，从而安装于可伸缩辐条上的刀具就可切削出与壳体形状完全相同的断面来，而且，无论盾构或顶管机的壳体是什么形状的断面，可伸缩辐条上的刀具都会对该形状断面的土体作出真正的全断面切削。具体的做法是：将刀盘上的刀具分作两大类，第一类刀具负责对直径为小于等于待建非圆形断面隧道的内切圆直径的圆内的土体的切削，第二类刀具负责对非圆形断面的周边与第一类刀具所切削的圆的周边之间的土体的切削。第一类刀具和第二类刀具都受刀盘的驱动并以刀盘轴线为回转中心对土体进行回转切削。第一类刀具和第二类刀具既可以处在同一个切削平面内，也可以处在前后两个不同的切削平面内，在后者情况下，第二类刀具位于第一类刀具后面的那个切削平面内。第一类刀具固定在刀盘体上，第二类刀具固定在为多层可伸缩结构的辐条上且借助可伸缩结构沿刀盘的径向作伸缩移动。在多层可伸缩结构辐条中各层之间的所有受力面上均安装有直线滚动轴承，并在互为反向受力的直线滚动轴承中选择在某一方向受力的直线滚动轴承上设置间隙调整机构。在多层可伸缩辐条的各层之间设有密封装置，以确保直线滚动轴承的功能不受碴土的影响。借助机械或液压的手段对伸得最出的那层辐条始终施加一个力，使其始终紧紧地顶在盾构或顶管机的壳体内壁上。在伸得最出的那层辐条的顶端装有滚轮，以使可伸缩辐条与盾构或顶管机的壳体内壁之间形成滚动摩擦。盾构或顶管机的壳体内壁在与滚轮接触位置处堆焊有一圈耐磨层。