[发明专利]中心刀后置式盾构机刀盘

说明书

技术领域

本发明属于隧道掘进设备，具体涉及一种将中心刀置于刀盘后部的盾构机刀盘。

背景技术

盾构机是用于隧道开挖的机械设备，刀盘是盾构机挖掘土体的主要部件。刀盘上装有多类开挖刀，其中位于刀盘旋转中心区域的开挖刀称为中心刀，刀盘上的其他各类刀具在此统称为普通开挖刀。工作时刀盘旋转并向前推进挖掘土体，实现隧道开挖。刀盘切削土体的主要载荷是切向力和轴向推力。由于中心刀位于刀盘旋转中心，切向线速度低，中心刀对土体施加的切向力很小，主要靠挤压来挖掘土体。传统刀盘的中心刀固定在刀盘最前端，掘进时中心刀对应的土体首先被挖掘，此时该处土体处于周围土体的围压下，中心刀施加轴向压力后该处土体主要处于三向受压应力状态。根据土力学，三向受压应力状态不利于土体挖掘，中心刀必须施加相当大的轴向推力才能完成土体挖掘，因此造成刀盘掘进轴向总推力大。轴向推力大所带来的问题是：(1)限制了掘进速度。轴向推力过大会造成隧道上方的土地表面隆起，而轴向推力大小与刀盘轴向推进速度正相关，为避免地表隆起，必须用较低的轴向推进速度掘进。(2)中心刀对应的土体在三向受压应力状态下水分被挤走，含水量降低土体变硬，甚至结成泥饼，造成掘进困难。

发明内容

为克服上述之不足，本发明的目的是提供一种将挖掘隧道中心区域土体的中心刀置于刀盘后部的刀盘。

本发明提供的中心刀后置式刀盘，主要由刀梁、幅板、普通开挖刀、中心刀等组成，本发明的技术方案是，去掉传统刀盘前面的中心刀，在刀盘中心开有一个贯通刀盘的圆孔，中心刀通过刀架固定于圆孔的后面。后置的中心刀刀刃与圆孔后端面的最小间距不小于圆孔半径的一半。

在隧道掘进中，本发明刀盘前面板上的多种普通开挖刀首先挖掘土体，刀盘中心圆孔所对应的土体暂时未被挖掘。随着刀盘不断推进，刀盘中心圆孔以外的土体被挖掘，中心圆孔以内未被挖掘的土体逐渐深入刀盘中心圆孔，形成土体圆柱。当土体圆柱穿过刀盘中心贯通圆孔，碰到后置中心刀时被后置中心刀破碎。在此过程中，刀盘前面板上普通开挖刀所需的轴向推力与传统刀盘基本一样，而土体圆柱由于没有了周围土体的围压，被后置中心刀破碎时主要处于单向受压状态，只需很小的轴向推力即可将其破碎，甚至土体的自重即可使其破碎。因此本发明刀盘可以大幅降低中心刀的轴向推力，从而降低总轴向推力。

本发明的特点及效果是，在刀盘中心留有一个贯通刀盘的圆孔，将挖掘隧道中心区土体的中心刀安置在贯通圆孔后面并与贯通圆孔后端面保留一定距离，这种刀盘改变了挖掘隧道时土体的切削顺序，由传统刀盘先挖掘中心区域再挖掘周边区域改为首先挖掘隧道周边区域再挖掘中心区域，由此产生的重要作用是改变了隧道中心土体被挖掘时土体的应力状态，由不利于挖掘的三向受压应力状态变为相对容易挖掘的单向受压应力状态，可有效降低中心刀挖掘土体的轴向推力消耗，，从而降低刀盘的掘进总推力，同时可以避免隧道掘进中泥土结饼现象，提高掘进效率。

附图说明

图1为本发明刀盘结构正视图；

图2为本发明刀盘结构侧视图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本发明的结构作进一步的说明。需要说明的是，本实施方式是叙述性的，不以此限定本发明的保护内容。

中心刀后置式盾构机刀盘，包括刀梁1、幅板2、普通开挖刀3以及中心刀4等，其结构是在刀盘中心开有一个贯通刀盘的圆孔5，中心刀4通过刀架6固定于刀盘圆孔后面。中心刀4的刀刃与圆孔5后端面的最小间距不小于圆孔5的半径的一半。这种刀盘改变了中心刀对应土体被挖掘时的应力状态，从而大幅降低刀盘掘进轴向推力，提高掘进效率。