[實(shí)用新型]一種軟土巖層截割刀具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820460271.9
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號(hào): CN208057121U
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張魁;何仕海;郭龍;彭賜彩;馮劍軍;張高峰;劉金剛
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D9/087
• 分類號(hào): E21D9/087
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實(shí)用新型一種軟土巖層截割刀具包括切削刀具、刀架、彈性支撐組件、刀座，其中：所述切削刀具固定安裝于所述刀架上；所述刀架活動(dòng)地鉸接于所述刀座內(nèi)，并與所述彈性支撐組件上部接觸；所述彈性支撐組件的下部置于所述刀座的底部之上；所述彈性支撐組件壓靠在所述刀座的底部之上，同時(shí)所述彈性支撐組件壓縮變短，繼而使得所述刀架相對于鉸接中心向所述刀座內(nèi)部發(fā)生偏轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型還提供了相應(yīng)設(shè)計(jì)方法，通過計(jì)算最大名義切深、彈性元件的預(yù)壓縮量和理論等效剛度，用于指導(dǎo)選型設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型有益之處在于：避免硬巖、卵石和漂石等對切削刀具的沖擊損害，降低了刀具崩刃掉刃、磨損等非正常失效風(fēng)險(xiǎn)，提高了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)效率，降低了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于隧道掘進(jìn)裝備設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，涉及一種軟土巖層截割刀具，尤其涉及一種用于全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤系統(tǒng)的軟土巖層截割刀具。

背景技術(shù)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，地面可用空間越來越少。開發(fā)地下空間，例如建立地下快速軌道交通系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化城市發(fā)展的必然趨勢。全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)憑借其開挖效率高、工程質(zhì)量優(yōu)、地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)，在地下空間隧道開挖過程中得到了廣泛使用。總體來看，我國全斷面掘進(jìn)機(jī)的市場需求量預(yù)計(jì)將超過200臺(tái)，產(chǎn)業(yè)價(jià)值高達(dá)500億元。

目前，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)可分為兩種類型：一種為全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(FullFace Rock Tunnel Boring Machine，國內(nèi)習(xí)慣簡稱為TBM)，主要用于具有一定自穩(wěn)能力的巖石地層掘進(jìn)，特別適用于野外長隧道掘進(jìn)(引水隧洞、鐵路隧道等)，一般采用安裝于刀盤上的盤形滾刀(以下簡稱滾刀)回轉(zhuǎn)滾壓破碎巖層，其破巖機(jī)理為滾刀刃底擠壓和刃側(cè)剪切破巖作用；另一種為全斷面軟土地層隧道掘進(jìn)機(jī)(國內(nèi)習(xí)慣稱之為盾構(gòu)機(jī))，主要用于城市地下空間工程、過江隧道工程，采用安裝于刀盤刀座上的切刀(又稱刮刀)截割軟土層，其破巖機(jī)理為刮擦截割巖石。

一般而言，上述兩種全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的地質(zhì)適用范圍不同，因此在采用盾構(gòu)工法施工時(shí)，應(yīng)該提前對施工隧道所在的地質(zhì)條件和巖層構(gòu)成情況進(jìn)行現(xiàn)場勘探調(diào)研，并根據(jù)獲得的地質(zhì)調(diào)研報(bào)告和水文勘探報(bào)告，進(jìn)行合理選型。例如，對于開挖城市地鐵隧道、以及穿江越海隧道時(shí)，由于所處掘進(jìn)地層多為自穩(wěn)定性較差的軟巖及土壤地層，此時(shí)一般采用盾構(gòu)機(jī)開挖，其主要切削刀具為切刀；而對于開挖野外長距離輸水隧洞時(shí)，由于所處掘進(jìn)地層多為自穩(wěn)定性好的硬巖巖層(如花崗巖巖層、大理石、火成巖巖層等，部分巖層由于深部地應(yīng)力的作用，抗壓強(qiáng)度達(dá)到了380Mpa)，則一般采用TBM開挖，其切削刀具主要為滾刀。此外，當(dāng)掘進(jìn)地層既有巖層，又有軟土層等軟弱地層時(shí)，可采用復(fù)合盾構(gòu)進(jìn)行開挖，其刀盤上同時(shí)安裝有切刀和滾刀，分別用于開挖軟土巖層和硬巖層。

盡管隧道掘進(jìn)機(jī)制造商均會(huì)根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果嚴(yán)格進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，但由于隧道掘進(jìn)機(jī)所處掘進(jìn)地層地質(zhì)條件的復(fù)雜多變性和巖層巖性的隨機(jī)多樣性，因此不可避免地導(dǎo)致目前隧道掘進(jìn)機(jī)地質(zhì)適應(yīng)性普遍偏低。以城市地鐵隧道工程為例，盾構(gòu)機(jī)或復(fù)合盾構(gòu)所掘進(jìn)的地層極有可能存在軟硬復(fù)合地層、局部硬巖層、漂石地層、砂卵石地層等未預(yù)料復(fù)雜地層，甚至在少數(shù)極端環(huán)境下還存在著諸如鋼筋水泥塊等建筑遺留材料。此時(shí)，當(dāng)切刀突然遭遇到上述未預(yù)料復(fù)雜地層時(shí)，所承受的沖擊載荷和切削載荷是極其巨大的，而所述載荷帶來的危害也是極其嚴(yán)重的。以軟硬復(fù)合地層為例，切削刀具將承受著高頻變載沖擊，切削載荷會(huì)激增至5～10倍；再以富漂石地層、固定巖芯與土壤混合地層、以及沙卵石地層為例，經(jīng)過初步測算，若假定滾刀以0.63m/s以上的線速度撞擊漂石等硬質(zhì)材料時(shí)，理論上會(huì)產(chǎn)生高達(dá)15kN的瞬時(shí)沖擊力；在現(xiàn)有技術(shù)中切刀均采用高強(qiáng)度螺栓緊固在刀座內(nèi)，或者直接焊接在刀盤輻條上，屬于剛性連接，無任何避讓空間和緩沖余量，故必然會(huì)導(dǎo)致切刀在作業(yè)中因強(qiáng)大沖擊載荷和切削載荷而發(fā)生前述的崩刃、非正常的快速磨損失效等事故，從而增加了隧道施工成本，影響了工期進(jìn)度，嚴(yán)重制約了盾構(gòu)機(jī)和復(fù)合盾構(gòu)在城市隧道建設(shè)工程中的推廣應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在盾構(gòu)隧道施工過程中，掘進(jìn)機(jī)刀具消耗的成本大約占施工總成本的30％～40％。