[發明專利]一種減緩盾構刀盤結泥餅的物理結構

在審

• 申請號: 202011461131.1
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112459792A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 王哲;朱航駿;許四法;尉彬嬪;余衍;應煜
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;朱思蘭

本發明提供了一種減緩盾構刀盤結泥餅的物理結構，包括：盾構刀盤、盾構刀盤面板、盾構刀具，該結構由盾構刀盤的面板和刀具表面的改造而得，通過在盾構刀盤的面板和刀具表面設置細密的小凸點來加強刀盤面板、刀具與涂層間的粘結作用，并通過小凸點對土體進行排氣、散氣，提高土體飽和度，降低土體基質吸力，進一步減緩了粘土顆粒之間以及粘土與盾構刀盤、刀具之間的吸附作用，確保在沖刷壓力、流量保持不變的情況下，更好地緩解和應對盾構刀盤結泥現象。

技術領域

本發明屬于建筑工程領域，具體涉及一種減緩盾構刀盤結泥餅的物理結構。

背景技術

隨著我國城市化發展進程的加快，城市地面交通設備的負荷日益嚴重，地下空間的開發利用就成了廣大城市設計人員關注的焦點，盾構工法也因為其具有眾多的優點而在城市軌道交通工程中被廣泛應用。

盾構工法在施工過程中具有不影響地面交通與設備，不影響地下管線等設備，施工勞動強度低等優點。但是在盾構施工中往往會產生盾構刀盤結泥餅的現象，對盾構掘進效率、刀盤刀具等產生不利的影響。

盾構施工在可塑、硬塑狀的粘土地層、泥巖、泥質粉砂巖等地層中掘進時，土體富含黏土礦物質，粒徑小且粘性大，被刀具切削下來的渣土由于刀盤開口率小等諸多原因滯留在刀盤和盾構開挖面之間，經刀盤擠壓作用形成厚而硬的泥餅，包裹刀具，大大降低了刀盤的切削能力，影響掘進速度，刀盤與掌子面長時間的摩擦，會嚴重導致刀盤受到磨損，溫度不斷升高，加劇泥餅的形成。

為了減少盾構刀盤結泥問題，施工單位在結泥問題上往往采取使用分散劑、改進刀盤面板沖刷系統、在刀具表面涂層處理等措施，但是這些方法往往存在一定的局限性，只能為同類工程背景下的結泥問題提供參考，地質環境的差異也可能會導致這些方法不能發揮高效的作用。例如：涂層材料極易脫落，造成對刀具的磨損，產生結泥現象；受場地限制，沖刷壓力不足以沖刷刀盤上已產生的泥餅；在粉砂質粘土等地層，分散劑使用效果不佳等。

發明內容

鑒于現有盾構刀盤結泥問題措施存在或潛在的一些問題，本發明提供了一種減緩盾構刀盤結泥餅的物理結構。該結構通過對盾構刀盤的面板刀具表面的改造而得，改造措施依據土體在刀盤上吸附的微觀機理，并參考不粘鍋原理進行實施。

本發明的技術方案如下：

一種減緩盾構刀盤結泥餅的物理結構，包括：盾構刀盤、盾構刀盤面板、盾構刀具，所述盾構刀盤面板和盾構刀具在開挖土層方向一側的表面分布有凸點；

所述凸點的突起高度以及凸點相互之間的間隔可根據盾構機在實際工程中結泥的實際情況合理設置，在盾構刀盤面板和盾構刀具上形成有規律的紋路；

通常盾構刀盤的結泥現象在刀盤中心位置最為嚴重，因此盾構刀盤面板上凸點突起高度的設置為：從刀盤中心向四周呈由高到低的分布(在0.5～0.8mm的高度范圍內由高到低分布)；盾構刀盤面板上凸點相互之間的間隔形式為：從刀盤中心向四周呈由密到疏的分布(在0.5～0.9mm的間隔范圍內由密到疏分布)；盾構刀具上凸點的設置方式與盾構刀盤面板上的設置方式相同，即：在結泥嚴重的刀盤中心區域凸點呈高、密的設置方式，在結泥輕微的周圍區域凸點呈低、疏的設置方式；

所述凸點的形成工藝為：利用熔化的鐵水，將鐵水倒入壓鑄機的入料筒，然后活塞壓射將鐵水推入壓鑄模具內，靜置10～15秒，壓鑄成型，再進行毛刺處理和噴砂處理后形成的；

進一步，分布有凸點的盾構刀盤面板和盾構刀具表面還設有TiAlN涂層。

本發明的優點是：

(1)從微觀角度出發探討盾構刀盤結泥餅問題，黏土與金屬表面的粘附力主要受基質吸力(即土中水力壓差)的影響，這個基質吸力促使粘土顆粒之間以及粘土與金屬表面之間產生了吸附作用。小凸點的設置可以改變土體與刀盤面板、刀具間的真空狀態，起到對土體排氣、散氣的作用，提高土體飽和度，降低土體基質吸力，進一步減緩了粘土顆粒之間以及粘土與刀盤面板、刀具之間的吸附作用。