[發明專利]一種漂石地層土壓平衡盾構楔擊刀安裝結構及設計方法

有效

• 申請號: 202210413698.4
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114517684B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 張晉勛;孫正陽;江玉生;武福美;江華;周劉剛;殷明倫;張雷;劉雙全;李博;蒙世宇;宋祥林
• 申請（專利權）人: 北京城建集團有限責任公司;中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08
• 代理公司: 北京中知星原知識產權代理事務所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本發明公開了一種漂石地層土壓平衡盾構楔擊刀安裝結構及設計方法，該楔擊刀安裝結構包括楔擊刀，安裝在盾構刀盤的刀箱內；所述楔擊刀整體呈上部大下部小，包括所述上部的擴大刀頭和下部的柱狀刀身，所述刀頭和刀身布置有合金塊；所述楔擊刀采用銷接安裝在刀盤的刀箱內，并且刀具底部與刀箱底部之間設置有緩沖復位機構，所述緩沖復位機構包括楔擊刀底部外形構造和緩沖回彈裝置。本發明提供的一種漂石地層土壓平衡盾構楔擊刀安裝結構及設計方法，通過對楔擊刀安裝結構進行設計得到能夠在富含大粒徑漂石地層中應用的土壓平衡盾構楔擊刀。拓展了土壓平衡盾構施工的應用領域，提高了漂石地層中土壓平衡盾構施工的掘進效率。

技術領域

本發明涉及盾構施工技術領域，尤其是盾構施工中的盾構刀盤、刀具設計，具體是一種漂石地層土壓平衡盾構楔擊刀安裝結構及設計方法。

背景技術

盾構施工技術憑借其安全、可靠、快速、經濟、環保等優勢廣泛應用于各大城市工程施工中，盾構施工技術已成為國內外常用的市政軌道交通施工方法，土壓平衡盾構機較為常用，土壓平衡盾構的施工原理是通過開挖土體與掌子面土體形成平衡以保證掌子面穩定，進而持續掘進施工。

土壓平衡盾構掘進地層主要依靠刀盤及安裝在刀盤上的刀具完成。目前，針對不同的地質條件，盾構掘進時破巖所用的刀具主要有滾刀及刮刀兩種。其中，滾刀主要用于硬巖地層，刮刀主要應用于軟土和松散地層。而對于富含大粒徑卵、漂石的地層來說，當滾刀作用于卵石上時，卵石易發生移動，即滾刀無法對卵石形成壓入效果，起裂區無法形成。另外在盾構進行掘進的過程中，大粒徑卵、漂石會隨著刀盤的轉動而移動，極易造成滾刀偏磨，因而破巖效率極低，因此在大粒徑卵漂石地層中不適合采用滾刀作為主破巖刀進行破巖。

刮刀適用于強度較低的粘土質地層或粒徑較小的砂卵石松散地層等地質環境，即通過盾構的推進將掌子面的土（或小粒徑卵石）逐層切削，進而完成隧道的掘進。而對于卵漂石含量高、粒徑大、強度高及磨蝕性強的大粒徑卵漂石地層，刮刀不僅無法將大粒徑卵漂石破碎，且由于地層的強磨損性，刮刀的壽命會大大降低，因此刮刀也不適合作為主切削刀用于大粒徑卵漂石地層的開挖。

現行的通用刀具對大粒徑的卵漂石地層是不適用的，因此，有必要提出一種針對大粒徑卵漂石抗壓強度高、抗拉強度低的力學特征的新型刀具。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提出一種漂石地層土壓平衡盾構楔擊刀安裝結構及設計方法，旨在通過對楔擊刀本身結構及其安裝方式的特殊設計，以提升楔擊刀在漂石地層土壓平衡盾構掘進中破碎地層中大粒徑漂石的效率及刀具自身沖擊能力、耐磨性，最終達到提升盾構掘進效率的目的。

本發明是這樣實現的：

一種漂石地層土壓平衡盾構楔擊刀安裝結構，該楔擊刀安裝結構包括楔擊刀，其安裝在盾構刀盤的刀箱內：

所述楔擊刀整體呈上大下小，包括上部擴大的刀頭和下部柱狀的刀身，刀頭和刀身布置有合金塊；

所述楔擊刀采用銷接安裝在刀盤的刀箱內，并且刀具底部與刀箱底部之間設置有緩沖復位機構，緩沖復位機構包括：緩沖回彈裝置和楔擊刀底部外形構造，并且

所述緩沖回彈裝置為：刀具下方設置一限位板，刀具底部與該限位板接觸，限位板下方與刀箱底部之間設置彈性件；

所述楔擊刀底部外形構造允許刀具轉動時驅動限位板下移壓縮所述彈性件。

在一些實施例中，所述楔擊刀刀頭和/或刀身截面形狀為長圓形或跑道型；楔擊刀的刀頭頂部四周進行圓弧形倒角。

在一些實施例中，所述合金塊布置具體為：刀頭兩側及中間采用整體貫通大合金塊，刀身布置包圍式、非貫通硬質合金片。

在一些實施例中，所述楔擊刀底部外形構造為：刀具的底面采用中間平面+兩角圓弧面的外形。

在一些實施例中，所述彈性件為高強度彈簧。