一種內凹式盾構機刀盤的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道工程技術領域，涉及一種針對砂卵石地層施工超挖問題的內凹式盾構機刀盤。
【背景技術】
[0002]盾構施工法雖然對地層有廣泛適應性，但因地質情況千變萬化、施工環(huán)境的復雜性，在盾構施工中必然遇到盾構機的適應性和施工方法、措施的調整等問題。
[0003]砂卵石地層是一種典型的力學不穩(wěn)定地層，顆粒之間的孔隙大、沒有粘聚力。在無水狀態(tài)下，顆粒之間點對點傳力，地層反應靈敏。刀盤旋轉切削時，很容易破壞地層原平衡狀態(tài)，引起較大的圍巖擾動，使開挖面和洞壁失去約束而產生不穩(wěn)定，造成坍塌。圍巖中的砂卵石越多、粒徑越大，擾動就越大；若隧道頂部大塊卵石剝落，極易引起上覆地層的突然塌陷。因此，盾構機在這樣的土層中掘進的特點和所受的不利影響主要表現(xiàn)在如下幾個方面:1)地層顆粒較大，盾構施工遠比在一般粘性土、砂性土層中困難。2)盾構機密封艙內建立土壓平衡比較困難，甚至無法實現(xiàn)土壓平衡的功能；該地層易坍塌，不易保持開挖面的穩(wěn)定，大粒徑砂卵石不但切削或破碎困難，而且切削下來的渣土經(jīng)螺旋輸送機向外排出也十分困難。3)盾構施工處于無水地層，切削土體顆粒與刀盤摩擦大，刀盤(刀具)和螺旋輸送機以及密封艙內壁磨損嚴重。
[0004]在富水狀態(tài)下，盾構穿越砂卵石地層，該地層具有很強的滲透能力，在該土層中進行盾構施工，極易造成噴涌、掌子面失穩(wěn)等工程事故。因此，盾構機在這樣的土層中掘進的特點和所受的不利影響主要表現(xiàn)在如下幾個方面:1)清倉比較困難，換刀時停機處易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。2)須在降水條件下或帶壓條件下?lián)Q刀，且換刀時地面非常容易塌陷或難以實現(xiàn)止水，具有較大安全隱患。3)因地層局部為砂卵石夾砂透鏡體，土壓平衡盾構在通過時刀盤前極易出現(xiàn)固結泥餅現(xiàn)象，開倉處理時易引起地面坍塌。
[0005]目前現(xiàn)有的盾構機刀盤形式分為幅板式、輻條式、面板式，這些刀盤縱斷面均為垂直直立式，無法給開挖過程中隧道頂部土體提供來自土的側向支撐力，在超挖的情況下，隧道頂部土體由于缺少側向支撐，極易造成地面塌陷。在如此環(huán)境下，為了提高掌子面的穩(wěn)定性，降低超挖引起地面塌陷的風險，需要對盾頂土體進行必要的支撐。通過改變刀盤結構形式來滿足上述條件是盾構隧道施工過程中急需解決的一道技術難題。
[0006]傳統(tǒng)的盾構刀盤縱立面形式為垂直直立式，盾構機掘進過程中，砂卵石掌子面超挖示意如圖1和圖2所示，傳統(tǒng)的盾構機面對砂卵石地層，如果土倉壓力過大，則刀盤扭矩增大，造成盾構刀盤卡死的現(xiàn)象，降低掘進速度。如果土倉壓力不足，常常造成超挖，從而產生如圖1所示的掌子面失穩(wěn)現(xiàn)象。由于砂卵石之間缺少粘聚力，失穩(wěn)的土體會進一步向地面發(fā)展，造成地面塌陷，如圖2所示。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于砂卵石地層的中心內凹式盾構機刀盤，以解決在砂卵石地層中，由于粒徑較大，顆粒之間粘聚力小而造成盾頂超挖時，地面塌陷的技術問題。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0009]一種內凹式盾構機刀盤，包括邊緣區(qū)、正面區(qū)、過渡區(qū)、內凹區(qū)，所述內凹區(qū)通過所述過渡區(qū)與所述正面區(qū)連接，所述正面區(qū)的四周是邊緣區(qū)。
[0010]所述內凹式盾構機刀盤的結構形式為內凹結構、輻條與小面板復合式布置，在輻條上布置有滾刀刀箱，小面板設置在正面區(qū)和過渡區(qū)內。
[0011]所述內凹式盾構機刀盤設置垂直交叉的2條輻條，小面板周邊設置有鋼格柵，支撐采用中間支撐，設置有4個泡沫劑入口，所述泡沫劑入口設置在輻臂上或小面板上。
[0012]所述過渡區(qū)的過渡區(qū)外徑為4.8m?4.9m，過渡區(qū)內徑為2.3m?2.4m。
[0013]所述過渡區(qū)的內凹角度為40°?50°。
[0014]所述過渡區(qū)的深度為0.9m?1.lm。
[0015]所述內凹區(qū)的直徑為2.3m?2.4m。
[0016]所述內凹式盾構機刀盤的開口率為30 %?40 %。
[0017]所述內凹區(qū)設有2組四聯(lián)滾刀或4把齒刀，4把雙刃滾刀，8把刮刀。
[0018]所述過渡區(qū)的輻條上共設有16把單刃滾刀，24把刮刀。
[0019]所述正面區(qū)設有4把雙刃滾刀，8把單刃滾刀，即每個面板上設有1把雙刃滾刀，2把單刃滾刀。
[0020]所述邊緣區(qū)設有4把側面滾刀，每個面板上布置有1把側面滾刀；8把側面刮刀，每個面板上布置有2把側面刮刀；同時邊緣布置有2把超挖刀。
[0021]由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明提供了一種安全可靠、科學合理的適用于砂卵石地層的內凹式盾構機刀盤，有效的解決了盾頂超挖而造成的地面塌陷問題，提高了施工過程的安全性，減小了刀盤扭矩，提高了掘進速度。
【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術盾構機掘進過程中，砂卵石掌子面超挖的一種示意圖。
[0024]圖2為現(xiàn)有技術盾構機掘進過程中，砂卵石掌子面超挖的另一種示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明實施例的內凹式盾構機刀盤的三維結構示意圖。
[0026]圖4是圖3所示內凹式盾構機刀盤背面的三維結構示意圖。
[0027]圖5是圖3所示內凹式盾構機刀盤掘進開挖土體的順序示意圖。
[0028]圖6為圖3所示內凹式盾構機刀盤的俯視圖。
[0029]圖7為圖3所示內凹式盾構機刀盤的側視圖。
[0030]其中:11為內凹區(qū)，12為過渡區(qū)，13為正面區(qū)，14為邊緣區(qū)，1為過渡區(qū)外徑，2為過渡區(qū)內徑，3為中間支撐，4為盾構隧道頂部、底部土體，5為中部的核心土體，6為兩邊的核心土體，7為上覆土體。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0032]實施例1
[0033]—種內凹式盾構機刀盤，包括邊緣區(qū)14、正面區(qū)13、過渡區(qū)12、內凹區(qū)11，所述內凹區(qū)11通過所述過渡區(qū)12與所述正面區(qū)13連接，所述正面區(qū)13的四周是邊緣區(qū)14。如圖3、圖4、圖6和圖7所示，圖3是本發(fā)明實施例的內凹式盾構機刀盤的三維結構示意圖，圖4是圖3所示內凹式盾構機刀盤背面的三維結構示意圖，圖6為圖3所示內凹式盾構機刀盤的俯視圖，圖7為圖3所示內凹式盾構機刀盤的側視圖。
[0034]所述內凹式盾構機刀盤的結構形式為內凹結構、輻條與小面板復合式布置，設置垂直交叉的2條輻條，在輻條上布置滾刀刀箱，小面板設置在正面區(qū)13和過渡區(qū)12內，小面板周邊設置鋼格柵，從而在阻止大石頭的同時開口率盡量大，支撐采用中間支撐3，設置4個泡沫劑入口，可以設置在輻臂上，也可以在小面板上，不作具體要求。
[0035]所述過渡區(qū)12的過渡區(qū)外徑1為4.8m?4.9m，過渡區(qū)內徑2為2.3m?2.4m。
[0036]所述過渡區(qū)12的內凹角度為40°?50°，和砂卵石地層的內摩擦角相當。
[0037]所述過渡區(qū)12的深度為0