一種內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對砂卵石地層施工超挖問題的內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤。
【背景技術(shù)】
[0002]盾構(gòu)施工法雖然對地層有廣泛適應(yīng)性，但因地質(zhì)情況千變?nèi)f化、施工環(huán)境的復(fù)雜性，在盾構(gòu)施工中必然遇到盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)性和施工方法、措施的調(diào)整等問題。
[0003]砂卵石地層是一種典型的力學(xué)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(yīng)靈敏。刀盤旋轉(zhuǎn)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(chǎn)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(gòu)機(jī)在這樣的土層中掘進(jìn)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(gòu)施工遠(yuǎn)比在一般粘性土、砂性土層中困難。2)盾構(gòu)機(jī)密封艙內(nèi)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(jī)向外排出也十分困難。3)盾構(gòu)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(jī)以及密封艙內(nèi)壁磨損嚴(yán)重。
[0004]在富水狀態(tài)下，盾構(gòu)穿越砂卵石地層，該地層具有很強(qiáng)的滲透能力，在該土層中進(jìn)行盾構(gòu)施工，極易造成噴涌、掌子面失穩(wěn)等工程事故。因此，盾構(gòu)機(jī)在這樣的土層中掘進(jìn)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(jī)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(gòu)在通過時刀盤前極易出現(xiàn)固結(jié)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(gòu)機(jī)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(cè)向支撐力，在超挖的情況下，隧道頂部土體由于缺少側(cè)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(fēng)險，需要對盾頂土體進(jìn)行必要的支撐。通過改變刀盤結(jié)構(gòu)形式來滿足上述條件是盾構(gòu)隧道施工過程中急需解決的一道技術(shù)難題。
[0006]傳統(tǒng)的盾構(gòu)刀盤縱立面形式為垂直直立式，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)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(gòu)機(jī)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(gòu)刀盤卡死的現(xiàn)象，降低掘進(jìn)速度。如果土倉壓力不足，常常造成超挖，從而產(chǎn)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(jìn)一步向地面發(fā)展，造成地面塌陷，如圖2所示。

【發(fā)明內(nèi)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(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)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(shù)問題。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤，包括邊緣區(qū)、正面區(qū)、過渡區(qū)、內(nèi)凹區(qū)，所述內(nèi)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(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)、輻條與小面板復(fù)合式布置，在輻條上布置有滾刀刀箱，小面板設(shè)置在正面區(qū)和過渡區(qū)內(nèi)。
[0011]所述內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤設(shè)置垂直交叉的2條輻條，小面板周邊設(shè)置有鋼格柵，支撐采用中間支撐，設(shè)置有4個泡沫劑入口，所述泡沫劑入口設(shè)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(nèi)徑為2.3m?2.4m。
[0013]所述過渡區(qū)的內(nèi)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(nèi)凹區(qū)的直徑為2.3m?2.4m。
[0016]所述內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的開口率為30 %?40 %。
[0017]所述內(nèi)凹區(qū)設(shè)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(shè)有16把單刃滾刀，24把刮刀。
[0019]所述正面區(qū)設(shè)有4把雙刃滾刀，8把單刃滾刀，即每個面板上設(shè)有1把雙刃滾刀，2把單刃滾刀。
[0020]所述邊緣區(qū)設(shè)有4把側(cè)面滾刀，每個面板上布置有1把側(cè)面滾刀；8把側(cè)面刮刀，每個面板上布置有2把側(cè)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(shù)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(xué)合理的適用于砂卵石地層的內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)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(jìn)速度。
【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)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(shù)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)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(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4是圖3所示內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤背面的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5是圖3所示內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤掘進(jìn)開挖土體的順序示意圖。
[0028]圖6為圖3所示內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的俯視圖。
[0029]圖7為圖3所示內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的側(cè)視圖。
[0030]其中:11為內(nèi)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(nèi)徑，3為中間支撐，4為盾構(gòu)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(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0032]實施例1
[0033]—種內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤，包括邊緣區(qū)14、正面區(qū)13、過渡區(qū)12、內(nèi)凹區(qū)11，所述內(nèi)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(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3所示內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤背面的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為圖3所示內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的俯視圖，圖7為圖3所示內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的側(cè)視圖。
[0034]所述內(nèi)凹式盾構(gòu)機(jī)刀盤的結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)、輻條與小面板復(fù)合式布置，設(shè)置垂直交叉的2條輻條，在輻條上布置滾刀刀箱，小面板設(shè)置在正面區(qū)13和過渡區(qū)12內(nèi)，小面板周邊設(shè)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(shè)置4個泡沫劑入口，可以設(shè)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(nèi)徑2為2.3m?2.4m。
[0036]所述過渡區(qū)12的內(nèi)凹角度為40°?50°，和砂卵石地層的內(nèi)摩擦角相當(dāng)。
[0037]所述過渡區(qū)12的深度為0