專利名稱：一種拓展epb盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及EPB ( 土壓平衡)盾構(gòu)機，具體說是一種通過拓展EPB盾構(gòu)機刀盤 以適應軟弱地層的裝置。
背景技術(shù)：
在盾構(gòu)法施工過程中，刀盤開口率是盾構(gòu)機一個非常重要的技術(shù)指標之一。所謂 開口率是指盾構(gòu)機刀盤開口面積與刀盤面積的比值，刀盤開口面積不僅包括刀盤正面開口 面積也包括側(cè)面開口面積。刀盤開口必須根據(jù)地質(zhì)條件、開挖面的穩(wěn)定性和開挖效率來決 定其形狀、尺寸和配置。在現(xiàn)有技術(shù)中，盡管存在開口率可變的EPB盾構(gòu)機，如專利號為 ZL200410010048的《一種盾構(gòu)機中能調(diào)節(jié)開口率的裝置》，當EPB盾構(gòu)機的開口率改變后， 仍然無法使EPB盾構(gòu)機適應在軟弱地層(如富水砂層)中工作。目前，對于軟弱地層，若采用EPB盾構(gòu)機施工，則須對掘進影響區(qū)范圍內(nèi)的地層實 施土體加固，否則是難于或無法控制因掘進施工而導致地表的劇烈沉降，造成地表構(gòu)(建) 筑物(鐵路、管線、橋、房屋等)破壞的惡性安全重大事故的發(fā)生。實踐證明EPB盾構(gòu)機，對 軟弱地層的適應能力遠遠低于泥水平衡式盾構(gòu)機的適應能力。雖然泥水平衡式盾構(gòu)機能適 應和確保在軟弱地層的掘進時地表的安全，但由于泥水盾構(gòu)機與土壓平衡盾構(gòu)機相比其設 備造價高，每延米運行成本和管理成本高，造漿系統(tǒng)、泥漿處理系統(tǒng)占地面積大，造成施工 征地費用高。為此，盾構(gòu)承包商在對盾構(gòu)機進行選型時，只要軟弱地層累計長度不超過隧洞 長度10%時，都選用EPB盾構(gòu)機。隨后在掘進前，在地面上對軟弱地層的地段實施加固措 施，但往往有時存在地表因有重要構(gòu)(建)筑物，而無法實施加固的情況，此時承包商只能 冒險掘進，其后果就可想而知了。是否能通過對EPB盾構(gòu)機刀盤進行必要改造，增大其對軟 弱地層的適應性，同時又能滿足在軟硬巖掘進時適應性的需要。如何改變刀盤的形式，使 EPB盾構(gòu)機在不加固的軟弱地層中掘進時基本具備泥水盾構(gòu)機的可靠性和安全性，是當今 EPB盾構(gòu)機施工的難點。

實用新型內(nèi)容針對上述EPB盾構(gòu)機對軟弱地層適應性極差的弱點，本實用新型所要解決的技術(shù) 問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置，其可大大增強EPB 盾構(gòu)機在軟弱地層掘進時的適應性，從而提高它的可靠性和安全性。本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置，包括 一圓柱形刀盤和沿刀盤周向分布安裝刀具的數(shù)根刀梁，每相鄰的兩刀梁之間形成有供泥土 流入的扇形開口，在刀盤圓周側(cè)面位于扇形開口處設有防止軟弱土體失穩(wěn)的支撐器，利用 已更換下來的邊緣刮刀的安裝緊固螺栓孔，采用高強度螺栓將該裝置緊固在刀盤圓周上， 從而就改變了刀盤的開口面積，即改變刀盤的開口率。本實用新型還具有如下附加技術(shù)特征每一刀梁上設有安裝邊緣刮刀的螺栓孔，所述支撐器通過螺栓與兩側(cè)刀梁上的螺栓孔對應連接。所述支撐器包括沿刀盤周向設置的擋板和沿刀盤徑向設置與擋板固接的兩側(cè)板， 所述兩側(cè)板分別安裝在其兩側(cè)刀梁上。所述擋板由相固結(jié)的兩平板組成，兩平板之間形成大于90°的夾角。所述擋板截面呈弧形。本實用新型提供的一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置與現(xiàn)有技術(shù)相 比具有如下優(yōu)點本實用新型中在刀盤圓周側(cè)面位于扇形開口處設有防止軟弱土體失穩(wěn)的 支撐器，所述支撐器通過刀梁上安裝邊緣刮刀的現(xiàn)有螺栓孔緊固在所述刀盤上，操作過程 既方便又簡單。在軟弱地層中施工時，拆掉本實用新型EPB盾構(gòu)機的邊緣刮刀，安裝所述 支撐器，這樣不僅減小了刀盤側(cè)面扇形開口面積，即減小了盾構(gòu)機的開口率，而且可減小甚 至消除刀盤沿重力方向的開口，從而有效地切斷了隧道拱頂軟弱土體在失穩(wěn)時進入土倉的 通道，迫使盾構(gòu)機在掘進時進入土倉的泥土只能從刀盤的正面開口處進入土倉，即使隧道 拱頂?shù)能浫跬馏w失穩(wěn)后，在重力的作用下也無法造成土體的顆粒流失，能有效約束隧道拱 頂土體的位移，從而有效的控制地表的前、后期沉降，實現(xiàn)了 EPB盾構(gòu)機在軟弱地層中的掘 進，增強了 EPB盾構(gòu)機在軟弱地層掘進時的適應性，有效保障了 EPB盾構(gòu)機在不加固軟弱地 層掘進時的可靠性和安全性。

圖1是EPB盾構(gòu)機刀盤上安裝有邊緣刮刀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型中刀盤上安裝有支撐器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中A向局部放大示意圖；圖4是本實用新型中支撐器的透視圖；圖5是本實用新型中支撐器的側(cè)視圖。
具體實施方式
參見圖1至圖5，示出本實用新型一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置的 一種優(yōu)選方式，其包括一圓柱形刀盤1和沿刀盤周向分布安裝刀具的數(shù)根刀梁2，每相鄰的 兩刀梁之間形成有供泥土流進的扇形開口 3，在刀盤圓周側(cè)面位于扇形開口處設有防止軟 弱土體失穩(wěn)的支撐器4。本實用新型中的刀盤上共設有八根刀梁，其中四根相互間隔的刀梁 安裝滾刀21，另外四根相互間隔的刀梁安裝刮刀22，在每根刀梁的邊緣兩側(cè)可安裝邊緣刮 刀23。八根刀梁之間形成有八個扇形開口 3，拆掉邊緣刮刀后，可在刀盤圓周側(cè)面位于每個 扇形開口處安裝具有足夠剛度的支撐器4，所述支撐器利用刀梁上安裝邊緣刮刀的現(xiàn)有螺 栓孔，通過高強度螺栓與兩側(cè)刀梁上的螺栓孔連接，更換過程既簡單又方便。本實用新型的 EPB盾構(gòu)機在掘進的過程中，如遇到土質(zhì)軟弱地層時，在刀盤圓周側(cè)面的扇形開口處的隧道 拱頂?shù)哪嗤帘恢纹髦?，泥土無法向下脫落，不會引起地面塌陷，從而保證掘進過程順利 進行；如遇到土質(zhì)較好地層(土、軟巖、硬巖)時，只需擰下聯(lián)接螺栓，將本裝置拆卸，更換成 邊緣刮刀，以增加盾構(gòu)機開口率，恢復盾構(gòu)機在軟硬巖掘進時的適應性。目前，國內(nèi)外EPB盾構(gòu)機在軟弱地層掘進時都沒有安裝該裝置，也沒有拆除邊緣 刮刀，使得土倉的壓力波動直接波及到隧道拱頂?shù)膰鷰r體，并對圍巖體產(chǎn)生較大擾動，易造成隧道拱頂范圍內(nèi)的土體失穩(wěn)。只要土倉容積瞬時變化，大量的隧道拱頂?shù)耐馏w就會涌向 土倉，而且邊緣刮刀可對隧道拱頂土體產(chǎn)生附加擾動，成為隧道拱頂土體進入土倉的助推 器。由于不加裝本實用新型中的支撐器，EPB盾構(gòu)機在不加固的軟弱地層掘進時，對地表沉 降的控制是無法保障的，故至今也沒有成功的案例。在本實施方式中，所述支撐器4包括沿刀盤周向設置的擋板41和沿刀盤徑向設 置與擋板固接的兩側(cè)板42，所述兩側(cè)板分別安裝在其兩側(cè)刀梁上。由于在刀盤圓周側(cè)面位 于扇形開口處設有擋板，擋板占據(jù)了開口的部分面積，使得刀盤開口面積減小，這不僅減小 了盾構(gòu)機的開口率，而且擋板可支撐圓周側(cè)面的扇形開口上方的土體，從而有效地切斷了 隧道拱頂軟弱土體在失穩(wěn)時進入土倉的通道，迫使盾構(gòu)機在掘進時進入土倉的泥土只能從 刀盤的正面開口處進入土倉，即泥土只能刀盤柱面的扇形開口處進入土倉，從而實現(xiàn)了 EPB 盾構(gòu)機在軟弱地層中的掘進，增強EPB盾構(gòu)機在軟弱地層掘進時的適應性。采用本實用新 型的支撐器，能有效克服EPB盾構(gòu)機在軟弱地層掘進的弱點，大大減小掘進時土倉的壓力 波動對隧道拱頂土體的擾動，因為土倉的壓力波動傳遞至擋板時，被擋板吸收，無法傳遞至 隧道拱頂?shù)耐馏w，從而有效保障EPB盾構(gòu)機在不加固軟弱地層掘進時的可靠性和安全性。 當盾構(gòu)機進入土體自穩(wěn)性較好的地層(土、軟巖、硬巖)時，只需擰下支撐器安裝在刀盤上 的螺栓，將支撐器拆卸，更換成邊緣刮刀，刀盤就可恢復其在軟、硬巖掘進時的適應性。在實 施過程中，所述擋板由相固結(jié)的兩平板組成，兩平板之間形成大于90°的夾角，此夾角可與 刀盤邊緣的弧度相適配，當然擋板也可以設置成一弧形擋板，其截面形狀的弧度與刀盤邊 緣的弧度相適配。上述實施例僅供說明本實用新型之用，而并非是對本實用新型的限制，有關技術(shù) 領域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變化 和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范 圍應由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置，包括一圓柱形刀盤(1)和沿刀盤周向分布安裝刀具的數(shù)根刀梁(2)，每相鄰的兩刀梁之間形成有供泥土流入的扇形開口(3)，其特征在于在刀盤圓周側(cè)面位于扇形開口處設有防止軟弱土體失穩(wěn)的支撐器(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置，其特征在于 每一刀梁上設有安裝邊緣刮刀(23)的螺栓孔，所述支撐器(4)通過螺栓與兩側(cè)刀梁上的螺 栓孔對應連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置，其特征在于 所述支撐器(4)包括沿刀盤周向設置的擋板(41)和沿刀盤徑向設置與擋板固接的兩側(cè)板 (42)，所述兩側(cè)板分別安裝在其兩側(cè)刀梁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置，其特征在于 所述擋板(41)由相固結(jié)的兩平板組成，兩平板之間形成大于90°的夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置，其特征在于 所述擋板(41)截面呈弧形。
專利摘要本實用新型涉及一種拓展EPB盾構(gòu)機刀盤適應軟弱地層的裝置，包括一圓柱形刀盤和沿刀盤周向分布安裝刀具的數(shù)根刀梁，每相鄰的兩刀梁之間形成有供泥土流入的扇形開口，在刀盤圓周側(cè)面位于扇形開口處設有防止軟弱土體失穩(wěn)的支撐器，所述支撐器通過刀梁上安裝邊緣刮刀的現(xiàn)有螺栓孔與兩側(cè)刀梁螺栓連接。在軟弱地層中施工時，拆掉本實用新型EPB盾構(gòu)機的邊緣刮刀，安裝所述支撐器，這樣不僅減小了盾構(gòu)機的開口率，而且可使盾構(gòu)機在掘進時進入土倉的泥土只能從刀盤柱面的扇形處入土倉，增強了EPB盾構(gòu)機在軟弱地層掘進時的適應性，有效保障了EPB盾構(gòu)機在不加固軟弱地層掘進時的可靠性和安全性。
文檔編號E21D9/087GK201666155SQ20102028169
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者吳文彪, 林輝, 溫彥杰, 魏志云 申請人:林輝