盾构机刀盘、盾构机以及用于隧道掘进的过桩盾构工法

技术领域

本发明涉及工程机械盾构机技术领域，特别涉及一种盾构机刀盘、盾构机以及用于隧道掘进的过桩盾构工法。

背景技术

目前，城市隧道建设都是使用盾构机进行施工，在施工的过程中，盾构机会经过一些建筑物的地桩，地桩由钢筋和混凝土浇筑而成，具有较高的强度，作用是稳定地基，对建筑物起支撑作用。

盾构机在施工过程中需要穿过一些地桩，在现在的盾构机上还没有专用的过桩装置，一种典型的过桩方法为盾构机停机，工作人员进入开挖仓内，人工用一定的设备破除隧道前方的地桩。在过桩过程中，操作人员需要带压进入开挖仓作业，作业期间需对开挖仓加压以维持隧道掌子面的稳定，操作人员需要承受开挖仓里的高压环境，操作过程耗时长，费用高，升压降压过程操作不当容易对操作人员的健康造成永久损害。

因此，如何提高盾构机过桩的安全性和施工效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种盾构机刀盘，能够提高盾构机过桩的安全性和施工效率。本发明的另一目的是提供一种包括上述盾构机刀盘的盾构机，能够提高盾构机过桩的安全性和施工效率。本发明的另一目的是提供一种应用上述盾构机刀盘的过桩盾构工法，能够提高盾构机过桩的安全性和施工效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾构机刀盘，包括刀箱，还包括破拆装置，所述破拆装置包括连接于所述刀箱中的用于切割地桩的套筒钻，所述套筒钻贯穿所述刀箱的前板；所述刀箱内设有套筒钻驱动装置，以驱动所述套筒钻相对于所述刀箱旋转与伸缩；所述套筒钻上设有用于容纳切割下的土芯的前端开口的容纳腔。

优选地，所述破拆装置还包括中间伸缩驱动装置；所述中间伸缩驱动装置伸入于所述容纳腔内部，用于将所述容纳腔内的土芯顶出。

优选地，所述刀箱上密封且固定连接有密封套筒，所述密封套筒套设于所述套筒钻外侧且与所述套筒钻密封连接，所述套筒钻能够相对于所述密封套筒滑动与转动，所述密封套筒与所述套筒钻之间的密封空间为存放有油脂的密封腔。

优选地，所述套筒钻驱动装置包括：

连接于所述套筒钻的筒钻旋转驱动器；

连接于所述筒钻旋转驱动器的筒钻伸缩驱动器。

优选地，还包括激光装置，用于对地桩进行定位。

优选地，所述常压可更换切刀连接有刀具伸缩驱动装置，所述刀具伸缩驱动装置信号连接于盾构机控制器。

优选地，所述刀箱上连接有用于切削掌子面的常压可更换切刀，所述刀箱上连接有用于打开或密封所述常压可更换切刀的刀安装孔的切换装置。

一种盾构机，包括如上述任一项所述的盾构机刀盘。

一种用于隧道掘进的过桩盾构工法，包括：

步骤S1：接收地桩定位信息；

步骤S2：控制盾构机刀盘，依次对被定位的地桩上的若干个切割点进行切割，所述盾构机刀盘为如上述的盾构机刀盘。

优选地，所述步骤S2具体包括：

步骤S21：控制所述中间伸缩驱动装置回缩以及所述套筒钻驱动装置启动，以使所述套筒钻对地桩上的当前切割点进行切割，在切割完成后，进入步骤S22；

步骤S22：控制所述套筒钻驱动装置复位且控制所述中间伸缩驱动装置伸出，以使中间伸缩驱动装置将所述套筒钻中的土芯顶出，顶出后，进入步骤S23；

步骤S23：判断是否还有下一切割点，若是，控制所述刀箱运动至下一切割点对应的位置，重复所述步骤S21。

本发明提供的盾构机刀盘，包括刀箱，还包括破拆装置，破拆装置包括连接于刀箱中的用于切割地桩的套筒钻，套筒钻贯穿刀箱的前板；刀箱内设有套筒钻驱动装置，以驱动套筒钻相对于刀箱旋转与伸缩；套筒钻上设有用于容纳切割下的土芯的前端开口的容纳腔。

该盾构机刀盘，直接在刀箱上设置破拆装置，在过桩时，无需操作人员带压进入开挖仓作业进行破拆作业，通过控制套筒钻与套筒钻驱动装置即可切桩，自动化程度高，开挖仓内压力稳定，安全系数高，从而提高了盾构机过桩的安全性和施工效率。套筒钻切削平稳且效率高，可以有效减小对建筑物地基的扰动，开挖地基可以快速被支护起来，极大提高了盾构机在城市隧道建设中的过桩效率和安全性。另外，该装置结构简单，成本低，易于推广。

本发明提供的包括上述盾构机刀盘的盾构机，能够提高盾构机过桩的安全性和施工效率。

本发明提供的应用上述盾构机刀盘的过桩盾构工法，能够提高盾构机过桩的安全性和施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供盾构机刀盘的刀箱的剖面图；

图2是本发明所提供盾构机刀盘的刀箱的局部剖视图；

图3是本发明所提供盾构机刀盘切桩时的示意图；

图4是本发明所提供盾构机刀盘将地桩被切断的示意图。

图1至图4中：

1为套筒钻，2为外密封环，3为常压可更换切刀，4为刀箱，5为中间伸缩驱动装置，6为套筒钻驱动装置，7为驱动轴，8为密封腔，9为油脂注入口，10为O型密封圈，11为矩形密封圈，12为地桩，13为套筒切削孔，14为筒体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种盾构机刀盘，能够提高盾构机过桩的安全性和施工效率。本发明的另一核心是提供一种包括上述盾构机刀盘的盾构机，能够提高盾构机过桩的安全性和施工效率。本发明的另一核心是提供一种应用上述盾构机刀盘的过桩盾构工法，能够提高盾构机过桩的安全性和施工效率。

在本发明的描述中，需要说明的是，前、后分别为轴向上的两端，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明所提供盾构机刀盘的一种具体实施例中，请参考图1至图4，包括刀箱4和破拆装置。其中，破拆装置包括连接于刀箱4中的套筒钻1，套筒钻1为筒状结构，套筒钻1贯穿刀箱4的前板，刀箱4可以支撑套筒钻1。刀箱4内设有套筒钻驱动装置6，以驱动套筒钻1相对于刀箱4旋转与伸缩。套筒钻1具有旋转和伸缩的功能，作用是切削地桩12。套筒钻1上设有用于容纳切割下的土芯的前端开口的容纳腔。

其中，套筒钻驱动装置6具体可以信号连接盾构机控制器，盾构机控制器统一进行操控。

其中，优选地，容纳腔可以为倒锥形空腔，后端为小径端，前端为大径端，以使容纳腔形成拔模斜度，便于对地桩的切割。当然，在其他实施例中，容纳腔也可以为柱状空腔。

其中，优选地，套筒钻的前端还可以设置螺旋状的金刚石钻头，且套筒钻的容纳腔的前端内壁可以设置螺旋导流槽，以提高切割地桩的效率。

该盾构机刀盘，直接在刀箱4上设置破拆装置，在过桩时，无需操作人员带压进入开挖仓作业进行破拆作业，通过控制套筒钻1与套筒钻驱动装置6即可切桩，自动化程度高，开挖仓内压力稳定，安全系数高，从而提高了盾构机过桩的安全性和施工效率。套筒钻1切削平稳且效率高，可以有效减小对建筑物地基的扰动，开挖地基可以快速被支护起来，极大提高了盾构机在城市隧道建设中的过桩效率和安全性。另外，该装置结构简单，成本低，易于推广。

在上述实施例的基础上，破拆装置还可以包括中间伸缩驱动装置5。中间伸缩驱动装置5伸入于容纳腔内部，用于将容纳腔内的土芯顶出。

其中，可选地，中间伸缩驱动装置5可以为伸缩油缸。更进一步地，中间伸缩驱动装置5可以包括中间驱动油缸和固定在中间驱动油缸端部的清渣板，中间驱动油缸的另一端固定连接套筒钻1，清渣板设置在容纳腔中。中间驱动油缸驱动清渣板在容纳腔中轴向伸缩移动，以顶出容纳腔中的土芯。

其中，可选地，中间伸缩驱动装置5与容纳腔可以密封连接，从而使容纳腔仅具有前端开口这一个入口，避免土芯经容纳腔进入刀箱中。

中间伸缩驱动装置5的设置可以使套筒钻1能够反复使用，对地桩12上不同的位置进行切割，直至切断地桩12，进一步简化了施工方法和过桩步骤。

在上述实施例的基础上，刀箱4上可以密封且固定连接有密封套筒，密封套筒套设于套筒钻1外侧且与套筒钻1密封连接，套筒钻1能够相对于密封套筒滑动与转动，密封套筒与套筒钻1之间的密封空间为存放有油脂的密封腔8。

其中，具体地，密封套筒上可以贯穿设有油脂注入口9，通过油脂注入口9由供油装置向密封腔8内供油，保证密封腔8具有一定的压力。

其中，具体地，密封套筒可以包括外密封环2和筒体14，外密封环2设置在刀箱4外侧，筒体14设置在刀箱4内部，外密封环2、刀箱4分别与刀箱4前板固定连接，刀箱4的前板上用于安装套筒钻1的安装通孔构成密封套筒的一部分。外密封环2、筒体14两者与套筒钻1分别通过密封结构密封连接，则外密封环2、筒体14、密封结构、安装通孔与套筒钻1之间可以构成密封腔8。可选地，密封结构具体可以为橡胶圈等密封部件。

通过密封腔8存放油脂，可以通过油脂进行套筒钻1与密封套筒之间进行润滑，能够使套筒钻1的转动更加顺畅。通过密封套筒与套筒钻1、刀箱4之间的密封作用，可以防止开挖仓里的泥土经密封套筒、套筒钻1、刀箱4连接处进入刀箱4，能够有效隔离开挖仓，避免开挖仓泄压，有效保证刀箱4内的常压环境。

在上述任一实施例的基础上，套筒钻驱动装置6具体可以包括：连接于套筒钻1的筒钻旋转驱动器；连接于筒钻旋转驱动器的筒钻伸缩驱动器，便于安装。

其中，可选地，筒钻旋转驱动器的输出端可以通过驱动轴7固定连接套筒钻。筒钻旋转驱动器是提供动力的装置，驱动轴7将筒钻旋转驱动器和套筒钻1连接在一起，筒钻旋转驱动器驱动套筒钻1旋转，筒钻旋转驱动器和筒钻伸缩驱动器相连接，可以使筒钻旋转驱动器和套筒钻1一起前进和后退。另外，筒钻旋转驱动器可以为电机。

在另一种具体实施例中，套筒钻驱动装置6可以通过若干个丝杠螺母副连接套筒钻1，以使套筒钻1能够在转动的同时轴向移动。

在上述任一实施例的基础上，该盾构机刀盘还可以包括激光装置，用于对地桩12进行定位，以便确定地桩的位置，进一步提高施工效率。

在上述任一实施例的基础上，刀箱4上可以连接有用于切削掌子面的常压可更换切刀3。刀箱4上连接有用于打开或密封常压可更换切刀3的刀安装孔的切换装置。常压可更换切刀3具体可以连接于刀具伸缩驱动装置，以控制常压可更换切刀3相对于刀箱4的伸缩。另外，刀具伸缩驱动装置信号连接于盾构机控制器。

其中，可选地，切换装置可以包括闸门和切换驱动器，通过闸门驱动件能够驱动闸门运动，以打开对应的刀安装孔供刀伸出，或者在刀收回刀箱后密封对应的刀安装孔。

通过切换装置的设置，在更换常压可更换切刀3的过程中，控制常压可更换切刀3退回刀箱4中，通过切换装置控制闸门关闭以密封刀安装孔，刀箱4内形成密封空间，可以保持刀箱4常压，从而可以实现常压换刀，换刀安全性较高。

另外，以上各个实施例中的各种驱动设备均可以连接于盾构机控制器，由盾构机控制器进行统一控制。

除了上述盾构机刀盘，本发明还提供了一种盾构机，该盾构机包括盾构机刀盘，具体可以为以上任一实施例中提供的盾构机刀盘，有益效果可以相应参考以上各个实施例。该盾构机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

此外，本发明还提供了一种用于隧道掘进的过桩盾构工法，具体包括以下步骤：

步骤S1：接收地桩定位信息。

步骤S2：控制盾构机刀盘，依次对被定位的地桩12上的若干个切割点进行切割，其中，盾构机刀盘可以为上述任一实施例中的盾构机刀盘。

其中，步骤S1中的地桩定位信息可以通过激光装置获得。盾构机进入地桩群时，利用激光对地桩12进行定位，辨识地桩12与刀盘的相对位置。

进一步地，步骤S2具体可以包括：

步骤S21：控制中间伸缩驱动装置5回缩以及套筒钻驱动装置6启动，以使套筒钻1对地桩12上的当前切割点进行切割，在切割完成后，进入步骤S22。

具体地，套筒钻1对准地桩12上的一个切割点后，套筒钻1内的中间伸缩驱动装置5收回，做好切削准备，同时，通过油脂注入口9向密封腔8内注入油脂，保证油脂腔具有一定的压力。然后，启动套筒钻驱动装置6，以一定的转速驱动套筒钻1旋转，然后根据地桩12的坚硬程度，设置合适的推进速度，使套筒钻1边旋转边推进，对地桩12进行切削，将地桩12内的钢筋切断，直到地桩12被完全切穿，施工过程中尽量减小对地基的扰动。

步骤S22：控制套筒钻驱动装置6复位且控制中间伸缩驱动装置5伸出，以使中间伸缩驱动装置5将套筒钻1中的土芯顶出，顶出后，进入步骤S23。

具体地，套筒钻驱动装置6可以将套筒钻1收回至与刀盘前板前端面平齐，然后启动中间伸缩驱动装置5，使中间伸缩驱动装置5缓慢伸出，将容纳腔内的土芯顶出，使套筒钻1可以反复使用。

步骤S23：判断是否还有下一切割点，若是，控制刀箱4运动至下一切割点对应的位置，重复步骤S21。

其中，如果还存在下一个切割点，刀盘旋转一定角度，套筒钻1再次切削，直到地桩12被完全切断。具体地，待一个切割点切割后，刀盘启动并旋转一定角度并停止，对准该地桩12没有被切除的部分，如图4所示，使套筒钻1此次的切割点形成的切削孔能够挨着上一个切削孔，启动套筒钻1，重复步骤S21至步骤S23，直到地桩12被完全切断，刀盘回复正常工作。

其中，初始状态下，中间伸缩驱动装置5具体可以伸出至与刀盘前板端面平齐，以挡在容纳腔的前端开口处，减少进入容纳腔的异物。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的盾构机刀盘、盾构机以及用于隧道掘进的过桩盾构工法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。