一种装配式弃壳解体盾构机刀盘及其安拆方法与流程

1.本发明属于盾构施工技术领域，具体为一种装配式弃壳解体盾构机刀盘及其安拆方法。


背景技术：

2.盾构法是指利用盾构机刀盘主机前端的刀盘及刀具开挖岩土体，在盾构壳体保护下拼装预制管片并为推进液压缸提供反力，在地层中蛇形前进的地下空间建造方法。随着我国轨道交通工程的蓬勃发展，盾构法施工已愈加完善，隧道穿越江河海湖的频率日益增多。在大跨度、短工期以及复杂地质条件下，“洞内弃壳解体”的盾构地中对接技术成为一个新的发展趋势。
3.现有技术中盾构机刀盘弃壳解体过程中，刀盘需在洞内割除。但是洞内空间相对狭小，拆除难度较大，拆除效率十分受限。而且刀盘在割除后无法循环使用，在弃壳解体盾构机刀盘恢复时，刀盘需与盾壳重新制造，造成很大浪费。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种装配式弃壳解体盾构机刀盘及其安拆方法，以解决洞内割除刀盘存在拆除难度大，效率较低，而且刀盘在割除后无法循环使用的技术问题。
5.为此，本发明一方面提供一种装配式弃壳解体盾构机刀盘，包括：中心刀盘，包括第一辐条和辐板，所述第一辐条同轴设置并且以刀盘中心为中心呈辐射状分布，所述辐板连接在相邻的第一辐条之间；外圈辐条块，可拆卸连接在第一辐条的端部；外圈面板块，设置在相邻的外圈辐条块与辐板之间，并且所述外圈面板块与外圈辐条块之间、外圈面板块与辐板之间均为可拆卸连接。
6.优选地，所述外圈辐条块与第一辐条之间、所述外圈面板块与外圈辐条块之间、外圈面板块与辐板之间均通过支撑液压缸和与支撑液压缸的活塞杆配合的伸缩孔可拆卸连接。
7.优选地，所述外圈辐条块与第一辐条之间、所述外圈面板块与外圈辐条块之间、外圈面板块与辐板之间还通过螺栓紧固。
8.优选地，所述第一辐条的端部设有第一支撑液压缸，所述外圈辐条块与第一辐条的连接处设有与第一支撑液压缸的活塞杆配合的第一伸缩孔。
9.优选地，所述辐板远离刀盘中心的一侧设有第二支撑液压缸，所述外圈面板块与辐板的连接处设有与第二支撑液压缸的活塞杆配合的第三伸缩孔。
10.优选地，所述外圈面板块与外圈辐条块的连接处设有第三支撑液压缸，所述外圈辐条块上设有与第三支撑液压缸的活塞杆配合的第二伸缩孔。
11.优选地，所述外圈辐条块包括第二辐条和连接梁，所述连接梁远离刀盘中心设置在与外圈面板块连接的第二辐条的侧壁，所述第二伸缩孔设置在连接梁上。
12.优选地，还包括环形支撑梁和牛腿，所述环形支撑梁与中心刀盘同轴设置并且所述环形支撑梁设置在中心刀盘的背面，所述牛腿连接在中心刀盘与环形支撑梁之间。
13.另外，本发明还提供一种如上所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘的安拆方法，包括以下步骤：s1、将中心刀盘、所有的外圈辐条块和外圈面板块运输至现场后，将外圈辐条块分别与第一辐条的端部可拆卸连接；s2、将外圈面板块分别与辐板可拆卸连接；s3、将外圈面板块与外圈辐条块可拆卸连接，至此完成整个刀盘的安装；s4、组装盾构机后完成盾构施工，拆除盾构机，拆除刀盘时，先拆除刀盘一半部分的外圈辐条块和外圈面板块，然后拆除中心刀盘，最后拆除另一半部分的外圈辐条块和外圈面板块。
14.优选地，s4中拆除外圈辐条块和外圈面板块时，先拆除一个外圈辐条块，然后对称拆除外圈辐条块两侧的外圈面板块，接着拆除相邻的外圈辐条块，重复上述步骤，直到拆除一半部分的外圈辐条块和外圈面板块。
15.与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：（1）本发明通过模块化设计，装配式施工，分块设置合理、结构稳定性强，最大限度实现了刀盘免焊接安装及免切割拆除，减少了弃置刀盘切割工作量及恢复工作量。而且装配式盾构机刀盘的某个零件发生损坏时，可以只更换该零件，而不需要将整个刀盘更换，提高使用寿命。
16.（2）本发明通过刀盘固定位置的合理布置及安拆顺序的优化，避免洞内拆除空间狭小，拆除难度高、拆除效率低的问题，缩短了施工工期，降低了施工成本，最大限度实现了刀盘装配化率，提高了刀盘的循环利用程度和绿色建造水平。
17.（3）本发明中的外圈辐条块与第一辐条之间、外圈面板块与外圈辐条块之间、外圈面板块与辐板之间均通过支撑液压缸和与支撑液压缸的活塞杆配合的伸缩孔可拆卸连接，这种连接方式具有如下优点：
①
利用支撑液压缸可以增加连接位置的抗剪断力。
②
液压驱动支撑液压缸的活塞杆伸缩，即可实现两部件之间的连接和拆卸，操作简单，连接和拆卸效率特别高。
③
通过液压系统控制支撑液压缸内的液压，可以改变活塞杆对伸缩孔的压力，进而调整连接刚性，使得刀盘可以很好地适应不同的岩性和掘进环境。
④
液压系统本身具有较好的缓冲性能，能够吸收连接部位的冲击和振动，使得该连接方式在遇到较大的荷载时，可以尽量减小荷载对连接的影响，提高连接的安全性，这在高速旋转和变化地质条件下表现出更大的优势。
附图说明
18.图1为装配式弃壳解体盾构机刀盘的主视结构示意图；图2为装配式弃壳解体盾构机刀盘的炸裂示意图；图3为中心刀盘的结构示意图；图4为外圈辐条块的结构示意图；图5为外圈面板块的结构示意图；图6为装配式弃壳解体盾构机刀盘的侧视结构示意图。
19.附图标注：1-中心刀盘、11-第一辐条、12-辐板、13-第一支撑液压缸、14-第二支撑液压缸、2-外圈辐条块、21-第二辐条、22-连接梁、23-第一伸缩孔、24-第二伸缩孔、3-外圈面板块、31-第三支撑液压缸、32-第三伸缩孔、4-环形支撑梁、5-牛腿、6-螺栓。
具体实施方式
20.为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
21.在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.本发明针对传统的焊接式盾构机刀盘存在的切割难度大，切割效率低，且无法循环使用的问题，设计了一种装配式弃壳解体盾构机刀盘。
25.实施例一如图1和图2所示，该装配式弃壳解体盾构机刀盘包括一个中心刀盘1、多个外圈辐条块2和多个外圈面板块3，中心刀盘1与外圈辐条块2之间、外圈面板块3与外圈辐条块2之间、外圈面板块3与中心刀盘1之间均为可拆卸连接。在一种实施方式中，外圈辐条块2包括位于正上方、左上方、右上方、左下方、右下方、正下方六个方位的外圈辐条块2，外圈面板块3包括位于左上方、右上方、正左方、正右方、左下方、右下方六个方位的外圈面板块3。当然，本发明中的外圈辐条块2的数量和外圈面板块3的数量还可以选择为其他数量，具体根据中心刀盘1的第一辐条11的数量来确定。
26.如图3所示，中心刀盘1包括第一辐条11和辐板12，第一辐条11同轴设置并且以刀盘中心为中心呈辐射状分布，辐板12连接在相邻的第一辐条11之间。第一辐条11和辐板12之间采用焊接连接。所述第一辐条11的端部超出辐板12的外边缘。
27.如图4所示，外圈辐条块2可拆卸连接在第一辐条11的端部。本发明优选地将外圈辐条块2与第一辐条11之间通过支撑液压缸和与支撑液压缸的活塞杆配合的伸缩孔可拆卸连接。外圈辐条块2包括第二辐条21和连接梁22，连接梁22远离刀盘中心设置在与外圈面板块3连接的第二辐条21的侧壁，第二伸缩孔24设置在连接梁22上。第二辐条21和连接梁22之
间可以采用焊接连接。第二辐条21的外侧和连接梁22的外侧均呈弧形。
28.如图5所示，外圈面板块3设置在相邻的外圈辐条块2与辐板12之间，并且外圈面板块3与外圈辐条块2之间、外圈面板块3与辐板12之间均为可拆卸连接。外圈面板块3整体为近似扇形结构，外圈面板块3的外侧呈弧形，且外圈面板块3、外圈辐条块2与中心刀盘1连接后，外圈面板块3的外侧、外圈辐条块2的外侧位于同一个圆弧面。外圈面板块3与辐板12的连接处、以及与连接梁22的连接处均为水平面，便于连接紧密。外圈面板块3与第一辐条11之间留有间隙。
29.本发明优选地将外圈面板块3与外圈辐条块2之间、外圈面板块3与辐板12之间均通过支撑液压缸和与支撑液压缸的活塞杆配合的伸缩孔可拆卸连接。需要说明的是，本领域技术人员还可以采用其他可拆卸方式将外圈辐条块2与第一辐条11连接、将外圈面板块3与外圈辐条块2连接、将外圈面板块3与辐板12连接，例如通过卡榫连接、键槽连接、滑动连接等方式连接。
30.为了提高各部件之间连接的可靠性，本发明在外圈辐条块2与第一辐条11之间、外圈面板块3与外圈辐条块2之间、外圈面板块3与辐板12之间还通过螺栓6紧固。具体地，第一辐条11与第二辐条21的连接处设有法兰片，螺栓6穿过第一辐条11和第二辐条21的法兰片，将第一辐条11与第二辐条21紧固。同样地，外圈面板块3与辐板12的连接处设有法兰片，螺栓6穿过外圈面板块3的法兰片和辐板12的法兰片，将外圈面板块3与辐板12紧固。同理，连接梁22与外圈面板块3的连接处设有法兰片，螺栓6穿过外圈面板块3的法兰片和连接梁22的法兰片，将连接梁22与外圈面板块3紧固。
31.在一种实施方式中，第一辐条11的端部设有第一支撑液压缸13，外圈辐条块2与第一辐条11的连接处设有与第一支撑液压缸13的活塞杆配合的第一伸缩孔23，具体地，第一伸缩孔23设置在第二辐条21靠近第一辐条11的一端。第一支撑液压缸13的液压系统控制活塞杆伸缩，使活塞杆端部伸入和伸出第一伸缩孔23，从而实现第一辐条11与外圈辐条块2的连接和拆卸。辐板12远离刀盘中心的一侧设有第二支撑液压缸14，外圈面板块3与辐板12的连接处设有与第二支撑液压缸14的活塞杆配合的第三伸缩孔32。第二支撑液压缸14的液压系统控制活塞杆伸缩，使活塞杆端部伸入和伸出第三伸缩孔32，从而实现外圈面板块3与辐板12的连接和拆卸。外圈面板块3与外圈辐条块2的连接处设有第三支撑液压缸31，外圈辐条块2上设有与第三支撑液压缸31的活塞杆配合的第二伸缩孔24，具体地第二伸缩孔24设置在连接梁22上。第三支撑液压缸31的液压系统控制活塞杆伸缩，使活塞杆端部伸入和伸出第二伸缩孔24，从而实现外圈面板块3与外圈辐条块2的连接和拆卸。本发明将第一支撑液压缸13设置在第一辐条11的端部，将第一伸缩孔23设置在外圈辐条块2上，这是因为支撑液压缸需要通过中心刀盘1的回转接头管线路提供动力，而中心刀盘1的外圈无法提供动力通道。
32.如图6所示，本发明的装配式弃壳解体盾构机刀盘还包括环形支撑梁4和牛腿5，环形支撑梁4与中心刀盘1同轴设置并且环形支撑梁4设置在中心刀盘1的背面，牛腿5连接在中心刀盘1与环形支撑梁4之间。环形支撑梁4用于连接刀盘和驱动刀盘旋转的主轴承。牛腿5与中心刀盘1之间、牛腿5与环形支撑梁4之间可以采用焊接连接。
33.上述装配式弃壳解体盾构机刀盘的安拆方法包括以下步骤：s1、根据装配式弃壳解体盾构机刀盘的施工设计图，在生产厂家加工制造，将中心
刀盘1、所有的外圈辐条块2和外圈面板块3运输至现场后，将外圈辐条块2分别与第一辐条11的端部可拆卸连接。
34.s2、将外圈面板块3分别与辐板12可拆卸连接。
35.s3、将外圈面板块3与外圈辐条块2可拆卸连接，至此完成整个刀盘的安装。
36.s4、组装盾构机后完成盾构施工，拆除盾构机，拆除刀盘时，先拆除刀盘一半部分的外圈辐条块2和外圈面板块3，然后拆除中心刀盘1，最后拆除另一半部分的外圈辐条块2和外圈面板块3。优选地，拆除外圈辐条块2和外圈面板块3时，先拆除一个外圈辐条块2，然后对称拆除外圈辐条块2两侧的外圈面板块3，接着拆除相邻的外圈辐条块2，重复上述步骤，直到拆除一半部分的外圈辐条块2和外圈面板块3。
37.实施例二本发明中外圈辐条块2与第一辐条11之间、外圈面板块3与外圈辐条块2之间、外圈面板块3与辐板12之间优选为均通过支撑液压缸和与支撑液压缸的活塞杆配合的伸缩孔可拆卸连接时，装配式弃壳解体盾构机刀盘的安拆方法包括以下步骤：s1、根据装配式弃壳解体盾构机刀盘的施工设计图，在生产厂家加工制造，将中心刀盘1、所有的外圈辐条块2和外圈面板块3运输至现场后，将外圈辐条块2组装于中心刀盘1的外圈，第一支撑液压缸13的液压系统控制活塞杆伸入第一伸缩孔23内，且利用螺栓6将外圈辐条块2的第二辐条21和中心刀盘1的第一辐条11连接。
38.s2、将外圈面板块3组装于中心刀盘1的外圈，第二支撑液压缸14的液压系统控制活塞杆伸入第三伸缩孔32内，且利用螺栓6将外圈面板块3和辐板12连接。
39.s3、第三支撑液压缸31的液压缸控制活塞杆伸入第二伸缩孔24内，且利用螺栓6将外圈面板块3与连接梁22连接。至此完成整个刀盘的安装。
40.待盾构工程具备下井条件后，按前盾、中盾、尾盾、刀盘的顺序下井组装；根据地层条件或工程需要，选择盾构弃壳解体位置并对弃壳解体位置地层进行加固；盾构机刀盘到达弃壳解体位置后，按照由后向前的顺序，依次拆除各节台车，运至盾构始发工作井并吊出；拆除尾盾、中盾内所有部件；将刀盘与前盾外壳固定；拆除前盾内盾体及主驱动单元。
41.s4、拆除第一辐条11与正上方的外圈辐条块2的第二辐条21之间的螺栓6；拆除正上方的外圈辐条块2与相邻的外圈面板块3之间的螺栓6；稳住正上方的外圈辐条块2，第一支撑液压缸13的液压系统控制活塞杆收缩，同时第三支撑液压缸31的液压系统控制活塞杆收缩；将正上方的外圈辐条块2倾斜一个角度，将其沿靠近轴线方向移动再沿轴线方向向后拉出，运至盾构始发井，吊出地面；稳住右上方的外圈面板块3，拆除右上方的外圈面板块3与相邻的连接梁22、辐板12之间的螺栓6；第二支撑液压缸14的液压系统控制活塞杆收缩，同时第三支撑液压缸31的液压系统控制活塞杆收缩，将右上方的外圈面板块3沿轴线方向向后拉出后，运至盾构始发井，吊出地面；重复s4，直到将刀盘上半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3拆除并吊出地面。拆除外圈辐条块2和外圈面板块3时，采取对称拆除原则，确保拆除部分外圈辐条块2和外圈面板块3后的剩余刀盘的重心相对稳定。
42.s5、拆除第一辐条11与下半部分的外圈辐条块2、辐板12与下半部分的外圈面板块
3、以及下半部分的外圈辐条块2与外圈面板块3之间的螺栓6；第一支撑液压缸13的液压系统控制活塞杆收缩，同时第二支撑液压缸14的液压系统控制活塞杆收缩，沿轴线方向向后拉出中心刀盘1，运至盾构始发井，吊出地面；重复步骤s4，将刀盘下半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3拆除并吊出地面。
43.切除前盾外壳隔板、中盾外壳隔板和尾盾外壳隔板，完成盾构机弃壳解体。
44.需要说明的是，本发明还可以先拆除下半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3，然后拆除中心刀盘1，最后拆除上半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3。本发明还可以先拆除左半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3，然后拆除中心刀盘1，最后拆除右半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3。或者可以先拆除右半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3，然后拆除中心刀盘1，最后拆除左半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3。甚至是可以先拆除任意角度的一半部分所有外圈辐条块2和外圈面板块3，然后拆除中心刀盘1，最后拆除剩余半部分的所有外圈辐条块2和外圈面板块3。
45.以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种装配式弃壳解体盾构机刀盘，其特征在于，包括：中心刀盘（1），包括第一辐条（11）和辐板（12），所述第一辐条（11）同轴设置并且以刀盘中心为中心呈辐射状分布，所述辐板（12）连接在相邻的第一辐条（11）之间；外圈辐条块（2），可拆卸连接在第一辐条（11）的端部；外圈面板块（3），设置在相邻外圈辐条块（2）与辐板（12）之间，并且所述外圈面板块（3）与外圈辐条块（2）之间、外圈面板块（3）与辐板（12）之间均为可拆卸连接。2.根据权利要求1所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘，其特征在于，所述外圈辐条块（2）与第一辐条（11）之间、所述外圈面板块（3）与外圈辐条块（2）之间、外圈面板块（3）与辐板（12）之间均通过支撑液压缸和与支撑液压缸的活塞杆配合的伸缩孔可拆卸连接。3.根据权利要求2所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘，其特征在于，所述外圈辐条块（2）与第一辐条（11）之间、所述外圈面板块（3）与外圈辐条块（2）之间、外圈面板块（3）与辐板（12）之间还通过螺栓（6）紧固。4.根据权利要求1所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘，其特征在于，所述第一辐条（11）的端部设有第一支撑液压缸（13），所述外圈辐条块（2）与第一辐条（11）的连接处设有与第一支撑液压缸（13）的活塞杆配合的第一伸缩孔（23）。5.根据权利要求1所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘，其特征在于，所述辐板（12）远离刀盘中心的一侧设有第二支撑液压缸（14），所述外圈面板块（3）与辐板（12）的连接处设有与第二支撑液压缸（14）的活塞杆配合的第三伸缩孔（32）。6.根据权利要求1所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘，其特征在于，所述外圈面板块（3）与外圈辐条块（2）的连接处设有第三支撑液压缸（31），所述外圈辐条块（2）上设有与第三支撑液压缸（31）的活塞杆配合的第二伸缩孔（24）。7.根据权利要求6所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘，其特征在于，所述外圈辐条块（2）包括第二辐条（21）和连接梁（22），所述连接梁（22）远离刀盘中心设置在与外圈面板块（3）连接的第二辐条（21）的侧壁，所述第二伸缩孔（24）设置在连接梁（22）上。8.根据权利要求1所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘，其特征在于，还包括环形支撑梁（4）和牛腿（5），所述环形支撑梁（4）与中心刀盘（1）同轴设置并且所述环形支撑梁（4）设置在中心刀盘（1）的背面，所述牛腿（5）连接在中心刀盘（1）与环形支撑梁（4）之间。9.一种如权利要求1-8任意一项所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘的安拆方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将中心刀盘（1）、所有的外圈辐条块（2）和外圈面板块（3）运输至现场后，将外圈辐条块（2）分别与第一辐条（11）的端部可拆卸连接；s2、将外圈面板块（3）分别与辐板（12）可拆卸连接；s3、将外圈面板块（3）与外圈辐条块（2）可拆卸连接，至此完成整个刀盘的安装；s4、组装盾构机后完成盾构施工，拆除盾构机，拆除刀盘时，先拆除刀盘一半部分的外圈辐条块（2）和外圈面板块（3），然后拆除中心刀盘（1），最后拆除另一半部分的外圈辐条块（2）和外圈面板块（3）。10.根据权利要求9所述的装配式弃壳解体盾构机刀盘的安拆方法，其特征在于，s4中拆除外圈辐条块（2）和外圈面板块（3）时，先拆除一个外圈辐条块（2），然后对称拆除外圈辐条块（2）两侧的外圈面板块（3），接着拆除相邻的外圈辐条块（2），重复上述步骤，直到拆除
一半部分的外圈辐条块（2）和外圈面板块（3）。

技术总结
本发明的装配式弃壳解体盾构机刀盘及其安拆方法属于盾构施工技术领域，该刀盘包括中心刀盘、与中心刀盘可拆卸连接的外圈辐条块和外圈面板块，本发明通过模块化设计，装配式施工，分块设置合理、结构稳定性强，最大限度实现了刀盘免焊接安装及免切割拆除，减少了弃置刀盘切割工作量及恢复工作量。而且装配式盾构机刀盘的某个零件发生损坏时，可以只更换该零件，而不需要将整个刀盘更换，提高使用寿命。通过刀盘固定位置的合理布置及安拆顺序的优化，避免洞内拆除空间狭小，拆除难度高、拆除效率低的问题，缩短了施工工期，降低了施工成本，最大限度实现了刀盘装配化率，提高了刀盘的循环利用程度和绿色建造水平。利用程度和绿色建造水平。利用程度和绿色建造水平。


技术研发人员：尹清锋 杨智麟 刘传江 张洪涛 朱英伟 赛菡 张坤 王翠莲
受保护的技术使用者：中建交通建设集团有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/1