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1、10申请公布号CN101949292A43申请公布日20110119CN101949292ACN101949292A21申请号201010293931722申请日20100927E21D9/0820060171申请人徐积勉地址200051上海市长宁区虹桥路1017弄2号2006室72发明人徐积勉54发明名称带有多层可伸缩辐条可以切削非圆形断面隧道的刀盘结构57摘要本发明涉及一种可以切削多种非圆形断面隧道、可以应用于盾构和顶管机的刀盘结构，属于隧道施工设备的发明。技术方案是在盾构或顶管机的刀盘上设置数条可以沿刀盘的径向作伸缩移动的辐条，并使辐条端部始终紧紧地顶在盾构或顶管机的壳体内壁上。当刀盘旋。
2、转时，可伸缩辐条就会随着壳体形状而伸出或缩回，从而安装于可伸缩辐条上的刀具就可切削出与壳体形状完全相同的断面来。借助本发明的刀盘结构可以切削出正方形、长方形、圆弧正方形、圆弧长方形、椭圆形、卵形、马蹄形、菱形、弓状矩形等等多种类型的非圆形断面的隧道。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图8页CN101949295A1/1页21一种可以切削多种非圆形断面隧道的刀盘结构，其特征是刀盘体可以为面板式刀盘，也可以为辐条式刀盘上设有数条可以沿刀盘的径向移动的多层可伸缩辐条；借助机械或液压的手段对伸得最出的那层辐条始终施加一个力，使其始终紧紧地顶在盾构或。
3、顶管机的壳体内壁上；刀盘体上的固定刀具负责对直径为小于等于待建非圆形隧道断面内切圆直径的圆内的土体的切削，多层可伸缩辐条上的刀具负责对非圆形隧道断面的周边与刀盘体上固定刀具所切削的圆的周边之间的土体的切削；刀盘体上的固定刀具和多层可伸缩辐条上的刀具都受刀盘的驱动并以刀盘轴线为回转中心对土体进行回转切削。2根据权利要求1所述的刀盘结构，其特征是所述刀盘体上的固定刀具和多层可伸缩辐条上的刀具既可以处在同一个切削平面内，也可以处在前后两个不同的切削平面内，在后者情况下，多层可伸缩辐条上的刀具位于刀盘体上固定刀具后面的那个切削平面内。3根据权利要求1所述的刀盘结构，其特征是在多层可伸缩结构辐条中各层之。
4、间的所有受力面上均安装有直线滚动轴承，并在互为反向受力的直线滚动轴承中选择在某一方向受力的直线滚动轴承上设置间隙调整机构。4根据权利要求1所述的刀盘结构，其特征是在多层可伸缩辐条的各层之间设有密封装置。5根据权利要求1所述的刀盘结构，其特征是在伸得最出的那层辐条的顶端装有滚轮。6根据权利要求1所述的刀盘结构，其特征是盾构或顶管机的壳体内壁在与滚轮接触位置处堆焊有一圈耐磨层。权利要求书CN101949292ACN101949295A1/3页3带有多层可伸缩辐条可以切削非圆形断面隧道的刀盘结构技术领域0001本发明涉及一种带有多层可伸缩辐条、可以切削多种非圆形断面隧道的刀盘结构，属于隧道施工设备的。
5、发明。背景技术0002在地下工程中，绝大多数隧道的断面都是圆形的，因为圆形断面是最容易实现的。然而，由于城市的地下桩基和设施越来越密集，地下空间的资源已经日显稀缺宝贵，因而经常出现由于地下空间的不足而使得圆形隧道线路的选择受到阻碍。加之圆形隧道的断面虽然是最容易实现的施工断面，可是在大多数的情况下却并不是利用效率最高的隧道断面，也就是说，在圆形隧道的施工中经常不可避免地对许多不必要的、也就是今后派不上用场的那些空间的土体进行挖掘。因此，为了解决圆形隧道的不足之处，已经有越来越多的非圆形如正方形、长方形或椭圆形等断面的隧道在世界各地的工程中出现。为了建造各种非圆形断面的隧道或称异形隧道，世界上已。
6、经出现了相当多的有关非圆形隧道施工设备的专利，比如JP3122398设置了左右两个圆形刀盘和上下两个水平布置的鼓形滚刀，US5110188采用数个圆形刀盘以及数个摆动式刀具，JP6307190将圆弧三角形刀盘设置在与盾构本体纵向轴线成偏心的套筒内，JP2002004758采用了偏心多轴机构，EP1959093在两个相对于盾构中心成对称布置并能在围绕中心旋转的同时进行摆动的偏心轴端上安装了两个刀盘，US4998776在圆形刀盘上设置了可摆动的圆形小刀盘，JP2000008779在圆形刀盘上设置可回转的卵形小刀盘并通过自转公转进行切削，US20100164274设置多个刀盘围绕多个回转轴线通过自转。
7、公转及摆动进行切削，以及JP11256991、JP2005256434、JP2000213279、JP2007126882、ZL021362076等等。所有这些专利设备都可以切削出某些非圆形断面的隧道，它们的设计都非常巧妙独特，只是它们的机械结构都太复杂，其中大多数还必须借助电器和液压的特殊配合或借助计算机控制以将某些刀具的摆动角度、回转角度或伸出长度与刀盘回转的相位角度对应起来才能实现非圆形断面的切削，因而这些设备造价极其昂贵，维保修理困难，故障率增加，从而造成非圆形断面的隧道一直难以得到积极的推广发展。发明内容0003本发明提出一种结构非常简单却能够切削出多种非圆形断面隧道的刀盘结构，这种。
8、刀盘结构可以应用于盾构和顶管机上。借助本发明的刀盘结构并配以相应的壳体，盾构和顶管机就可以切削出正方形、长方形、圆弧正方形、圆弧长方形、椭圆形、卵形、马蹄形、菱形、弓状矩形等等多种类型的非圆形断面的隧道。0004本发明所采用的技术方案是在盾构或顶管机的刀盘上设置数条可以沿刀盘的径向作伸缩移动的辐条，并使辐条端部始终紧紧地顶在盾构或顶管机的壳体内壁上。当刀盘旋转时，可伸缩辐条就会随着壳体形状曲率的变化而伸出或缩回，从而安装于可伸缩辐条上的刀具就可切削出与壳体形状完全相同的断面来，而且，无论盾构或顶管机的壳体是什说明书CN101949292ACN101949295A2/3页4么形状的断面，可伸缩辐。
9、条上的刀具都会对该形状断面的土体作出真正的全断面切削。具体的做法是将刀盘上的刀具分作两大类，第一类刀具负责对直径为小于等于待建非圆形断面隧道的内切圆直径的圆内的土体的切削，第二类刀具负责对非圆形断面的周边与第一类刀具所切削的圆的周边之间的土体的切削。第一类刀具和第二类刀具都受刀盘的驱动并以刀盘轴线为回转中心对土体进行回转切削。第一类刀具和第二类刀具既可以处在同一个切削平面内，也可以处在前后两个不同的切削平面内，在后者情况下，第二类刀具位于第一类刀具后面的那个切削平面内。第一类刀具固定在刀盘体上，第二类刀具固定在为多层可伸缩结构的辐条上且借助可伸缩结构沿刀盘的径向作伸缩移动。在多层可伸缩结构辐条。
10、中各层之间的所有受力面上均安装有直线滚动轴承，并在互为反向受力的直线滚动轴承中选择在某一方向受力的直线滚动轴承上设置间隙调整机构。在多层可伸缩辐条的各层之间设有密封装置，以确保直线滚动轴承的功能不受碴土的影响。借助机械或液压的手段对伸得最出的那层辐条始终施加一个力，使其始终紧紧地顶在盾构或顶管机的壳体内壁上。在伸得最出的那层辐条的顶端装有滚轮，以使可伸缩辐条与盾构或顶管机的壳体内壁之间形成滚动摩擦。盾构或顶管机的壳体内壁在与滚轮接触位置处堆焊有一圈耐磨层。0005本发明的有益效果是本发明一扫以往非圆形断面隧道施工设备的结构复杂、价格昂贵的状况。本发明相对现有的圆形隧道的盾构和顶管机来讲，总体结。
11、构几乎没什么变化，只是在机械部分有很小的不同，而对电气液压部分根本就没有任何变动，即或在采用本发明的液压方案时也只需引出一条设置有安全阀的油路送至单作用式油缸而已。这种结构非常简单却能随意切削出各种非圆形断面隧道的技术无疑将极大地推动非圆形断面隧道的推广使用。有了这种非圆形断面隧道的可行技术作后盾，城市在规划设计地下隧道如地铁线路、共同沟、地下车行或人行通道时就可在地下空间极其有限的情况下有着更多的选择，隧道建设方也可以根据隧道的最终使用目的来选择最有利的隧道断面形状而不再受到只能采用圆形断面的限制。此外，对于影响隧道工程造价的三大因素，即隧道施工设备、管片衬砌和碴土挖掘运输处理，本发明都能起。
12、到积极的作用。本发明的造价与以往的非圆形断面隧道的施工设备相比绝对有大幅度的降低，即若与相应大小的圆形断面隧道的施工设备相比亦大致相当，而通过选用适当的非圆形断面隧道却可以最大限度地减少不必要的那些空间的土体的掘削，从而既可以在碴土的挖掘、运输、处理上节省下非常可观的费用，又可以因隧道断面周长的减小而在管片衬砌方面同样节约不少的费用。因此，从节省隧道工程的造价方面来讲，本发明也必将起到非常积极的作用。附图说明0006下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。0007图1是上海地铁盾构及其所建造圆形隧道的断面图及限界图。0008图2是本发明实施例一的总图。0009图3是本发明实施例一的盾构壳体的。
13、断面尺寸。0010图4是本发明实施例一的可伸缩辐条的详图。0011图5是本发明实施例二的总图。0012图6是本发明实施例三的总图。0013图7是本发明实施例三的可伸缩辐条的详图。说明书CN101949292ACN101949295A3/3页50014图8是本发明能够切削的非圆形隧道的断面形状的例子。0015图中1盾构壳体，2可伸缩辐条，3刀盘体，4可伸缩辐条外层，5压缩弹簧，6密封调心滚子轴承，7耐磨层，8可伸缩辐条内层，9直线滚柱滚动轴承，10固定螺钉，11紧定螺钉，12橡胶密封板，13液压缸，14压缩弹簧，15限位块。具体实施方式0016本发明实施例一是以上海地铁盾构为原型所做的设计。图1。
14、为上海地铁盾构及其所建造的圆形隧道的断面图，其中，盾构外径为6340MM，内径为6260MM，去掉盾尾间隙30MM2后，隧道管片的外径为6200MM，内径为5500MM，再去掉盾构推进误差、测量误差以及不均匀沉降等因素后，取建成后的隧道的有效内径为5200MM，然后，依此有效内径，根据隧道内的各项限界值进行设备布置。从图中可以看出，此圆形隧道在水平方向上的空间其实仍然有压缩的余地。为此，本发明实施例一将原上海地铁的盾构改造成一台椭圆形断面的盾构，以节省隧道工程的造价。图2为本发明实施例一的总图，因延续原上海地铁盾构的设计而采用了面板式刀盘的设计，其中，盾构壳体1的断面尺寸见图3图中阴影部分为改。
15、造后的盾构比改造前可以少挖的土体部分，计算可知少挖10的土体，可伸缩辐条2的详图见图4。固定在刀盘体3上的刀具即第一类刀具负责对椭圆形断面内切圆内的土体进行切削，固定在可伸缩辐条2上的刀具即第二类刀具负责对椭圆形断面的周边与第一类刀具所切削的圆的周边之间的土体进行切削。第一类刀具和第二类刀具处在同一个切削平面内。可伸缩辐条外层4受压缩弹簧5的作用始终通过密封调心滚子轴承6紧紧地顶在盾构壳体1的内壁上。盾构壳体1的内壁上在与密封调心滚子轴承6接触位置处用宽带极堆焊有一圈耐磨层7。可伸缩辐条外层4与可伸缩辐条内层8之间安装有直线滚柱滚动轴承9。在互为反向受力的直线滚柱滚动轴承9中选择在某一方向受力。
16、的直线滚柱滚动轴承9上设置间隙调整机构。间隙调整通过直线滚柱滚动轴承9的固定螺钉10与紧定螺钉11的一拉一顶得以实现。在可伸缩辐条外层4上安装有内镶钢片的橡胶密封板12，以保护直线滚柱滚动轴承9的功能不受碴土的影响。0017本发明实施例二是按照上海某地下人行通道的断面尺寸为38M38M的正方形设计的用于顶管机的辐条式刀盘，采用两个切削平面、双层可伸缩辐条和压缩弹簧的方案，总图见图5。0018本发明实施例三是按照日本某共同沟的断面尺寸为765M51M的上下边为拱形的竖长方形设计的用于盾构的辐条式刀盘，采用两个切削平面、三层可伸缩辐条和液压缸的方案，总图见图6。可伸缩辐条的详图见图7。液压缸13为。
17、三节单作用式。为确保可伸缩辐条滑移的平稳顺畅，在可伸缩辐条的中间层和内层之间设置了压缩弹簧14和限位块15。0019从以上三个实施例可以知道，本发明几乎可应用于所有的非圆形断面隧道的建设，只要非圆形断面的长短轴比不要太大。图8即为本发明能够实现的非圆形断面隧道的断面形状的例子。说明书CN101949292ACN101949295A1/8页6图1说明书附图CN101949292ACN101949295A2/8页7图2说明书附图CN101949292ACN101949295A3/8页8图3说明书附图CN101949292ACN101949295A4/8页9图4说明书附图CN101949292ACN101949295A5/8页10图5说明书附图CN101949292ACN101949295A6/8页11图6说明书附图CN101949292ACN101949295A7/8页12图7说明书附图CN101949292ACN101949295A8/8页13图8说明书附图CN101949292A。