一种减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构的制作方法

1.本实用新型属于建筑工程领域，具体涉及一种减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构。


背景技术：

2.随着我国城市化发展进程的加快，城市地面交通设备的负荷日益严重，地下空间的开发利用就成了广大城市设计人员关注的焦点，盾构工法也因为其具有众多的优点而在城市轨道交通工程中被广泛应用。
3.盾构工法在施工过程中具有不影响地面交通与设备，不影响地下管线等设备，施工劳动强度低等优点。但是在盾构施工中往往会产生盾构刀盘结泥饼的现象，对盾构掘进效率、刀盘刀具等产生不利的影响。
4.盾构施工在可塑、硬塑状的粘土地层、泥岩、泥质粉砂岩等地层中掘进时，土体富含黏土矿物质，粒径小且粘性大，被刀具切削下来的渣土由于刀盘开口率小等诸多原因滞留在刀盘和盾构开挖面之间，经刀盘挤压作用形成厚而硬的泥饼，包裹刀具，大大降低了刀盘的切削能力，影响掘进速度，刀盘与掌子面长时间的摩擦，会严重导致刀盘受到磨损，温度不断升高，加剧泥饼的形成。
5.为了减少盾构刀盘结泥问题，施工单位在结泥问题上往往采取使用分散剂、改进刀盘面板冲刷系统、在刀具表面涂层处理等措施，但是这些方法往往存在一定的局限性，只能为同类工程背景下的结泥问题提供参考，地质环境的差异也可能会导致这些方法不能发挥高效的作用。例如：涂层材料极易脱落，造成对刀具的磨损，产生结泥现象；受场地限制，冲刷压力不足以冲刷刀盘上已产生的泥饼；在粉砂质粘土等地层，分散剂使用效果不佳等。


技术实现要素：

6.鉴于现有盾构刀盘结泥问题措施存在或潜在的一些问题，本实用新型提供了一种减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构。该结构通过对盾构刀盘的面板刀具表面的改造而得，改造措施依据土体在刀盘上吸附的微观机理，并参考不粘锅原理进行实施。
7.本实用新型的技术方案如下：
8.一种减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构，包括：盾构刀盘、盾构刀盘面板、盾构刀具，所述盾构刀盘面板和盾构刀具在开挖土层方向一侧的表面分布有凸点；
9.所述凸点的突起高度以及凸点相互之间的间隔可根据盾构机在实际工程中结泥的实际情况合理设置，在盾构刀盘面板和盾构刀具上形成有规律的纹路；
10.通常盾构刀盘的结泥现象在刀盘中心位置最为严重，因此盾构刀盘面板上凸点突起高度的设置为：从刀盘中心向四周呈由高到低的分布(在0.5～0.8mm的高度范围内由高到低分布)；盾构刀盘面板上凸点相互之间的间隔形式为：从刀盘中心向四周呈由密到疏的分布(在0.5～0.9mm的间隔范围内由密到疏分布)；盾构刀具上凸点的设置方式与盾构刀盘面板上的设置方式相同，即：在结泥严重的刀盘中心区域凸点呈高、密的设置方式，在结泥轻微的周围区域凸点呈低、疏的设置方式；
11.所述凸点的形成工艺为：利用熔化的铁水，将铁水倒入压铸机的入料筒，然后活塞压射将铁水推入压铸模具内，静置10～15秒，压铸成型，再进行毛刺处理和喷砂处理后形成的；
12.进一步，分布有凸点的盾构刀盘面板和盾构刀具表面还设有tialn涂层。
13.本实用新型的优点是：
14.(1)从微观角度出发探讨盾构刀盘结泥饼问题，黏土与金属表面的粘附力主要受基质吸力(即土中水力压差)的影响，这个基质吸力促使粘土颗粒之间以及粘土与金属表面之间产生了吸附作用。小凸点的设置可以改变土体与刀盘面板、刀具间的真空状态，起到对土体排气、散气的作用，提高土体饱和度，降低土体基质吸力，进一步减缓了粘土颗粒之间以及粘土与刀盘面板、刀具之间的吸附作用。
15.(2)盾构刀盘上小凸点的设置，能够加强涂层与盾构刀盘金属表面的粘结作用，使得涂层在盾构过程中不易脱落，延长涂层的使用寿命，减少刀具的磨损，进一步减缓了盾构刀盘面板、刀具结泥现象的产生。
16.(3)盾构刀盘上小凸点的设置，可以减小盾构刀盘与土体的接触面积，亦可以起到减缓盾构刀盘结泥现象的产生。
17.(4)tialn涂层材料具有提高盾构刀盘面板和刀具抗氧化能力和抗粘结能力的优点，且不易脱落。
附图说明
18.图1为本实用新型减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构示意图；
19.图2为盾构刀盘面板a处的结构放大图；
20.图3为盾构刀具b处的结构放大图；
21.图中：1
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盾构刀盘，2
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盾构刀盘面板，3
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盾构刀具，4
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面板及刀具上的凸点。
具体实施方式
22.下面结合附图通过具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不仅限于此。
23.实施例1
24.一种减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构，该结构主要是通过对盾构刀盘1上的组成装置进行改造而得，改造的部分包括盾构刀盘面板2和盾构刀具3。在盾构刀盘面板2和盾构刀具3开挖土层方向一侧的金属表面设置细密的小凸点4。
25.面板2及刀具3上的小凸点4突起高度以及相互之间的间隔根据盾构机在实际工程中结泥的实际情况合理设置。盾构刀盘面板2上小凸点4突起高度的设置在刀盘中心位置高于远离刀盘中心的位置；盾构刀盘面板2上小凸点4相互之间的间隔形式为中间密，周围疏。盾构刀具3上小凸点4的设置方式与盾构刀盘面板2上的设置方式相同，即：在结泥严重区域小凸点呈高、密的设置方式，在结泥轻微位置上呈低、疏的设置方式，形成有规律的纹路。
26.从施工角度出发，一般情况下，盾构刀具3表面的涂层材料在盾构施工的过程中极易脱落，导致盾构刀具3与粘土颗粒发生摩擦造成刀具受损，促进盾构刀盘1结泥现象的恶化。但是盾构刀具3上小凸点4的设置，可以加强盾构刀具3表面与涂层间的粘结作用，延长
涂层的使用寿命，减少刀具3在盾构过程中的磨损，起到减缓盾构刀盘面板2和刀具3结泥现象的产生。
27.从处理盾构刀盘1结泥的微观角度出发，在盾构掘进过程中利用小凸点4对土体进行排气、散气，提高土体饱和度，降低土体基质吸力，进一步减缓了粘土颗粒之间以及粘土与盾构刀盘面板2、刀具3之间的吸附作用，减小土体—结构接触面的抗剪强度，确保在冲刷压力、流量保持不变的情况下，更好地缓解和应对盾构刀盘面板2和盾构刀具3的结泥问题。
28.从减缓盾构刀盘面板和刀具结泥饼的效果角度出发，此物理改造方案能够有利地起到减小盾构机在富含黏土矿物质地层中掘进时盾构刀盘1结泥饼的程度。


技术特征：
1.一种减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构，包括：盾构刀盘、盾构刀盘面板、盾构刀具，其特征在于，所述盾构刀盘面板和盾构刀具在开挖土层方向一侧的表面分布有凸点；所述盾构刀盘面板上凸点突起高度的设置为：从刀盘中心向四周呈由高到低的分布；盾构刀盘面板上凸点相互之间的间隔形式为：从刀盘中心向四周呈由密到疏的分布；盾构刀具上凸点的设置方式与盾构刀盘面板上的设置方式相同，即：在刀盘中心区域凸点呈高、密的设置方式，在周围区域凸点呈低、疏的设置方式。2.如权利要求1所述减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构，其特征在于，所述盾构刀盘面板或盾构刀具上，凸点在0.5～0.8mm的高度范围内由高到低分布，在0.5～0.9mm的间隔范围内由密到疏分布。3.如权利要求1所述减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构，其特征在于，分布有凸点的盾构刀盘面板和盾构刀具表面设有tialn涂层。

技术总结
本实用新型提供了一种减缓盾构刀盘结泥饼的物理结构，包括：盾构刀盘、盾构刀盘面板、盾构刀具，该结构由盾构刀盘的面板和刀具表面的改造而得，通过在盾构刀盘的面板和刀具表面设置细密的小凸点来加强刀盘面板、刀具与涂层间的粘结作用，并通过小凸点对土体进行排气、散气，提高土体饱和度，降低土体基质吸力，进一步减缓了粘土颗粒之间以及粘土与盾构刀盘、刀具之间的吸附作用，确保在冲刷压力、流量保持不变的情况下，更好地缓解和应对盾构刀盘结泥现象。现象。现象。


技术研发人员：王哲 朱航骏 许四法 尉彬嫔 余衍 应煜
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2020.12.11
技术公布日：2021/10/15