一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置及工作方法及步骤
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技术特征：
1.一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置，包括盾构刀盘(1)，其特征在于：所述盾构刀盘(1)上固定有呈角度交替设置的主刀梁(2)与副刀梁(3)，且所述盾构刀盘(1)的后侧设有磨料射流发生装置(5)；所述主刀梁(2)表面上等间距、等相位角、间隔布置有先行贝壳刀(10)和楔齿滚刀(8)，所述主刀梁(2)边缘两侧均匀对称设置有切刀(11)，且主刀梁(2)外侧端部设置有边缘刮刀(12)，所述主刀梁(2)最外侧的先行贝壳刀(10)中部设有用于采集振动信号的振动传感器(16)，所述振动传感器(16)一侧电连接有控制器；所述副刀梁(3)外侧端部设有边缘滚刀(13)，所述副刀梁(3)上设有一用于实时监测刀具磨损程度的压力传感式磨损检测刀(15)；所述主刀梁(2)与副刀梁(3)上均设有泡沫喷嘴(14)；所述磨料射流发生装置(5)一侧连接有可更换式射流喷嘴(6)，且所述可更换式射流喷嘴(6)设置在副刀梁(3)上，所述磨料射流发生装置(5)包括内部工业水箱(5
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1)、通过高压管道(5
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2)与内部工业水箱(5
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1)连接的高压水泵(5
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3)、连接在高压水泵(5
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3)输出端的混合仓(5
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6)，所述混合仓(5
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6)内设有搅拌器(5
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7)，且所述混合仓(5
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6)上方连接有磨料罐(5
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4)，所述混合仓(5
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6)一侧通过高压管道(5
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2)连接有二次增压泵(5
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9)，所述二次增压泵(5
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9)的输出端通过钢制磨料管(5
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10)与可更换式射流喷嘴(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置，其特征在于：所述主刀梁(2)为十字分布，所述副刀梁(3)交叉分布，且相邻两个主刀梁(2)与副刀梁(3)之间的夹角为45度。3.根据权利要求1所述的一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置，其特征在于：所述磨料罐(5
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4)与混合仓(5
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6)之间连接有控制开关(5
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5)，所述混合仓(5
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6)通过高压旋转接头(5
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8)与高压管道(5
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2)连接，且所述高压旋转接头(5
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8)与混合仓(5
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6)之间连接有超声波浓度探测计(5
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11)，所述高压旋转接头(5
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8)、二次增压泵(5
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9)与钢制磨料管(5
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10)均设置在盾构刀盘(1)内，且所述高压旋转接头(5
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8)活动连接在盾构刀盘(1)后侧中心位置。4.根据权利要求1所述的一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置，其特征在于：所述先行贝壳刀(10)和楔齿滚刀(8)按照间距为225mm等间距分布在主刀梁(2)上，所述楔齿滚刀(8)采用17寸滚刀且刀高为170mm，所述先行贝壳刀(10)刀高为200mm，所述切刀(11)间距为200mm，切刀(11)刀高为140mm，所述边缘刮刀(12)刀高为145mm，所述边缘滚刀(13)采用楔齿单刃滚刀，刀高为175mm。5.根据权利要求1所述的一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置，其特征在于：所述可更换式射流喷嘴(6)按照径向距离450mm布置，且所述可更换式射流喷嘴(6)沿着所述副刀梁(3)的对称轴轴向均匀分布，且所述可更换式射流喷嘴(6)的两侧对称分布的喷嘴保护块(7)，所述喷嘴保护块(7)固定在副刀梁(3)上，且所述喷嘴保护块(7)的高度大于所述可更换式射流喷嘴(6)的高度。6.根据权利要求1所述的一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置，其特征在于：所述楔齿滚刀(8)具体采用17寸单刃盘形滚刀，楔形刀刃为120度，且其刀刃两侧焊接有硬质合金齿(9)。7.根据权利要求1所述的一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置，其特征在于：
所述振动传感器(16)通过绝缘螺栓(17)与主刀梁(2)连接，且所述振动传感器(16)与绝缘螺栓(17)之间设有绝缘垫片(22)。8.根据权利要求1所述的一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置，其特征在于：所述盾构刀盘(1)的面板采用加厚型面板，且所述盾构刀盘(1)表面焊接有两圈加强肋板(4)。9.一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法步骤如下：s1：根据已有的设计资料知悉钢筋型号、布筋方式以及混凝土结构相关参数，据此设计并进行室内磨料射流切割实验，在所建议范围内确定最适于切割主筋(18
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1)的磨料浓度w1、磨料直径d1、射流直径d2、和射流压力p1；s2：根据相关的工程地质勘测报告以及前期的施工资料等初步确定钢筋混凝土结构(18)所处的位置；s3：在常规软土地层中，盾构机以20mm/min的掘进速度，1.5r/min的转速进行掘进，并在其中选取2m的区间进行振幅监测，由振动传感器(16)采集信号，取平均值确定参考振幅a0；s4：在盾构机进入到距离钢筋混凝土结构(18)最小垂直距离1m范围内，开始分阶段调整掘进参数，在盾构机距离钢筋混凝土结构(18)0.6m时，控制刀盘转速为1.0r/min，掘进速度为13mm/min；在盾构机距离钢筋混凝土结构(18)0.2m时，控制盾构刀盘(1)转速为0.5r/min，掘进速度为10mm/min；s5：当盾构机距离钢筋混凝土结构(18)0.2m时，通过控制器开启振动传感器(16)，实时采集振动信号，并将信号传递给控制器，此时所测振幅为实测振幅a1，与此同时，加大泡沫喷嘴(14)喷射泡沫剂的量，喷射量为常规软土底层中的1.5倍；s6：将实测振幅a1与参考振幅a0进行对比，当实测振幅a1显著大于参考振幅a0时，并且盾构机的推力和扭矩有较大程度的增大，此时判断盾构刀盘(1)已接触钢筋混凝土结构(18)；s7：调整盾构机的掘进参数，将盾构刀盘(1)推进速度调整为7mm/min，转速保持0.5r/min，此时不开启磨料射流发生装置(5)，利用盾构刀盘(1)上所配置的常规刀具进行掘进，先行贝壳刀(10)切割混凝土保护层(18
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3)，并且产生等距的多根贝壳刀切割迹线(21)；s8：随着盾构的推进，与先行贝壳刀(10)间隔布置的楔齿滚刀(8)沿着相邻两根先行贝壳刀切割迹线(21)的中间位置对混凝土结构进行滚压，二次破碎混凝土结构，并且产生楔齿滚刀切割迹线(20)，以此方法对混凝土保护层(18
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3)进行破碎，在此过程中，振动传感器(16)一直处于开启状态；s9：在盾构刀盘(1)首次接触到钢筋混凝土结构(18)并进一步推进的过程中，时刻监测振动传感器(16)采集所得数据，一旦出现振幅突然增大，远大于切割混凝土时的振幅，并且盾构的推力和扭矩显著增大的现象，可进一步判断先行贝壳刀(10)已接触到主筋(18
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1)；s10：同时启动磨料射流发生装置(5)，由盾构机的内部工业水箱(5
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1)进行供水，开启高压水泵(5
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3)进行加压，经由高压管道(5
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2)到达混合仓(5
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6)中，与此同时，使磨料罐(5
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4)中的磨料进入混合仓(5
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6)中，经搅拌器(5
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7)搅拌，形成最适于切割上述主筋(18
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1)的均匀磨料溶液；
s11：进一步地，磨料溶液经高压管道(5
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2)输送至二次增压泵(5
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9)中，二次增压泵(5
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9)对磨料溶液进行再次加压，再经由钢制磨料管(5
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10)输送至可更换式射流喷嘴(6)中，形成高压磨料射流；s12：盾构机暂停推进，启动盾构刀盘(1)的扭矩，可更换式射流喷嘴(6)与盾构刀盘(1)共同以0.5r/min的转速空转5min，形成磨料射流切削主筋切口(19)，便于先行贝壳刀(10)的贯入；s13：调整盾构机的掘进参数，以5mm/min的推进速度，0.5r/min的转速继续推进，高压磨料射流与先行贝壳刀(10)共同切割主筋(18
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1)；s14：当控制器显示振幅突然减小，盾构机的推力和扭矩也突然减小时，依次判断主筋(18
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1)已被切断，此时，关闭高压磨料射流发生装置(5)；s15：进一步的，继续以5mm/min的推进速度，0.5r/min的转速推进，由盾构刀盘(1)上所布置的常规刀具对钢筋混凝土结构(18)的内部其他钢筋(18
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2)以及混凝土结构进行切割；s16：进一步的，通过螺旋输送机将钢筋混凝土碎块以及断筋输出，从而实现钢筋混凝土结构(18)的有效破除。10.根据权利要求9所述的一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置的工作方法，其特征在于：所述步骤s11中二次增压泵(5
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9)的调节压力为280
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340mpa。
技术总结
本发明公开了一种高效切割钢筋混凝土结构的盾构刀盘装置及工作方法，涉及隧道开挖掘进施工机械设备领域，盾构刀盘结构包括：主刀梁、副刀梁、磨料射流发生装置、先行贝壳刀、楔齿滚刀、切刀、边缘滚刀、边缘刮刀等。本发明的工作方法为：通过盾构刀盘上的常规刀具对混凝土保护层进行切割破碎，同时高压磨料射流和先行贝壳刀共同作用将钢筋混凝土结构中的主筋完全切断；楔齿滚刀滚压钢筋和混凝土岩脊并形成断筋；通过切刀、边缘刮刀、边缘滚刀剥离钢筋混凝土渣块以及残留岩脊。本发明能够实现钢筋混凝土结构的高效切割破除，且能有效解决钢筋缠绕、出渣困难、刀具磨损等问题，降低切削过程中的盾构推力和扭矩，实现低能耗掘进。实现低能耗掘进。实现低能耗掘进。
技术研发人员：蒋亚龙 曾建军 黄展军 朱碧堂 张慧鹏 王宁 石钰锋
受保护的技术使用者：南昌轨道交通集团有限公司 南昌轨道交通集团工程技术咨询有限公司
技术研发日：2021.07.22
技术公布日：2021/9/21
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