技術特征：

　　1.一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置，包括盾構刀盤(1)，其特征在于：所述盾構刀盤(1)上固定有呈角度交替設置的主刀梁(2)與副刀梁(3)，且所述盾構刀盤(1)的后側設有磨料射流發生裝置(5)；所述主刀梁(2)表面上等間距、等相位角、間隔布置有先行貝殼刀(10)和楔齒滾刀(8)，所述主刀梁(2)邊緣兩側均勻對稱設置有切刀(11)，且主刀梁(2)外側端部設置有邊緣刮刀(12)，所述主刀梁(2)最外側的先行貝殼刀(10)中部設有用于采集振動信號的振動傳感器(16)，所述振動傳感器(16)一側電連接有控制器；所述副刀梁(3)外側端部設有邊緣滾刀(13)，所述副刀梁(3)上設有一用于實時監測刀具磨損程度的壓力傳感式磨損檢測刀(15)；所述主刀梁(2)與副刀梁(3)上均設有泡沫噴嘴(14)；所述磨料射流發生裝置(5)一側連接有可更換式射流噴嘴(6)，且所述可更換式射流噴嘴(6)設置在副刀梁(3)上，所述磨料射流發生裝置(5)包括內部工業水箱(5

　　?

　　1)、通過高壓管道(5

　　?

　　2)與內部工業水箱(5

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　　1)連接的高壓水泵(5

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　　3)、連接在高壓水泵(5

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　　3)輸出端的混合倉(5

　　?

　　6)，所述混合倉(5

　　?

　　6)內設有攪拌器(5

　　?

　　7)，且所述混合倉(5

　　?

　　6)上方連接有磨料罐(5

　　?

　　4)，所述混合倉(5

　　?

　　6)一側通過高壓管道(5

　　?

　　2)連接有二次增壓泵(5

　　?

　　9)，所述二次增壓泵(5

　　?

　　9)的輸出端通過鋼制磨料管(5

　　?

　　10)與可更換式射流噴嘴(6)連接。2.根據權利要求1所述的一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置，其特征在于：所述主刀梁(2)為十字分布，所述副刀梁(3)交叉分布，且相鄰兩個主刀梁(2)與副刀梁(3)之間的夾角為45度。3.根據權利要求1所述的一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置，其特征在于：所述磨料罐(5

　　?

　　4)與混合倉(5

　　?

　　6)之間連接有控制開關(5

　　?

　　5)，所述混合倉(5

　　?

　　6)通過高壓旋轉接頭(5

　　?

　　8)與高壓管道(5

　　?

　　2)連接，且所述高壓旋轉接頭(5

　　?

　　8)與混合倉(5

　　?

　　6)之間連接有超聲波濃度探測計(5

　　?

　　11)，所述高壓旋轉接頭(5

　　?

　　8)、二次增壓泵(5

　　?

　　9)與鋼制磨料管(5

　　?

　　10)均設置在盾構刀盤(1)內，且所述高壓旋轉接頭(5

　　?

　　8)活動連接在盾構刀盤(1)后側中心位置。4.根據權利要求1所述的一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置，其特征在于：所述先行貝殼刀(10)和楔齒滾刀(8)按照間距為225mm等間距分布在主刀梁(2)上，所述楔齒滾刀(8)采用17寸滾刀且刀高為170mm，所述先行貝殼刀(10)刀高為200mm，所述切刀(11)間距為200mm，切刀(11)刀高為140mm，所述邊緣刮刀(12)刀高為145mm，所述邊緣滾刀(13)采用楔齒單刃滾刀，刀高為175mm。5.根據權利要求1所述的一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置，其特征在于：所述可更換式射流噴嘴(6)按照徑向距離450mm布置，且所述可更換式射流噴嘴(6)沿著所述副刀梁(3)的對稱軸軸向均勻分布，且所述可更換式射流噴嘴(6)的兩側對稱分布的噴嘴保護塊(7)，所述噴嘴保護塊(7)固定在副刀梁(3)上，且所述噴嘴保護塊(7)的高度大于所述可更換式射流噴嘴(6)的高度。6.根據權利要求1所述的一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置，其特征在于：所述楔齒滾刀(8)具體采用17寸單刃盤形滾刀，楔形刀刃為120度，且其刀刃兩側焊接有硬質合金齒(9)。7.根據權利要求1所述的一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置，其特征在于：

　　所述振動傳感器(16)通過絕緣螺栓(17)與主刀梁(2)連接，且所述振動傳感器(16)與絕緣螺栓(17)之間設有絕緣墊片(22)。8.根據權利要求1所述的一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置，其特征在于：所述盾構刀盤(1)的面板采用加厚型面板，且所述盾構刀盤(1)表面焊接有兩圈加強肋板(4)。9.一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置的工作方法，其特征在于，所述工作方法步驟如下：s1：根據已有的設計資料知悉鋼筋型號、布筋方式以及混凝土結構相關參數，據此設計并進行室內磨料射流切割實驗，在所建議范圍內確定最適于切割主筋(18

　　?

　　1)的磨料濃度w1、磨料直徑d1、射流直徑d2、和射流壓力p1；s2：根據相關的工程地質勘測報告以及前期的施工資料等初步確定鋼筋混凝土結構(18)所處的位置；s3：在常規軟土地層中，盾構機以20mm/min的掘進速度，1.5r/min的轉速進行掘進，并在其中選取2m的區間進行振幅監測，由振動傳感器(16)采集信號，取平均值確定參考振幅a0；s4：在盾構機進入到距離鋼筋混凝土結構(18)最小垂直距離1m范圍內，開始分階段調整掘進參數，在盾構機距離鋼筋混凝土結構(18)0.6m時，控制刀盤轉速為1.0r/min，掘進速度為13mm/min；在盾構機距離鋼筋混凝土結構(18)0.2m時，控制盾構刀盤(1)轉速為0.5r/min，掘進速度為10mm/min；s5：當盾構機距離鋼筋混凝土結構(18)0.2m時，通過控制器開啟振動傳感器(16)，實時采集振動信號，并將信號傳遞給控制器，此時所測振幅為實測振幅a1，與此同時，加大泡沫噴嘴(14)噴射泡沫劑的量，噴射量為常規軟土底層中的1.5倍；s6：將實測振幅a1與參考振幅a0進行對比，當實測振幅a1顯著大于參考振幅a0時，并且盾構機的推力和扭矩有較大程度的增大，此時判斷盾構刀盤(1)已接觸鋼筋混凝土結構(18)；s7：調整盾構機的掘進參數，將盾構刀盤(1)推進速度調整為7mm/min，轉速保持0.5r/min，此時不開啟磨料射流發生裝置(5)，利用盾構刀盤(1)上所配置的常規刀具進行掘進，先行貝殼刀(10)切割混凝土保護層(18

　　?

　　3)，并且產生等距的多根貝殼刀切割跡線(21)；s8：隨著盾構的推進，與先行貝殼刀(10)間隔布置的楔齒滾刀(8)沿著相鄰兩根先行貝殼刀切割跡線(21)的中間位置對混凝土結構進行滾壓，二次破碎混凝土結構，并且產生楔齒滾刀切割跡線(20)，以此方法對混凝土保護層(18

　　?

　　3)進行破碎，在此過程中，振動傳感器(16)一直處于開啟狀態；s9：在盾構刀盤(1)首次接觸到鋼筋混凝土結構(18)并進一步推進的過程中，時刻監測振動傳感器(16)采集所得數據，一旦出現振幅突然增大，遠大于切割混凝土時的振幅，并且盾構的推力和扭矩顯著增大的現象，可進一步判斷先行貝殼刀(10)已接觸到主筋(18

　　?

　　1)；s10：同時啟動磨料射流發生裝置(5)，由盾構機的內部工業水箱(5

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　　1)進行供水，開啟高壓水泵(5

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　　3)進行加壓，經由高壓管道(5

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　　2)到達混合倉(5

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　　6)中，與此同時，使磨料罐(5

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　　4)中的磨料進入混合倉(5

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　　6)中，經攪拌器(5

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　　7)攪拌，形成最適于切割上述主筋(18

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　　1)的均勻磨料溶液；

　　s11：進一步地，磨料溶液經高壓管道(5

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　　2)輸送至二次增壓泵(5

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　　9)中，二次增壓泵(5

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　　9)對磨料溶液進行再次加壓，再經由鋼制磨料管(5

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　　10)輸送至可更換式射流噴嘴(6)中，形成高壓磨料射流；s12：盾構機暫停推進，啟動盾構刀盤(1)的扭矩，可更換式射流噴嘴(6)與盾構刀盤(1)共同以0.5r/min的轉速空轉5min，形成磨料射流切削主筋切口(19)，便于先行貝殼刀(10)的貫入；s13：調整盾構機的掘進參數，以5mm/min的推進速度，0.5r/min的轉速繼續推進，高壓磨料射流與先行貝殼刀(10)共同切割主筋(18

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　　1)；s14：當控制器顯示振幅突然減小，盾構機的推力和扭矩也突然減小時，依次判斷主筋(18

　　?

　　1)已被切斷，此時，關閉高壓磨料射流發生裝置(5)；s15：進一步的，繼續以5mm/min的推進速度，0.5r/min的轉速推進，由盾構刀盤(1)上所布置的常規刀具對鋼筋混凝土結構(18)的內部其他鋼筋(18

　　?

　　2)以及混凝土結構進行切割；s16：進一步的，通過螺旋輸送機將鋼筋混凝土碎塊以及斷筋輸出，從而實現鋼筋混凝土結構(18)的有效破除。10.根據權利要求9所述的一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置的工作方法，其特征在于：所述步驟s11中二次增壓泵(5

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　　9)的調節壓力為280

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　　340mpa。

　　技術總結

　　本發明公開了一種高效切割鋼筋混凝土結構的盾構刀盤裝置及工作方法，涉及隧道開挖掘進施工機械設備領域，盾構刀盤結構包括：主刀梁、副刀梁、磨料射流發生裝置、先行貝殼刀、楔齒滾刀、切刀、邊緣滾刀、邊緣刮刀等。本發明的工作方法為：通過盾構刀盤上的常規刀具對混凝土保護層進行切割破碎，同時高壓磨料射流和先行貝殼刀共同作用將鋼筋混凝土結構中的主筋完全切斷；楔齒滾刀滾壓鋼筋和混凝土巖脊并形成斷筋；通過切刀、邊緣刮刀、邊緣滾刀剝離鋼筋混凝土渣塊以及殘留巖脊。本發明能夠實現鋼筋混凝土結構的高效切割破除，且能有效解決鋼筋纏繞、出渣困難、刀具磨損等問題，降低切削過程中的盾構推力和扭矩，實現低能耗掘進。實現低能耗掘進。實現低能耗掘進。

　　技術研發人員：蔣亞龍 曾建軍 黃展軍 朱碧堂 張慧鵬 王寧 石鈺鋒

　　受保護的技術使用者：南昌軌道交通集團有限公司 南昌軌道交通集團工程技術咨詢有限公司

　　技術研發日：2021.07.22

　　技術公布日：2021/9/21