复合地层的盾构机刀盘设计

复合地层的盾构机刀盘设计

石宝满

中交第三公路工程局有限公司 100000

摘要：在城市轨道交通方面，为了能够让整个工程的安全性得到良好提升，对于地铁的隧道管片设计的具体厚度也得到了良好增加，而且未来要不断进行扩径处理。盾构在长距离方面需要断面熔岩，然后层层进行递进。刀盘的防结泥饼以及建筑物沉降控制等各项工作都是需要针对性的设计方案。在盾构的项目具体收工之前，需要对于周边的环境以及地质特点作出调查，同时要根据过去的施工经验，对于设计方案要不断进行优化，同时具体进行应用的时候要不断对技术进行改善，尽量将盾构的安全性以及舒适性得到最大化的提高。基于此，本篇文章对复合地层的盾构机刀盘设计进行研究，以供参考。

关键词：复合地层；盾构机；刀盘设计

引言

通过盾构施工现场数据分析复合地层中主要掘进参数的变化规律，接着采用曲线拟合方法，得出各项掘进参数的变化规律及其之间相互关联性，对提升盾构掘进效率和保障施工安全具有重要作用，能够为类似工程施工过程中掘进参数调整与控制提供参考。

1盾构机工作原理

所谓的盾构法，实际上是一种学新的施工方式，一般会拥有在地下隧道的开挖过程中，因为实际的自动化程度比较高，而且有很强的适用性，所以能够将施工效率大大提升。盾构机就是将不同的图题进行挖开，管片拼装重查，传送等各项功能都能够结为一体，能够更连续的进行工作，有着非常 明显的优势。盾构在长距离方面需要断面熔岩，然后层层进行递进。刀盘的防结泥饼以及建筑物沉降控制等各项工作都是需要针对性的设计方案。在盾构的项目具体收工之前，需要对于周边的环境以及地质特点作出调查，同时要根据过去的施工经验，举例来讲，在泥水平衡盾构机进行应用的时候，刀盘的作用之后，能够将土体进行切削。这样在密封舱之中可以直接注入泥浆来浇面的水土压力等平衡开来，这样能够让掌子面变得更加稳定，开挖土地以及控制地面沉降等目的能够更好的实现。

2刀具磨损的原因分析

盾构刀具的实际磨损和地质情况，以及刀具所使用的材料有着直接的关系，而且随着刀具切削里程的数目不断增加而变得越来越大。在刀盘外侧的道具会因为在决定过程当中实现速度不断变大，导致所使用的都剧变的寿命更短。而刀具损坏主要是因为它不断磨耗以及脱落，而且刀具的磨耗受到的材质以及推力都会受到特别大的影响。刀具的具体封路和安装方式有着紧密的关系，具体施工过程当中也会因为刀柄受到磨损和渣土产生冲击方面的影响。在掘进过程当中，盾构会碰到不同的地层，在淤泥粘土以及砂层再到硬岩等整个开挖过程当中，刀具的实际受力相对比较复杂，具体工作的环境特别恶劣。刀具实际的磨损程度和施工地层有着非常密切的关系。淤泥质粘土，棉质粉土等这些地层对于切削刀的磨损相对比较小，但是有很多沙土，沙软石砾，实地层等，对于刀具的磨损非常严重。在对于长距离高强度的硬岩地层，它会导致原有的设计目标值产生一定的变化，无论在强度以及具体布局方面都可能会显出不适应的问题。（1）滚刀数量比较少，刀间距过于大，在用盐进行切削的时候效果不高。（2）咋还没有走？周边的滚刀数量过于少，所以在全断面辉绿岩效果方面特别不好，在周边的铲刀破坏力度特别明显。（3）在滚刀和齿刀的同一幅臂，硬沿地层的表现，无法良好配合。（4）整个刀削是比较清醒的，在长距离的硬延不断决定过程当中，很容易就会发生变形。（5）再滚刀螺栓以及7块之中很容易就会受到变形，所以会导致滚刀拆卸，更换的时候受到很大影响。（6）在整个抗压以及耐磨性当中，长距离的应援决定之后，很容易就会发生磨损。盾构机在不断的决定之中刀具会受到不同程度的磨损。所以就意味着道具具体产生损坏情况的可能性不断变大。根据设计方案来看隧道复合地层实际结构的长度为1055M。对于左线进行具体施工的时候，更换了631把刀具，而其中444把刀具属于正常磨损，更换，在对右线进行施工的时候，更换了868把刀具在这之中515把，刀具属于正常的更换。

3复合地层的盾构机刀盘设计

3.1工程地质条件

按照客户所提供的地质勘探具体报告，在本次的隧道施工过程当中主要是有全风化纤维炎，强风化，纤维炎以及局部穿越兼用的石英岩夹层。全强风化纤维炎之中的年利度相对比较高，遇到水的时候很容易就会发生软化。在中风化纤维炎之中，它属于极软岩石。根据上面地质条件以及隧道具体施工的详细分析，在这个阶段当中利用盾构法隧道的施工方式，可以明显看到以下方面的技术难点：(1)在全球风化纤维炎之中风化岩石有着很多的粘土，有特别强的粘性，很容易就会附着到盾构机的设备上面，这会造成管道堵塞的情况，在进行掘进的过程当中很困难。(2)在盾构机不断推进的阶段当中，推进的方向是完全不规律分布的，整个宽度基本在15~30CM之间，而且和推荐的方向会呈现邪教或者垂直的形状。除此之外，石英岩的整个质地比较坚硬，在天然的抗压强度方面能够达到80~100MP。这对于盾构机的实际挖掘非常的不利。(3)在全球风化的纤维炎遇水之后很容易就会变软。在千枚岩节理裂缝不断，发育过程中基本上是以斗清角为主，在主体的自稳性之中相对比较差。对于复合地层方面的盾构机刀盘方面的设计，大多数情况都没有按照最不利的地质条件，来对刀盘的钢度以及破岩能力做出良好的设计。

3.2刀盘结构设计

在不同的载荷经过作用之后，盾构机刀盘的结构进行设计的时候必须要有足够的刚度或者强度，这样才能够在决定工作当中更正常的运行。盾钩机具体进行施工的时候，刀盘和周边的沿途需要不断接触，所以必须要重点考虑刀盘是否有良好的耐磨性，在刀盘面板之中最主要的是有6根主副条以及6根幅幅条焊接而成的。为了确保刀盘的刚度和强度可以不受影响，在进行设计的时候一般会选择箱型的结构，具体材质大多数会选用Q345B。除此之外，为了让它的强度以及耐磨性更好的提升，在具体工作的时候需要利用耐磨的硬质合金材料。整个刀盘的扭矩值一般会按照3881kN·m，实际副图的设计深度达到了20M。在刀盘的前方土体对于刀盘可以产生的压强为0.2MPA，所以在刀盘模型具体结算结果之中，可以利用有限的原因力作出详细分析。对于大盘结构科学合理的设计，能够在工作的时候满足具体的需求。而刀盘能够具备的最大变形量是3.64mm。他一般处于刀盘外周的侧面板，根据刀盘的具体设计经验，它最大的变形量不能够超过5mm，所以整个刀盘的结构必须要充分满足高度方面的具体设计需求。

3.3刀具确定和布置

对于地质条件的具体复杂性当中，盾构需要穿越很多不同的地层面。所以在他不断掘进的过程当中，需要克服很多的难题：（1）在软弱地层方面，往往会产生刀盘夹泥的情况。（2）在盾构穿越泥质砂岩等强度比较高的地层的时候，刀盘的磨损会产生不同的问题。（3）在高压水地层方面需要将管片不断上浮问题得到良好解决，刀盘磨损的问题也需要提出更多的优质方案，主要会采取以下几个方面的措施：（1）在刀盘4周可以增加更多保护刀具的东西，而且需要定期对刀具进行更换。（1）在刀盘的面板以及4周镶嵌合金板的地区，能够让整体的高度得到良好的增大。（3）在刀盘的边缘区域不断增加刀具的数量，这样能够更好的保护刀座在边缘区域会更加的耐磨，为了防止刀盘夹泥的情况产生，而且也需要确保盾构更顺利的前进，可以采取下面的方式：（1）在刀盘上面需要配置高压的喷射装置，而且在具体决定的过程当中需要不断冲刷土体。（2）刀口的开口率需要定期增加，通过相关实验可以证明上面的所有措施，不仅简单有效，而且很容易就可以进行控制。

结束语

总的来讲，在城市地铁隧道具体建设过程当中，有一些区域的重难点之中可以将常规盾构作为施工基础，对于复合地层方面的盾构机刀盘方面的设计，大多数情况都没有按照最不利的地质条件，来对刀盘的钢度以及破岩能力做出良好的设计。在前期对于盾构机不断进行优化以及具体应用的时候进行技术方面的改造，在刀盘，防沉降以及隧道制冷等各方面对盾构机的设计进行改善。

参考文献

[1]孔恒,郭飞,王忠,高胜雷,王凯丽.复合地层盾构机刀盘设计及刀具磨损分析[J].市政技术,2020,39(07):222-226.

[2]张士龙,张天举,赵醒毅.复合地层条件下盾构机刀盘力学性能分析[J].公路,2020,65(08):409-413.

[3]司学康.盾构机刀盘结构优化设计及其数值模拟研究[D].天津科技大学,2020.000683.

[4]柏波.复合地层土压平衡盾构机刀盘及刀具配置研究[J].中国高新科技,2019(24):12-14.

[5]邵明月.复合地层盾构机刀盘刀具优化设计及工程应用[D].北京化工大学,2018.000021.