- 相關推薦
對盾構機刀具配置方式研究論文
摘 要：盾構機刀具配置是盾構機刀具設計管理中的重要內容，本文著重介紹盾構機刀具的主要種類和其進行工作的原理，同時針對不同地質層的情況，提出刀具的配置的差異與不同，并且針對盾構機在復合地層中進行隧道掘進是，刀具配置使用的問題。
關鍵詞：刀具配置，地質層 ，盾構機
一、概述
盾構機刀具的配置是在盾構機刀具設計當中非常重要的內容，其的詳細配置關系到其符合使用的地址條件和要求，而且針對不同的盾構機的地質，其的使用壽命、切削的效果、出土的狀況和掘進的速度和效果、施工的進度和要求都會受到直接的影響。
二、刀具種類和切削原理
1、刀具的種類
盾構機刀具是根據工程地段硬巖、軟巖的不同強度和地質特點，根據刀具在軟、硬巖中不同的破巖機理來進行設計和選擇的。刀盤上可以安裝不同類型的刀具以適應不同地層的開挖，主要刀具類型為：雙刃滾刀、中心滾刀、齒刀、切刀、弧形刮刀和仿形刀。其中滾刀和齒刀的刀座形式相同，根據不同的地質類型兩種刀具可以互換。在硬巖中掘進時刀盤需安裝雙刃滾刀、中心刀，在軟巖中掘進時可以根據需要把雙刃滾刀、中心刀更換為對應形式的齒刀。
2、切削的主要原理
盾構機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行。其主要分為以下三個階段：
1、盾構機的掘進
液壓馬達驅動刀盤旋轉，同時開啟盾構機推進油缸，將盾構機向前推進，隨著推進油缸的向前推進，刀盤持續旋轉，被切削下來的碴土充滿泥土倉，此時開動螺旋輸送機將切削下來的渣土排送到皮帶輸送機上，后由皮帶輸送機運輸至渣土車的土箱中，再通過豎井運至地面。
2、掘進中控制排土量與排土速度
當泥土倉和螺旋輸送機中的碴土積累到一定數量時，開挖面被切下的渣土經刀槽進入泥土倉的阻力增大，當泥土倉的土壓與開挖面的土壓力和地下水的水壓力相平衡時，開挖面就能保持穩定，開挖面對應的地面部分也不致坍坍或隆起，這時只要保持從螺旋輸送機和泥土倉中輸送出去的渣土量與切削下來的流人泥土倉中的渣土量相平衡時，開挖工作就能順利進行。
3、管片拼裝
盾構機掘進一環的距離后，拼裝機操作手操作拼裝機拼裝單層襯砌管片，使隧道—次成型。
三、刀具配置方式
刀具的配置方式需要綜合當前工程地質地層的實際情況，通過了解地層的巖石、土層情況之后，根據不同的工程地質特點，選取不同的刀具配置方案，最終達到最好的切削效果和掘進速度。依據當前的地層的土質情況，我們大致可以將土層分為以下四種土層：軟弱土地層；砂層、砂卵石地層；風化巖及軟硬不均地層；單純的純硬巖地層。
1、軟弱土地層的刀具
這些土質層主要是以淤泥、粘土和粉質粘土為主，他們其中的巖石非常少，主要是以小顆粒泥土為主，因此在選擇使用切削刀具時，一般采用切刀、周邊刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。這些刀具的切刀安裝在開口槽的兩側，覆蓋了整個進碴口的長度。刮刀安裝在刀盤邊緣。由于刀盤需要正反旋轉，因此切刀的布置也在正反方向布置，為了提高切刀的可靠性，在每個軌跡上至少布置2把。在周邊工作量相對較大，磨損后對盾構切口環尺寸影響較大，在正反方向各布置了8把刮刀。考慮到刀盤的受力均勻性，刀具布置具有對稱性。刀具安裝采用螺栓固定，便于更換。在切刀或刮刀的刃口和刃口背面鑲嵌有合金和耐磨材料，以延長刀具的使用壽命，切刀的破巖能力為20MPa，可以順利地通過進出洞端頭的加固地層。
2、砂層、砂卵石地層的刀具
一些地區的地質土層主要是以砂，卵石地層為主，而其中會含有顆粒加到的巖石或者漂石，這需要配置滾刀以防不備。在此砂層、砂卵石地層施工時，需要設置（寬幅）切刀、周邊刮刀、先行刀（重型撕裂刀）、中心刀、仿形刀等刀具。切刀是主刀具，用于開挖面大部分斷面的開挖；周邊刮刀也稱保徑刀，用于切削外周的土體，保證開挖斷面的直徑；先行刀在開挖面沿徑向分層切削，預先疏松土體，降低切刀的沖擊荷載，減少切削力矩，同時重型撕裂刀用于破碎強度較低和粒徑較小的卵石和礫石；中心刀用于開挖面中心斷面的開挖，起到定心和疏松部分土體的作用；仿形刀用于曲線開挖和糾偏。滾刀用于破碎粒徑較大的礫石或漂石。
3、風化巖及軟硬不均地層的刀具
在我國的南部巖石區域較多，屬于上軟下硬，地質情況極為復雜，而且部分的巖石抗壓能力能夠達到150—200Mpa左右，因此進行此類巖石挖掘時，還需要增加上切削型刀具外包括寬幅切刀，而其施工時徐奧提供先行到，在到滾刀。由于巖石層較為復雜，因此整個破巖的過程應當為首先通過滾刀進行破巖，且滾刀的超前量應大于切刀的超前量，在滾刀磨損后仍能避免切刀進行破巖，確保切刀的使用壽命。在曲線半徑小的隧道掘進時，為了保證盾構的調向和避免盾殼被卡死，需要有較大的開挖直徑，因此刀盤上需配置滾刀型的仿形刀（或超挖刀）。
4、單純的純硬巖地層的刀具
單純硬巖地層應當直接誒選用滾刀，而無需任何齒刀直接使用，甚至可以在刀盤面板周邊開口處配備刮碴刮刀板，以便能夠增強滾刀的使用效率。
四、刀具配置的差異性
在盾構機進行掘土時，需要注意的到刀具配置的差異會導致盾構機的掘進速度和效果，因此選擇合適的刀具對于工程進度非常有幫助。在復合型地層施工時，刀具配置之間的差異主要變相在滾刀和先行刀之間的參數配置、數量、厚度、高度以及相互組合的差異上。其主要的表現為刀具高能夠有效的方式泥餅的形成，高度差異過大有利于將巖石徹底破碎。而且滾刀刀間距過大和過小都會對破巖產生巨大的差異。刀具間距過大，滾刀將會出現“巖脊”現象，從而無法有效的破巖，而滾刀間距過小，小塊的碎石就會增多，導致巖石破碎難度增大。因此在復合地層中間進行掘進時，需要使用周邊滾刀間距小于90mm，正面滾刀間距大約為100mm—120mm的盾構機，從而能夠防止滾刀間距不足或過小產生的問題。當然為了能夠保證實際施工效果，使用盾構機的刀具間距最好經過考察的工地地層的巖石情況具體而定。
五、結束語
刀具的配置關系到盾構機是否能夠迅速掘進，而且也關系到整個施工進度是否能夠按時完成，這必須要對地質情況進行詳細的了解與分析。在盾構機施工前，對工地地層合理選取掘進參數和掘進方法（例如：位置的選取、巖石層的勘查，總推力的確定、刀具貫入度、轉速等詳細參數），通過了解盾構機的使用方法才能最大限度的保證刀具的使用壽命，減少換刀的效率，而減少施工中浪費刀具的情況。
【對盾構機刀具配置方式研究論文】相關文章：
我國農村土地配置方式研究04-27
淺談南京長江隧道礫砂層盾構刀具的保護04-27
盾構機在⑤2層地質條件下進洞技術的研究04-26
富水砂卵石地層盾構刀具修復效果分析04-30
盾構機的種類劃分有哪些？10-31
應加快盾構機行業標準的制定04-26
地鐵盾構隧道測量誤差研究04-30
試論高職課程評價方式和方法的研究論文04-27