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成都砂、卵石地层盾构机耐磨性及刀具适用性研究
发布时间：2013-10-21 09:48 来源：未知
0、引言
盾构机在砂、卵石地层中施工磨损大一直是困扰盾构施工的难题。由于磨损大需经常进行刀盘、螺旋机的修理和刀具的更换，而砂、卵石地层的稳定性差又制约着频繁的刀具更换与修理，为解决这一难题对砂卵石地层土压平衡盾构机耐磨性及刀具适用性进行了研究。
有关盾构机的耐磨性及刀具适用性的探索自盾构机应用于隧道施工就没有停止过。如：文献对成都地铁采用加泥式土压平衡盾构刀盘刀具的耐磨性进行了研究；文献对适合成都砂卵石地层的土压平衡盾构机进行了探索；文献以成都地铁一号线为例，对盾构机进行刀盘选型及设计，并且对刀盘3种基本工况作了有限元分析，验证了刀盘选型和设计理论的适用性；文献对北京铁路地下直径线泥水盾构刀盘、刀具适应性进行了分析。为解决成都砂、卵石地质刀具、刀盘和螺旋输送机磨损大等问题，本文就盾构机的耐磨性和刀具的适用性进行了研究和实践，特别提出了关于滚刀应用在成都大粒径砂、卵石地层中先行刀的作用，使得盾构机具有更耐磨、更适用和更经济的特点。
1、成都砂、卵石地层盾构施工的特点
1.1卵砾石多、粒径大、硬度高、强度大
成都地铁盾构隧道主要穿越砂，卵石地层，粒径30—100 mm的卵石含量占65%~75%，粒径100~130 mm的约占10%。卵砾石硬，强度高，单轴抗压强度可达150MPa，最大可达到180MPa。在盾构掘进过程中，对盾构刀盘、刀具、螺旋机等会产生较大的磨损与破坏。
1.2流动性差、磨琢性大
砂、卵石流动性差，对刀具、刀盘和螺旋输送机的磨琢性大。该地层和钢铁之间的摩擦因数一般都在0.4之上，最高可达0.7。盾构机在掘进中渣土不易流进土仓，在土仓内的渣土又不易排出，并造成推力和扭矩的增大和刀盘、刀具、螺旋输送机磨损的增大。
1.3砂、卵石地层富水、透气性大、稳定性差
成都地层富水，枯水期地下水埋深一般在3—5m，丰水期一般在1~3m。沙、卵石地层颗粒之间的空隙大、透气性大，岩体松散，没有黏聚力，卵石块在地层中起骨架作用，刀盘旋转切削时，极易破坏地层中原有的稳定而产生坍塌，引起地层损失和围岩扰动。砂、卵石地层自稳能力差，难以保住气压，给进仓作业造成困难。
2、砂、卵石地层盾构施工存在的问题
2.1 刀具、刀盘和螺旋输送机磨损严重
由于砂、卵石地层稳定性差，盾构施工需采用土压平衡模式掘进。由于砂、卵石地层细颗粒含量少、透气性好，塑流化改良效果差，很难实现气压模式掘进，为防止掌子面的坍塌，掘进中土仓内堆积了大量砂、卵石，并包裹着刀盘及刀具。因砂、卵石的硬度高、磨琢性大，使刀具、刀盘和螺旋输送机磨损严重，降低了刀盘、刀具和螺旋输送机的使用寿命，使盾构机需经常修理刀盘、螺旋输送机及更换刀具，不能长时间连续工作。在最初成都砂、卵石地层的盾构施工中，各施工单位的盾构刀盘、刀具、螺旋输送机等都产生了较大的磨损与损坏，其中仅刀具消耗每延米就达7 000元左右。
2.2刀具的更换及刀盘、螺旋机修理困难
成都的砂、卵石地层富水、稳定性差，在常压下掌子面不稳定不适合开仓进行刀具的更换。由于地层卵砾石多、粒径大、透气性大，无法实现真正意义上的渣土改良；因地层漏气严重，很难保住气压，难以实现在保压条件下进仓进行刀具更换和刀盘、螺旋输送机的修理，给正常和连续的盾构施工造成困难。
3、盾构机耐磨性及刀具适用性研究
3.1 问题的提出
针对砂、卵石地层盾构施工中存在的刀具、刀盘、螺旋输送机磨损严重以及刀具更换和刀盘、螺旋输送机修理困难这些难题，为保证盾构施工生产的正常有序进行和提高盾构机的利用率，有必要对砂、卵石地层中盾构施工耐磨性和刀具的适用性进行研究。
3.2研究方向和着眼点
围绕着磨损性大的刀具、刀盘和螺旋输送机开展研究工作，从降低砂、卵石的磨琢性人手，加强易磨损部位的�；�，选用适用性更强的刀具和�；ご胧�，提高刀具、刀盘和螺旋输送机的耐磨性和抗磨性，从而达到延长零部件使用寿命和提高盾构机生产效率的目标。
