盾构机刀具种类及配置方式调研分析报告.doc

盾构机刀具种类及配备方式调研报告盾构法是暗挖法施工中一种全机械化施工办法，它是将盾构机械在地中推动，通过盾构外壳和管片支承四周边岩防止发生往隧道内坍塌。同步在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道构造一种机械化施工办法。机械化盾构机掘削机构 ,具备开挖地层、稳定开挖面、搅拌渣土等功能 ,并承受大扭矩、大推力和冲击载荷作用 ,其工作状况非常恶劣。 盾构机刀具配备是盾构机刀具设计管理中重要内容，其详细配备关系到其与否符合使用地址条件和规定，并且针对不同盾构机地质，其使用寿命、切削效果、出土状况和掘进速度和效果、施工进度和规定都会受到直接影响。通过去成都海瑞克、中铁装备、中船重工三个盾构机制造厂商以及刀具生产厂商、成都地铁各在建盾构区间调研及考察，现着重简介盾构机刀具重要种类和其工作原理，同步针对不同地质状况，提出刀具配备差别与不同，并且针对盾构机在复合地层中进行隧道掘进时，刀具配备使用等问题进行阐述和研究。一、刀具种类和切削原理1、刀具种类 盾构机刀具是依照工程地段硬岩、软岩不同强度和地质特点，依照刀具在软、硬岩中不同破岩机理来进行设计和选取。刀盘上可以安装不同类型刀具以适应不同地层开挖，重要刀具类型为：切刀、刮刀、先行刀（超前刀）、贝型刀、中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀）、单刃滚刀和刮碴板。其中滚刀和齿刀刀座形式相似，依照不同地质类型两种刀具可以互换。在硬岩中掘进时刀盘需安装双刃滚刀、中心刀，在软岩中掘进时可以依照需要把双刃滚刀、中心刀更换为相应形式齿刀。 1.1、切刀（齿刀，刮刀） 切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽两侧，其切削原理是盾构机向前推动同步，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道迈进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，在刀盘转动下，刀刃和刀头某些插入到地层内部，不断将开挖面前方土体切削下来。切削刀普通合用于粒径不大于400mm砂、卵石、粘土等松散体地层。 1.2、先行刀（超前刀） 先行刀是先行切削土体刀具，超前切刀布置。先行刀在设计中重要考虑与其他刀具组合协同工作。先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好切削条件。先行刀切削宽度普通比切刀窄，切削效率较高。采用先行刀，可明显增长切削土体流动性，大大减少切刀扭矩，提高切刀切削效率，减少切刀磨耗。在松散体地层，特别是砂卵石地层先行刀使用效果十分明显。 1.3、贝型刀 贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体屑松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大减少滚刀切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石。 1.4 、中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀 、锥形刀 、中心羊角刀） 在软土地层掘进时，因刀盘中心部位不能布置切刀，为改进中心部位土体切削和搅拌效果，可在中心部位设计一把尺寸较大鱼尾刀（羊角刀），普通鱼尾刀超前600 mm左右。鱼尾刀设计和配备方式如下：其一让盾构分两步切削土体，运用鱼尾刀先切削中心部位小圆断面土体，而后扩大到全断面切削土体，即将鱼尾刀设计与其他切刀不在一种平面上，即鱼尾刀超前切刀布置，保证鱼尾刀最先切削土体；其二是将鱼尾刀根部设计成锥形，使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来土体，在切向、径向运动基本上，又增长一项翻转运动，这样既可解决中心某些土体切削问题和改进切削土体流动性和搅拌效果，又大大提高盾构整体掘进效果。在纯硬岩地层掘进时，到盘中心位置布置双刃或三刃滚刀。 1.5、仿形刀 （或超挖刀） 盾构机普通设计两把仿形刀(一把备用)，布置在刀盘边沿上。施工时可以依照超挖多少和超挖范畴规定，从边沿径向伸出和缩回仿形刀。仿形刀伸出最大值普通在70150mm之间。盾构机在曲线段推动、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削土体创造所需空间，保证盾构机在超挖少、对周边土体干扰小条件下，实现曲线推动和顺利转弯及纠偏。 滚刀超挖刀 柱型超挖刀1. 1.6、滚刀和刮碴板 在纯硬岩地层掘进时，采用滚刀破岩。滚刀破岩原理是依托刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎作用达到破碎岩石目。滚刀类型、数量、布置方式、位置、超前量依照岩层强度和整体性、掘进距离、含砂量等特点拟定。穿越松散地层但有大粒径砾石(粒径不不大于400mm)、并且含量达到一定比例时，也可采用滚刀型刀具。在隧道地质条件复杂多变、岩石(强度不算太高)与普通土体(或粘土或砂土)交错频繁浮现状况，也有也许采用滚刀型刀具，即在复合式盾构机中采用。 单刃滚刀2、切削重要原理 盾构机基本工作原理就是一种圆柱体钢组件沿隧洞轴线边向前推动边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件壳体即护盾，它对挖掘出尚未衬砌隧洞段起着暂时支撑作用，承受周边土层压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾掩护下进行。其重要分为如下三个阶段： 2.1、盾构机掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同步启动盾构机推动油缸，将盾构机向前推动，随着推动油缸向前推动，刀盘持续旋转，被切削下来碴土布满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运送至渣土车土箱中，再通过竖井运至地面。 2.2、掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中碴土积累到一定数量时，开挖面被切下渣土经刀槽进入泥土仓阻力增大，当泥土仓土压与开挖面土压力和地下水水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面相应地面某些也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去渣土量与切削下来流人泥土仓中渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 2.3、管片拼装 盾构机掘进一环距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道次成型。二、刀具配备方式 刀具配备方式需要综合当前工程地质地层实际状况，通过理解地层岩石.土层状况之后，依照不同工程地质特点，选用不同刀具配备方案，最后达到最佳切削效果和掘进速度。根据当前地层土质状况，咱们大体可以将土层分为如下四种土层：软弱土地层、砂层及砂卵石地层、风化岩及软硬不均地层、单纯纯硬岩地层。1、软弱土地层刀具 这些土质层重要是以淤泥.粘土和粉质粘土为主，她们其中岩石非常少，重要是以小颗粒泥土为主，因而在选取使用切削刀具时，普通采用切刀、周边刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。这些刀具切刀安装在开口槽两侧,覆盖了整个进碴口长度。刮刀安装在刀盘边沿。由于刀盘需要正反旋转,因而切刀布置也在正反方向布置,为了提高切刀可靠性,在每个轨迹上至少布置2把。在周边工作量相对较大,磨损后对盾构切口环尺寸影响较大,在正反方向各布置了8把刮刀。考虑到刀盘受力均匀性,刀具布置具备对称性。刀具安装采用螺栓固定,便于更换。在切刀或刮刀刃口和刃口背面镶嵌有合金和耐磨材料,以延长刀具使用寿命,切刀破岩能力为20MPa,可以顺利地通过进出洞端头加固地层。2、砂层及砂卵石地层刀具 某些地区地质土层重要是以砂,卵石地层为主，而其中会具有颗粒加到岩石或者漂石，这需要配备滚刀以防不备。在此砂层及砂卵石地层施工时，需要设立(宽幅)切刀、周边刮刀、先行刀(重型扯破刀)、中心刀、仿形刀等刀具。切刀是主刀具,用于开挖面大某些断面开挖；周边刮刀也称保径刀,用于切削外周土体,保证开挖断面直径；先行刀在开挖面沿径向分层切削,预先疏松土体,减少切刀冲击荷载,减少切削力矩,同步重型扯破刀用于破碎强度较低和粒径较小卵石和砾石；中心刀用于开挖面中心断面开挖,起到定心和疏松某些土体作用；仿形刀用于曲线开挖和纠偏。滚刀用于破碎粒径较大砾石或漂石。3、风化岩及软硬不均地层刀具 在国内西南部岩石区域较多，属于上软下硬，地质状况极为复杂，并且某些岩石抗压能力可以达到150-200Mpa左右，因而进行此类岩石挖掘时，还需要增长上切削型刀具外涉及宽幅切刀，而其施工时徐奥提供先行到，在到滚刀。由于岩石层较为复杂，因而整个破岩过程应当为一方面通过滚刀进行破岩,且滚刀超前量应不不大于切刀超前量,在滚刀磨损后仍能避免切刀进行破岩,保证切刀使用寿命。在曲线半径小隧道掘进时,为了保证盾构调向和避免盾壳被卡死,需要有较大开挖直径,因而刀盘上需配备滚刀型仿形刀(或超挖刀)。4、单纯纯硬岩地层刀具 单纯硬岩地层应当直接诶选用滚刀，而无需任何齿刀直接使用，甚至可以在刀盘面板周边开口处配备刮碴刮刀板，以便可以增强滚刀使用效率。三、刀具配备差别性在盾构机进行掘土时，需要注意到刀具配备差别会导致盾构机掘进速度和效果，因而选取适当刀具对于工程进度非常有协助。在复合型地层施工时，刀具配备之间差别重要变相在滚刀和先行刀之间参数配备、数量、厚度、高度以及互相组合差别上。其重要体现为刀具高可以有效方式泥饼形成，高度差别过大有助于将岩石彻底破碎。并且滚刀刀间距过大和过小都会对破岩产生巨大差别。刀具间距过大，滚刀将会浮现“岩脊”现象，从而无法有效破岩，而滚刀间距过小，小块碎石就会增多，导致岩石破碎难度增大。因而在复合地层中间进行掘进时，需要使用周边滚刀间距不大于90mm，正面滚刀间距大概为100mm-120mm盾构机，从而可以防止滚刀间距局限性或过小产生问题。固然为了可以保证明际施工效果，使用盾构机刀具间距最佳通过考察工地地层岩石状况详细而定。四、结束语通过本次考察调研，我充分结识到刀具对整个盾构施工作业重要性，刀具配备直接关系到盾构机与否可以迅速掘进，并且也关系到整个施工进度与否可以准时完毕，这就规定咱们必要要对地质状况进行详细理解与分析。在盾构机施工前，对不同里程不同地层合理选用掘进参数和掘进办法（例如：位置选用.岩石层勘查，总推力拟定.刀具贯入度.转速等详细参数），通过理解盾构机用法才干最大限度保证刀具使用寿命，减少换刀效率，而减少施工中挥霍刀具状况。