答: 盾構機在施工過程中的主要(yào)工具,由於(yú)其工作條件極(jí)其惡劣,其刀具配置形式及刀具造型的好壞將直接影響盾構施工能否順利進行。要確保刀具結構布(bù)置的合理性,盾(dùn)構機刀具的配(pèi)就置必須適合應用工程的地質條件,充分考(kǎo)慮影響盾構機刀具的切削效果、掘(jué)進速(sù)度和施工(gōng)效率,確保盾構機使用壽命的提高。
詳細說明如下:
1 盾構機刀具造型和種類
(1)齒刀,刮刀。切刀布置在(zài)刀盤開口槽的兩側,其切削原理隨刀盤旋轉對開挖麵土體產生軸向剪切力和徑向切削力,在轉動下插入到地層內部,一般是適用(yòng)於粒徑小於 500mm 的(de)砂、卵石、粘土等(děng)鬆(sōng)散體地層。
(2)切(qiē)刀。切刀用來切削掌(zhǎng)子麵的(de)土層,目前最有效的切刀配有雙層碳鎢合金刀齒。刀具背(bèi)部設有先行刀(dāo)突出切刀布置,並安裝在刀盤輻條中(zhōng)間的刀箱中(zhōng)。常見的先行刀是由強度(dù)高、耐(nài)磨(mó)性能好(hǎo)的碳鎢合金堆焊而(ér)成,先行刀是先行超前切刀布置,有利於(yú)隨後跟進的(de)切刀作(zuò)業(yè),避免切刀切削到礫石等(děng)地層,從而有效地保護切刀。先行刀與其它刀具(jù)組(zǔ)合協同工作,在切刀切削土體(tǐ)之(zhī)前先行(háng)切削土體,並為切刀創造(zào)良好的切削條件(jiàn)。先(xiān)行刀的切削寬度可(kě)顯著增加切削土體的流動性,大大地提高切刀的切削效率,主要適用於砂卵(luǎn)石地層。
(3)仿形(xíng)刀 . 仿形(xíng)刀是(shì)為盾構機(jī)實施轉彎或糾(jiū)偏等而(ér)設計的。刀(dāo)盤轉動時,刀具隨切削直徑的增大而(ér)增大,當需要轉彎對(duì)洞壁一側進行超挖,便於盾(dùn)構機向該側轉彎。
(4)貝型刀。貝(bèi)型刀的盾構機能穿越(yuè)砂卵石(shí)地層(céng),因土(tǔ)體屑鬆散體在滾刀掘(jué)進擠壓下會產生較大變形,為了降低滾刀(dāo)的切削效果,需要(yào)將其布置在刀(dāo)盤(pán)盤圈前端麵(miàn)。
(5)中心刀(dāo)。中心刀通常是用來清除掌子麵最外圈的渣土,刀盤外徑大起(qǐ)到保護刀盤外緣不受(shòu)磨損的目的,它(tā)是突出於刀盤上所有的其它刀具,刀頭對旋轉刀盤(pán)起(qǐ)著定心作用。在軟土地層掘進時,因刀盤(pán)中心部位無法改善中心部位土體的切削和攪拌效果,可在中心(xīn)部位設計一把尺寸超前 500mm 的魚尾刀,利用魚尾刀先切削土(tǔ)體,將魚尾刀設置在切(qiē)刀布置上,使刀盤旋轉(zhuǎn)時增加翻轉運動(dòng),這樣就改(gǎi)善切削土體的(de)流動性和攪拌效果,有(yǒu)效提(tí)高盾構整體掘進效果。
(6)滾(gǔn)刀 . 滾刀可分為球齒滾刀、楔齒 滾刀(dāo)和(hé)盤形滾刀。土層地質不用滾刀,可在純硬岩地層采用滾刀破岩進行挖掘。依靠刀具滾動產生衝擊壓碎作用(yòng)來破碎岩石,滾刀的數量和(hé)布置方(fāng)式需要根據岩層的強度和掘進距離來確(què)定。在(zài)隧道地質條件複雜多變並交錯頻繁出現的情(qíng)況(kuàng),可以采用複合式盾構(gòu)機。
2 刀(dāo)具的配置(zhì)
(1)配(pèi)置形式。刀具的布置要考慮工程的盾構切削效果和掘進速度,同時也要考慮刀具的耐用性,由於輻板式刀盤兼有麵板式和輻條式刀盤特點,是由很多小塊幅板布置在寬(kuān)輻條的兩側(cè)和內部,輻板式刀盤不易堵塞刀盤開(kāi)口(kǒu),能保護施工工程(chéng)中容易(yì)坍塌的砂卵石的穩定性(xìng)。
刀具的配置形式影響盾構機掘進的效(xiào)率和施工成本,盾依據(jù)構機的開挖性能,主要選擇切削性高的正麵齒(chǐ)刀、中心齒刀、切刀等,邊緣滾刀在刀盤上的(de)位置,隻是在邊緣滾刀公轉半徑大與岩層接觸容易產生較大的驅動力矩,且(qiě)對滾刀刀刃的磨損較小,滾刀經濟性較好(hǎo)。
在軟土地層中應事(shì)先測(cè)量道具的起動力(lì)矩,盡量避免刀具發生弦磨和布均勻磨損。在地層中掘進時,正麵滾刀宜采用與中心滾刀互換的中心齒刀,這樣可以減小泥餅形成(chéng)幾率,提(tí)高(gāo)破岩效率。
(2)刀具配(pèi)置的差異性。刀具(jù)配置的差異性主要(yào)在滾刀和先行刀的配(pèi)置數量和組合高度差等方麵。雙刃滾刀和(hé)正(zhèng)麵(miàn)雙刃滾刀的配置(zhì)能(néng)夠滿(mǎn)足中強度(dù)岩(yán)石地掘進要求(qiú),另可將滾刀(dāo)更(gèng)換成齒刀,例如,三菱公司刀盤滾刀高出麵板 80mm,對防止泥餅的形成有利,但是如果高度差過大(dà)不但不利於破岩,而且(qiě)在滾刀間會會出現小碎塊現象,降低破岩功效,通常滾刀的間(jiān)距應控製在 80 ~ 100mm 的範圍內。
(3)刀具造型及其布置安排(pái)的(de)平衡設計。刀具配置要覆(fù)蓋(gài)整個開挖斷(duàn)麵,為(wéi)保證刀盤受力均衡和(hé)運轉平穩,刀具要對稱性布置,切刀要正反方(fāng)向布置,同時要確保每個軌跡有 2 把切(qiē)刀,對切刀排列采取整(zhěng)體連續排(pái)列和牙型交錯排列交錯的方式,通過周邊刀來保證滾刀純滾動,要考慮周邊滾刀並增加周邊滾刀的數(shù)量。由此可見,合理選擇合金鑲嵌技術,能夠減(jiǎn)少刀具掘進磨損和衝(chōng)擊,提高耐久性並延長刀具的使用壽命;綜合(hé)刀具種類和尺(chǐ)寸,確(què)定刀(dāo)具的超前量(liàng)、相互高差(chà),盡可能減少刀盤旋轉刀具切削土體過程對周邊土體(tǐ)及環境的擾動,盡量使各種刀具(jù)磨損均勻,充分發揮各(gè)種刀(dāo)具的(de)切削性能。
3、 盾構機(jī)刀具造型及其布置安排的注意(yì)事項
(1)要減少磨損。由於砂質粘性土地(dì)層土體粘性較大,刀盤扭矩排出的土壤很幹燥(zào),掘進時很多粘土粘附在刀箱和進(jìn)料口上,切削下的土壤會造(zào)成刀盤和刀具在高溫度下腐蝕,可見切削溫度(dù)越高對刀具的磨損也越大。為了減少磨損,可以加入泡(pào)沫,使得排出的土含水量較多(duō),泡沫對刀盤和(hé)刀具起到了一定的保護作用(yòng)。
該(gāi)盾構機刀盤適用於該區間地層,複合式刀盤為合金(jīn)粒雙刃滾刀,使得刀盤磨損度很小(xiǎo)。在刀具切削土體時,由於土體粘性較大,刀盤扭矩和驅動油壓力均(jun1)較大,掘進時加入的水(shuǐ)難以滲入(rù)土體內,造成刀盤(pán)和刀具溫度長期(qī)居高不下而造(zào)成磨損也越大。
(2)對配備刀(dāo)具要進行監測。刀(dāo)具(jù)配置(zhì)關係到(dào)盾構能否順利掘進,必須根(gēn)據地質狀況認真研究分析。在盾構施工中合理的選取(qǔ)掘進參數(如總推力、刀具貫入度、刀(dāo)盤轉速、扭矩等),最大程度的延(yán)長刀具的使用壽命,減少換刀頻率,降(jiàng)低施工中頻繁換刀的風險,做好對刀具監控、分析、比較、摸索,總結刀(dāo)具的使用經驗,總結反饋經驗並用來指導施工。
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