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        淺談盾構(gòu)機刀具造型及其布置安排

        2016-03-04 20:33:17柏林林
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年5期
        關(guān)鍵詞:造型

        柏林林

        摘 要:本文說明了盾構(gòu)機刀具造型,分析了刀具的配置方法,闡述了盾構(gòu)機刀具造型及其布置安排的注意事項。

        關(guān)鍵詞:盾構(gòu)機;刀具;造型;布置

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.036

        0 引言

        盾構(gòu)機在施工過程中的主要工具,由于其工作條件極其惡劣,其刀具配置形式及刀具造型的好壞將直接影響盾構(gòu)施工能否順利進行。要確保刀具結(jié)構(gòu)布置的合理性,盾構(gòu)機刀具的配就置必須適合應(yīng)用工程的地質(zhì)條件,充分考慮影響盾構(gòu)機刀具的切削效果、掘進速度和施工效率,確保盾構(gòu)機使用壽命的提高。

        1 盾構(gòu)機刀具造型和種類

        (1)齒刀,刮刀。切刀布置在刀盤開口槽的兩側(cè),其切削原理隨刀盤旋轉(zhuǎn)對開挖面土體產(chǎn)生軸向剪切力和徑向切削力,在轉(zhuǎn)動下插入到地層內(nèi)部,一般是適用于粒徑小于500mm的砂、卵石、粘土等松散體地層。

        (2)切刀。切刀用來切削掌子面的土層,目前最有效的切刀配有雙層碳鎢合金刀齒。刀具背部設(shè)有先行刀突出切刀布置,并安裝在刀盤輻條中間的刀箱中。常見的先行刀是由強度高、耐磨性能好的碳鎢合金堆焊而成,先行刀是先行超前切刀布置,有利于隨后跟進的切刀作業(yè),避免切刀切削到礫石等地層,從而有效地保護切刀。先行刀與其它刀具組合協(xié)同工作,在切刀切削土體之前先行切削土體,并為切刀創(chuàng)造良好的切削條件。先行刀的切削寬度可顯著增加切削土體的流動性,大大地提高切刀的切削效率,主要適用于砂卵石地層。

        (3)仿形刀.仿形刀是為盾構(gòu)機實施轉(zhuǎn)彎或糾偏等而設(shè)計的。刀盤轉(zhuǎn)動時,刀具隨切削直徑的增大而增大,當需要轉(zhuǎn)彎對洞壁一側(cè)進行超挖,便于盾構(gòu)機向該側(cè)轉(zhuǎn)彎。

        (4)貝型刀。貝型刀的盾構(gòu)機能穿越砂卵石地層,因土體屑松散體在滾刀掘進擠壓下會產(chǎn)生較大變形,為了降低滾刀的切削效果,需要將其布置在刀盤盤圈前端面。

        (5)中心刀。中心刀通常是用來清除掌子面最外圈的渣土,刀盤外徑大起到保護刀盤外緣不受磨損的目的,它是突出于刀盤上所有的其它刀具,刀頭對旋轉(zhuǎn)刀盤起著定心作用。在軟土地層掘進時,因刀盤中心部位無法改善中心部位土體的切削和攪拌效果,可在中心部位設(shè)計一把尺寸超前500mm的魚尾刀,利用魚尾刀先切削土體,將魚尾刀設(shè)置在切刀布置上,使刀盤旋轉(zhuǎn)時增加翻轉(zhuǎn)運動,這樣就改善切削土體的流動性和攪拌效果,有效提高盾構(gòu)整體掘進效果。

        (6)滾刀.滾刀可分為球齒滾刀、楔齒 滾刀和盤形滾刀。土層地質(zhì)不用滾刀,可在純硬巖地層采用滾刀破巖進行挖掘。依靠刀具滾動產(chǎn)生沖擊壓碎作用來破碎巖石,滾刀的數(shù)量和布置方式需要根據(jù)巖層的強度和掘進距離來確定。在隧道地質(zhì)條件復(fù)雜多變并交錯頻繁出現(xiàn)的情況,可以采用復(fù)合式盾構(gòu)機。

        2 刀具的配置

        (1)配置形式。刀具的布置要考慮工程的盾構(gòu)切削效果和掘進速度,同時也要考慮刀具的耐用性,由于輻板式刀盤兼有面板式和輻條式刀盤特點,是由很多小塊幅板布置在寬輻條的兩側(cè)和內(nèi)部,輻板式刀盤不易堵塞刀盤開口,能保護施工工程中容易坍塌的砂卵石的穩(wěn)定性。刀具的配置形式影響盾構(gòu)機掘進的效率和施工成本,盾依據(jù)構(gòu)機的開挖性能,主要選擇切削性高的正面齒刀、中心齒刀、切刀等,邊緣滾刀在刀盤上的位置,只是在邊緣滾刀公轉(zhuǎn)半徑大與巖層接觸容易產(chǎn)生較大的驅(qū)動力矩,且對滾刀刀刃的磨損較小,滾刀經(jīng)濟性較好。在軟土地層中應(yīng)事先測量道具的起動力矩,盡量避免刀具發(fā)生弦磨和布均勻磨損。在地層中掘進時,正面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幾率,提高破巖效率。

        (2)刀具配置的差異性。刀具配置的差異性主要在滾刀和先行刀的配置數(shù)量和組合高度差等方面。雙刃滾刀和正面雙刃滾刀的配置能夠滿足中強度巖石地掘進要求,另可將滾刀更換成齒刀,例如,三菱公司刀盤滾刀高出面板80mm,對防止泥餅的形成有利,但是如果高度差過大不但不利于破巖,而且在滾刀間會會出現(xiàn)小碎塊現(xiàn)象,降低破巖功效,通常滾刀的間距應(yīng)控制在80~100mm的范圍內(nèi)。

        (3)刀具造型及其布置安排的平衡設(shè)計。刀具配置要覆蓋整個開挖斷面,為保證刀盤受力均衡和運轉(zhuǎn)平穩(wěn),刀具要對稱性布置,切刀要正反方向布置,同時要確保每個軌跡有2把切刀,對切刀排列采取整體連續(xù)排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,要考慮周邊滾刀并增加周邊滾刀的數(shù)量。由此可見,合理選擇合金鑲嵌技術(shù),能夠減少刀具掘進磨損和沖擊,提高耐久性并延長刀具的使用壽命;綜合刀具種類和尺寸,確定刀具的超前量、相互高差,盡可能減少刀盤旋轉(zhuǎn)刀具切削土體過程對周邊土體及環(huán)境的擾動,盡量使各種刀具磨損均勻,充分發(fā)揮各種刀具的切削性能。

        3 盾構(gòu)機刀具造型及其布置安排的注意事項

        (1)要減少磨損。由于砂質(zhì)粘性土地層土體粘性較大,刀盤扭矩排出的土壤很干燥,掘進時很多粘土粘附在刀箱和進料口上,切削下的土壤會造成刀盤和刀具在高溫度下腐蝕,可見切削溫度越高對刀具的磨損也越大。為了減少磨損,可以加入泡沫,使得排出的土含水量較多,泡沫對刀盤和刀具起到了一定的保護作用。該盾構(gòu)機刀盤適用于該區(qū)間地層,復(fù)合式刀盤為合金粒雙刃滾刀,使得刀盤磨損度很小。在刀具切削土體時,由于土體粘性較大,刀盤扭矩和驅(qū)動油壓力均較大,掘進時加入的水難以滲入土體內(nèi),造成刀盤和刀具溫度長期居高不下而造成磨損也越大。

        (2)對配備刀具要進行監(jiān)測。刀具配置關(guān)系到盾構(gòu)能否順利掘進,必須根據(jù)地質(zhì)狀況認真研究分析。在盾構(gòu)施工中合理的選取掘進參數(shù)(如總推力、刀具貫入度、刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩等),最大程度的延長刀具的使用壽命,減少換刀頻率,降低施工中頻繁換刀的風(fēng)險,做好對刀具監(jiān)控、分析、比較、摸索,總結(jié)刀具的使用經(jīng)驗,總結(jié)反饋經(jīng)驗并用來指導(dǎo)施工。

        參考文獻:

        [1]杜闖東,賈航,王坤.大直徑泥水盾構(gòu)復(fù)合地層進倉技術(shù)比較與應(yīng)用冊[K].隧道建設(shè),2009(29):436-4加.

        [2]劉豫東,王洪新.泥水加壓盾構(gòu)泥水分離與處理方法及模式忉[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2007(44):56-60.

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