答: 盾構機在施工過程中(zhōng)的主要(yào)工具,由於其工作條件極其惡劣,其刀具配(pèi)置形(xíng)式及刀具造型的好壞將直接影(yǐng)響(xiǎng)盾構施工能否順利進行。要確保刀具結構布置的合(hé)理(lǐ)性,盾構機刀具的配(pèi)就(jiù)置必須適(shì)合應用工(gōng)程的地質條件,充分考慮影響盾構機刀具的切削效果、掘進速度(dù)和施工效率,確保盾構機(jī)使(shǐ)用壽命的提高。
詳細說明如下:
1 盾構機刀具造型和種(zhǒng)類
(1)齒刀,刮刀。切刀布置在刀盤開口槽(cáo)的兩側,其切削原理隨刀盤旋轉對開挖麵土(tǔ)體產生軸向剪切力和徑向切(qiē)削力(lì),在轉動下插(chā)入到地層(céng)內(nèi)部,一般是(shì)適用於粒徑小於 500mm 的砂、卵石、粘土等鬆散(sàn)體地層。
(2)切刀。切刀用來切削掌子麵的土層,目前(qián)最(zuì)有效的切刀配有雙層(céng)碳鎢合金刀齒(chǐ)。刀具背部(bù)設(shè)有先行刀突出切刀布置,並安裝在刀盤輻條中間的(de)刀箱(xiāng)中。常見的先行(háng)刀是由強度高、耐磨性(xìng)能好的碳鎢合金堆焊而(ér)成(chéng),先行刀是先行超前切(qiē)刀布置,有利於隨後跟進的切刀(dāo)作業,避(bì)免切刀切削到礫石等地層(céng),從而有效地保(bǎo)護切刀。先行刀與(yǔ)其它刀(dāo)具組合協(xié)同工作,在切刀切削土(tǔ)體之前(qián)先行切削土體,並(bìng)為(wéi)切刀創造良好的切削條件。先行刀(dāo)的切削寬度可顯著增加(jiā)切削土體的流動性(xìng),大大地提高切刀的切(qiē)削效率,主要適(shì)用於砂卵石地(dì)層。
(3)仿形(xíng)刀 . 仿形刀是為盾構(gòu)機實施轉彎或糾偏(piān)等而設計的。刀盤轉動時,刀(dāo)具隨切削直(zhí)徑的增(zēng)大而增大,當需要轉彎對洞(dòng)壁一側進行超挖,便於盾構機向該側轉彎。
(4)貝型刀(dāo)。貝型刀的盾構機能穿越砂卵石地層,因土體屑鬆散體在滾刀掘(jué)進擠壓下(xià)會產生較大(dà)變形(xíng),為了降低(dī)滾刀的切削效果,需要將其布置在刀盤盤圈前端麵。
(5)中心刀。中心刀通常是用來清除掌子麵(miàn)最外圈的渣土(tǔ),刀盤外(wài)徑大起到保護刀(dāo)盤外緣不受磨損的(de)目的,它(tā)是突(tū)出於刀盤上所有的(de)其它刀具,刀頭對旋轉刀盤起著定心作(zuò)用(yòng)。在軟土地層掘進時,因刀盤中心部位無法改(gǎi)善中心部位土體的切削和(hé)攪拌效果,可在中心部位設計一(yī)把尺寸超前 500mm 的魚尾刀,利(lì)用魚(yú)尾刀先切削土體,將魚尾刀設(shè)置在切刀布置上,使刀盤旋轉時增加翻轉運動,這樣就(jiù)改善切削土體的流(liú)動性和攪(jiǎo)拌(bàn)效果,有效提高盾構(gòu)整體掘進效果。
(6)滾刀 . 滾刀可分(fèn)為球齒滾刀(dāo)、楔齒 滾刀和盤形(xíng)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來破碎岩石,滾刀的數量和布置方式需要根據岩層的強度和掘進(jìn)距離來確定。在隧道地質條件複(fù)雜多變並交錯頻(pín)繁出現的情況,可以采(cǎi)用複合式盾構機。
2 刀具的配置
(1)配置形(xíng)式。刀具的布置要考慮工(gōng)程的盾構切削效果和掘進速度,同時也要考慮刀(dāo)具的耐用性,由於輻板式刀盤兼(jiān)有麵板式和輻條式刀盤特(tè)點,是由很多小塊幅板布置在(zài)寬輻條的兩側和內(nèi)部,輻板式刀盤不易堵塞刀盤開口(kǒu),能保護施(shī)工工程中(zhōng)容易坍塌的砂卵(luǎn)石的穩定性。
刀具的配(pèi)置(zhì)形式影響盾構機掘進的(de)效率和施工成本,盾依據構機的開挖性能,主要選擇切削性高(gāo)的正麵齒(chǐ)刀、中心齒刀、切刀等,邊緣滾刀在刀(dāo)盤上(shàng)的位置,隻是在邊緣滾刀公轉半徑大(dà)與岩層接觸容(róng)易產生較大的驅動力矩,且對滾刀刀刃的磨損較小,滾刀(dāo)經濟性較好。
在軟土地層中應事先測量道具的起動力矩,盡量避免刀具發生弦磨和布均(jun1)勻磨損。在地層中(zhōng)掘進時,正麵滾刀宜采用與中心滾刀互換的中心(xīn)齒刀,這樣可以減小泥餅形(xíng)成幾率,提高破岩效率。
(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(zhì)數量和(hé)組(zǔ)合高度差等方麵。雙刃滾刀和正麵雙刃滾刀的配置能(néng)夠滿(mǎn)足中(zhōng)強度岩石地掘進要求,另可將滾刀(dāo)更換(huàn)成齒刀,例如,三菱公司刀盤(pán)滾刀高出麵板 80mm,對防止泥餅的形(xíng)成有利,但是如果(guǒ)高度(dù)差過大不但不利於破岩(yán),而且在滾刀間會會出現小碎塊現象,降低破岩(yán)功效,通常滾刀的間距應控製在 80 ~ 100mm 的範圍內。
(3)刀具造型及其布置安排的平衡設(shè)計。刀(dāo)具配置要(yào)覆蓋整個開挖斷(duàn)麵,為(wéi)保證刀盤受(shòu)力均衡和運轉平穩,刀具要對稱性布(bù)置,切刀要正(zhèng)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排列和牙型交錯排列交錯的方式,通過周邊刀來保證(zhèng)滾刀純(chún)滾動,要考慮周邊滾刀並增加周邊滾刀的數量。由此可見(jiàn),合理選擇(zé)合金鑲嵌技術,能夠減少刀具掘進(jìn)磨(mó)損(sǔn)和衝擊,提高耐(nài)久性並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刀具切削土體過程對周邊土體(tǐ)及環境的擾動,盡量使各(gè)種刀(dāo)具磨損均勻,充分發揮各種刀具的(de)切(qiē)削性能。
3、 盾構機刀具造型及其布置安(ān)排(pái)的注意事項
(1)要減少磨損。由(yóu)於砂質粘性(xìng)土地層(céng)土體粘性較大,刀盤扭矩排出的土(tǔ)壤很幹燥,掘進時很多(duō)粘土粘附在刀箱和進料口上,切削下的土(tǔ)壤會造成刀盤和刀具(jù)在高溫度下腐(fǔ)蝕,可(kě)見切削溫度越高對刀具的磨(mó)損(sǔn)也越大。為了減少(shǎo)磨損,可以加入泡(pào)沫,使得排出的土含水量較(jiào)多,泡(pào)沫對刀盤和刀具起到了一定的保(bǎo)護作(zuò)用。
該盾構機刀盤適用於該區間(jiān)地層,複合式刀盤為(wéi)合金粒雙(shuāng)刃滾(gǔn)刀,使得刀盤磨損度很小。在刀具切削土體時,由於土體粘性較大,刀盤(pán)扭(niǔ)矩和驅動油壓力均較大,掘進時加入的水(shuǐ)難以滲入土體內,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。刀具配置關係到盾構能否順利掘進,必(bì)須根據地質(zhì)狀況認真(zhēn)研究分析。在盾構施工中合理的選取掘進參(cān)數(如總推(tuī)力、刀具(jù)貫入度、刀盤轉速、扭(niǔ)矩等(děng)),最大程度的(de)延長刀(dāo)具的使用壽命,減少換刀頻率,降低(dī)施工中頻繁換刀的風險,做好對刀具(jù)監控、分(fèn)析、比較、摸索,總結刀具的使用經(jīng)驗,總(zǒng)結反(fǎn)饋經驗並用(yòng)來指導施工。
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