【文章內(nèi)容簡介】 需時間遠遠小于塑性巖體 (約八分之一 )。 2) 耐磨性 :本指標直接關(guān)系到盾構(gòu)機掘進效率，是承包商進行刀具壽命及備品估算、工期籌劃的主要依據(jù)。根據(jù)國外資料統(tǒng)計在耐磨性小的巖石中，更換刀具時間占總停工時間的 3%，而在高耐磨性巖石中有 20%之多；以每掘進 1米時間計算，耐磨性小的巖石為 ~ hr/m，而高耐磨性巖石則可高達 。 石家莊鐵道學(xué)院 影響破巖效率的因素 ： 33 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute (7) 齒刀 在巖石較軟的情況下掘進時，由于盤形滾刀與巖石掌子面之間不能產(chǎn)生一定的附著力，將導(dǎo)致滾刀不能滾動而產(chǎn)生 弦磨 ，滾刀不能滾動將失去有效的破巖功能。因此，在較軟的巖層中應(yīng)將部分盤形滾刀更換成齒刀，利用齒刀進行破巖。由于齒刀上裝有 2個切削刃，因此刀盤正反轉(zhuǎn)時齒刀都能進行破巖。 齒 刀 破 巖 機 理圖 34 刀具布置有兩種方式 ： 第一種為 刀具整體連續(xù)排列 方式，因其切削阻力較大，盾構(gòu)機密封艙內(nèi)土體流動性差，現(xiàn)已很少使用，僅偶爾在切削阻力小的淤泥質(zhì)地層中采用； 第二種為 刀具牙型交錯連續(xù)排列 方式，因其切削阻力小、切削效率高、密封艙內(nèi)土體流動性好和易攪拌而被廣泛使用。目前世界上基本均采用牙型交錯連續(xù)排列方式。 刀具選擇與布置： 盾構(gòu)開挖性能主要通過刀具的選擇和布置來保證。 根據(jù)不同地質(zhì)情況選用不同類型的刀具及刀具組合，實現(xiàn)刀具配置的靈便性，提高刀盤的開挖效率。目前盾構(gòu)機上常用的主要刀具有切刀、刮刀、齒刀、雙刃滾刀、單刃滾刀、擴孔刀等。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 6 刀具布置與配置 35 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 刀具的示意圖和實物照片 滾刀 小 松 盾 構(gòu) 刀 盤 海 瑞 克 盾 構(gòu) 刀 盤 齒刀 刮刀 36 7 某盾構(gòu)施工的刀具配置 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 這里介紹廣州地區(qū)某大型地下工程盾構(gòu)法開挖過程中的刀具配置。選用盾構(gòu)機為德國海瑞克公司生產(chǎn)的土壓平衡式盾構(gòu)機，刀盤為面板式，刀盤的開口面積占刀盤總面積的 28%左右。刀盤采用液壓驅(qū)動，并配備了泡沫注入系統(tǒng)、膨潤土注入系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)，具備良好的渣土改良功能。 37 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute ① 軟土地層刀具配置 配置了 3種軟土刀具 :切刀 64把、弧形 刮刀 32把、 齒刀 14把 (齒刀與盤型滾刀可以互換安裝，但刀盤周邊的 5把 滾刀 不能更換為齒刀 )。 在粘土地層刀具壽命較長，在砂性地層壽命相對較短。 考慮到刀盤的受力均勻性，刀具布置具有對稱性，刀具安裝采用螺栓固定以便于更換，軟土地層刀盤結(jié)構(gòu)相對簡單。 切刀 滾刀 齒刀 刮刀 38 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 由于刀盤需要正反旋轉(zhuǎn)，因此切刀也布置在正反方向。同時，為了提高切刀的可靠性，在每個軌跡上布置了 2把切刀。由于周邊工作量相對較大，磨損后對盾構(gòu)切口環(huán)尺寸影響較大，因此在刀盤周邊布置了較多的切刀和刮刀。 在切刀、刮刀刃口鑲嵌有合金耐磨材料以延長刀具的使用壽命，切刀的破巖能力為 20MPa，可以順利通過加固地層的開挖。 切刀伸出刀盤面板的高度 可保證碴土的有效流動，防止刀盤面板與土艙間產(chǎn)生泥餅。 39 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute ② 上軟下硬復(fù)合地層刀具配置 在區(qū)間含硬巖的復(fù)合地層，刀盤除配置切刀、刮刀、齒刀這些切削型刀具外，還配置了 雙刃盤形滾刀 ，用于破碎硬巖，因而刀盤結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。雙刃盤形滾刀單個刀刃的允許承載能力為 250KN，破巖能力相對于單刃滾刀而言較低，適應(yīng)破碎抗壓強度小于 80Mpa的巖石。刀盤上配備了足夠數(shù)量的滾刀 (19把 )，以取得合適的滾刀間距 (每把雙刃中心滾刀的刀間距為 10Omm)，達到了較好的破巖效果。 對于復(fù)合地層中的硬巖，首先通過盤形滾刀進行破巖。雙滾刀一般允許磨損量為 25mm，邊滾刀為 15mm，因此滾刀的伸出高度一般比切刀要大，海瑞克盾構(gòu)設(shè)計時滾刀的伸出高度為 35mm，保證滾刀在磨損情況下仍能避免切刀進行破巖，保證切刀使用壽命。 40 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute ，盤形滾刀破巖效果不理想時，則利用滾刀刀座安裝齒刀進行破巖，齒刀軌跡完全與滾刀相同，齒刀刀刃是對稱的，因此刀盤正反轉(zhuǎn)時都可以很好地破碎軟巖。 構(gòu)切口環(huán)的直徑，以保證盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。邊滾刀的允許磨損量為 15mm，因此開挖洞徑的允許變化量為 3Omm。當邊刀不采用滾刀時，盾構(gòu)開挖洞徑的允許變化量為20mm。 ，為了利于盾構(gòu)的調(diào)向，需要有較大的開挖直徑，因此根據(jù)地質(zhì)情況的差異，可在刀盤上選擇配置擴孔刀或滾刀型、齒刀型的仿形刀。 ③ 刀具配置的其它注意事項 41 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute ④ 刀具布置的防泥餅措施 盾構(gòu)機通過粘性土層時容易在刀盤中心區(qū)和土艙中心區(qū)形成泥餅。刀盤中心區(qū)的泥餅會造成刀盤能夠轉(zhuǎn)動，但是盾構(gòu)機卻不能掘進的現(xiàn)象。土艙中心區(qū)的泥餅，則會造成刀盤轉(zhuǎn)動負荷加大，甚至停止轉(zhuǎn)動，同時導(dǎo)致艙體內(nèi)溫度急劇升高，影響主軸承密封的壽命，甚至毀壞軸承密封。 為了提高碴土的流動性，防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，刀具布置采取了針對性較強的防泥餅措施，即 確保刀具凸出刀盤的較大間距 。所有 正面滾刀都高出刀盤面175mm，為開挖面破除下來的碴土留出了足夠的出碴空間；齒刀高出刀盤面 16Omm， 刮刀高出刀盤面 140mm。 42 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 這樣盾構(gòu)在復(fù)合地層中掘進時，能使刀盤前方切削下來的碴土有較大的流動空間，有利于刀盤前方碴土的流動。同時，由于滾刀高出刮刀 35mm，齒刀高出刮刀 20mm，因此，在硬巖地段掘進時刮刀受到滾刀和齒刀的保護，正面滾刀的最大磨損量為可達 50mm，切刀的最大磨損量則為 20mm。 43 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 8 盾構(gòu)刀具磨損機制概述 序 號 磨損 類型 磨損外觀 磨損機理 1 粘著 磨損 麻點 材料的相互作用是主要因素。粘著磨損的過程實際上是摩擦副雙方間原子鍵的形成（顯微熔接）和分離過程 2 磨料 磨損 擦傷、溝紋、 條痕 硬顆?；蛴餐黄鹨鹉Σ帘砻嫫茐?，分離出屑或形成擦傷的過程 3 疲勞 磨損 裂紋、點 蝕 摩擦副材料微體積受循環(huán)接觸應(yīng)力，產(chǎn)生重復(fù)變形，導(dǎo) 致裂紋和分離出微片或顆粒的過程 4 摩擦 化學(xué) 磨損 反應(yīng)產(chǎn)物（膜、微粒） 在摩擦作用促進下，摩擦副的一方或雙方與中間物質(zhì)或環(huán)境介質(zhì)中的某些成分發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的過程 5 微動 磨損 磨屑的研