【正文】 宮站至張自忠站左線 1510m隧道掘進(jìn)為砂卵石及粘土混合地層 ,掘進(jìn)過程中更換了 5批刀具；而在北京地鐵某線 16合同段宋家莊站至劉家窯站右線隧道 1320m的粉質(zhì)粘土為主地層掘進(jìn)則沒有更換過刀具，這充分表明了砂礫、亂石對盾構(gòu)刀具的巨大破壞作用。 硬質(zhì)合金刀片折斷 的齒刀 使用意大利龐萬利公司周邊刀掘進(jìn)70米后磨損情況 周邊刀磨損后 的形貌 50 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 硬質(zhì)合金刀片折斷 的齒刀 周邊刀磨損后 的形貌 使用意大利龐萬利公司周邊刀掘進(jìn)70米后磨損情況 從圖中可以看到，盾構(gòu)刀具的刃口部位鑲嵌的硬質(zhì)合金刀片存在同程度的折斷破壞，即所謂 “ 崩刃 ” ；對于硬質(zhì)合金刀片，由于硬度很高，相應(yīng)的韌性較差，沖擊斷裂是其主要的失效形式；除了刃口部位承受沖擊之外，刀具迎土面還有犁溝式磨粒磨損和碾壓磨損。 51 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 周邊刀刃口坡口處（內(nèi)側(cè)）磨損形貌 從掃描電鏡照片可以看出： 刃口位的斜坡（內(nèi)側(cè)） 為典型的犁溝式磨損。 球齒表面磨損形貌 53 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 從掃描電鏡照片可以看出： 外側(cè)的球齒鑲嵌部分 的磨損形式為犁溝式 +碾壓磨損 。 刀具 部位 內(nèi)側(cè)本體 外側(cè)本體 外側(cè)球齒 刃口 磨損 性質(zhì) 犁溝式 磨粒磨損 犁溝式磨粒磨損 +碾壓磨損 犁溝式磨粒磨損+塌陷 沖擊破壞+磨粒磨損 強度 等級 較弱 很強 很強 很強 通過對進(jìn)口盾構(gòu)刀具在砂卵石地層的磨損特點分析，得出的結(jié)論是：盾構(gòu)刀在砂卵石地層施工中，主要的失效形式為：沖擊破壞、犁溝式磨粒磨損和碾壓磨損。針對北京地區(qū)地層特點，為減少盾構(gòu)機推進(jìn)阻力，除盾構(gòu)機設(shè)有加泥加泡沫系統(tǒng)外，還應(yīng)在刀具的布置上采用以下兩項措施： (1)設(shè)計主切削刀最大切削軌跡外徑略大于盾構(gòu)機外徑 ，既減少盾構(gòu)機刀盤盤圈和盾構(gòu)機外周的摩擦阻力，又不會影響盾構(gòu)機控制土體沉降的能力和效果。 根據(jù)刀盤盤圈刀具切人土體深度的計算公式，可計算出刀具切入土體的深度。為減少推進(jìn)阻力、切削噪音和切削振動，應(yīng)選擇合適的刀具切削深度。故在刀盤盤圈上布置 5～ 7把刀具較為理想。 ； 。 60 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 二、盾構(gòu)開挖面分析 本節(jié)簡要介紹國內(nèi)普遍采用的土壓式盾構(gòu)施工中支護(hù)壓力控制引起的開挖面變形與破壞問題。盾構(gòu)隧道的施工變形是一個不斷累加的過程，以隧道軸線地表點的經(jīng)時變位曲線為例，地表點的地層移動經(jīng)歷五個階段 。對于砂質(zhì)土，其可能是由于地下水下降引起，對于極軟粘性土，則沉降可能是由于開挖面過量取土引起的； 盾構(gòu) 通過 時地 基變 形的 分類 63 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute b. 開挖面前方地基變位 ，盾構(gòu)機前方刀盤即將到達(dá)之前發(fā)生的變位，表現(xiàn)為地表隆起或下沉。產(chǎn)生這部分地基變位的原因，主要是盾殼對土體的摩擦力，破壞了土體的結(jié)構(gòu)強度，另外超挖及盾構(gòu)機姿態(tài)的非水平向也加劇了地基變位； 盾構(gòu) 通過 時地 基變 形的 分類 65 石家莊鐵道學(xué)院 d. 盾構(gòu)機尾部脫離時變位 ， 指盾尾空隙形成至注漿結(jié)束為止的那段時間內(nèi)的下沉或隆起。 盾構(gòu) 通過 時地 基變 形的 分類 67 2 盾構(gòu)掘進(jìn)開挖面支護(hù)壓力控制原理 Shijiazhuang railway institute 盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，通過各方面信息的反饋，控制盾構(gòu)機完成從隧道的開挖至襯砌安裝一系列過程，作為施工主體盾構(gòu)機的控制是工程成敗的關(guān)鍵，盾構(gòu)機控制主要涉及以下幾個方面 :開挖控制 、 軸線控制 、注漿控制 及 襯砌安裝控制 。 開挖控制主要為開挖面支護(hù)壓力管理，控制壓力艙內(nèi)泥土壓力穩(wěn)定在要求的目標(biāo)范圍內(nèi) ，它是一個動態(tài)的過程，一方面提供支護(hù)壓力的渣土不斷在刀盤切削下進(jìn)入壓力艙，然后由排土裝置排出，另一方面又要恒定地維持壓力艙內(nèi)的泥土量來提供支護(hù)壓力，支護(hù)壓力的控制通過螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速控制調(diào)整壓力艙內(nèi)泥土量的多少來得以實現(xiàn)。盾構(gòu)機掘進(jìn)時支護(hù)壓力及螺旋輸送機的取土量與開挖面穩(wěn)定控制之間的關(guān)系參下圖。 假定隧道開挖直徑 (D)為 6m，隧道埋深 (C)為 12m，模型尺寸如下圖所示，模型除地表面為自由面外，四周采用變形約束條件。 計算模型示意圖 71 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 引入支護(hù)應(yīng)力比的概念，由下式定義 ： 72 Shijiazhuang railway institute 不同 支護(hù) 壓力 下開 挖面 附近 土體 位移 及塑 性區(qū) 開展 73 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 不同 支護(hù) 壓力 下開 挖面 附近 土體 位移 及塑 性區(qū) 開展 74 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 不同 支護(hù) 壓力 下開 挖面 附近 土體 位移 及塑 性區(qū) 開展 由圖可知，隨著開挖面支護(hù)應(yīng)力的減少，開挖面前方土體的位移量不斷增加，開挖面前方塑性區(qū)不斷擴大，其發(fā)展由開挖面頂部往地表不斷發(fā)展。 76 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 下圖為不同支護(hù)應(yīng)力下開挖面前方 降曲線，由圖可見，地表沉降曲線符合 Peck沉降槽理論，而且隨著開挖面支護(hù)應(yīng)力的減小，地表點沉降量逐漸增大。 1) 隧道埋深的影響 ①同樣隧洞直徑下，隨著埋深的增大，開挖面極限支護(hù)應(yīng)力不斷增加，當(dāng)埋深增大到一定程度時，開挖面極限支護(hù)應(yīng)力增加隨埋深不明顯； 78 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute ② 隨著上覆土層埋深的增加，開挖面失穩(wěn)后掘進(jìn)前方地表沉降量逐漸減小，埋深較大時，地表最大沉降量明顯減少，這說明隨著埋深的增加，開挖面的破壞越難以反應(yīng)到地表面； ③砂土地層開挖面破壞模式表現(xiàn)為：開挖面前方為楔型狀，在破壞區(qū)域頂部為煙囪狀。 79 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 2) 隧道直徑的影響 計算結(jié)果表明：同樣的埋深條件下，隨著隧洞直徑的增大，開挖面極限支護(hù)應(yīng)力呈線性增大。由計算可知，同樣的隧道條件下，隨著內(nèi)摩擦角的增大，開挖面極限支護(hù)應(yīng)減小。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 4 小節(jié) 81 THE END THANK YOU ! 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute