盾構(gòu)刀盤刀具PPT課件

1、盾構(gòu)刀盤刀具盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)(Shield machine f Shield tunneling machine)隧道掘進(jìn)機(jī)TBM(Tunneling boring machine )1.概述在歐洲 f 盾構(gòu)也稱為TBM ( Tunnel Boring Machine ) 在日本和我國(guó)，習(xí)慣上將用于軟土地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為 盾構(gòu) > 將用于巖石地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為TBM。但通常 定義中的TBM是指全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)f是以巖石地 層為掘進(jìn)對(duì)象 > 它與盾構(gòu)的主要區(qū)別就是不具備泥水壓. 土壓等維護(hù)掌子面穩(wěn)定的功能。泥水盾構(gòu)(Slurry shield ) , 土壓平衡(EPB )盾構(gòu)機(jī)(E

2、arth-pressure balanced shield )盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)性能很大程度上取決于刀盤的結(jié)構(gòu)形式.刀具類型及布局方式等目前國(guó)際上只有德國(guó)美國(guó).日本.法國(guó).加拿大等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的企業(yè)具有能力生產(chǎn) 且造價(jià)高昂?？?2002年8月,中鐵隧道集團(tuán)在河南建立了隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化基地,成立了以盾構(gòu)/TBM研究開發(fā)中心.盾構(gòu) /TBM組裝調(diào)試中心.盾構(gòu)/TBM制造維修中心為主要發(fā)展方向的隧道機(jī)械制造公司。20047月f上海隧道工程股份有限公司也在上海外高橋建立了盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化基地,成立了上海盾構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究中心和上海外高橋隧 道機(jī)械有限公司。十一五"產(chǎn)業(yè)化方向在全國(guó)范圍內(nèi)形成23個(gè)隧道掘進(jìn)機(jī)

3、產(chǎn)業(yè)化基地#每個(gè)基地具備年產(chǎn)20臺(tái)隧道掘逬機(jī)的能力。 土壓平衡盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化.系列化 口泥水盾構(gòu)和復(fù)合盾構(gòu)的研制 TBM關(guān)鍵技術(shù)研究世界上最大的泥水盾構(gòu)之一，開挖直徑1496m金 mn9K+Baaa»KI 1 社泥水盾構(gòu)結(jié)構(gòu)訐片足斎機(jī)伶片増放傳送帝環(huán)彤保打系找實(shí)HMm注紫訟圳石第-Mn洽片供WOH IS F 斤 n 斤険德國(guó)海瑞克EPB744nX 16. t4a詭水式二連號(hào)朋構(gòu)機(jī)刀盤刀具研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面: 盤形滾刀的破巖機(jī)理（盤形滾刀垂直力.滾動(dòng)力和側(cè)向力的受力預(yù)測(cè)公式） 盤形滾刀改進(jìn)研究（滾刀的形狀和制造材料） 刀盤上刀具布置的研究（盡可能使每把刀破巖量相等磨損量相似 刀盤不產(chǎn)

4、生傾覆力矩 以提高刀具壽命和掘進(jìn)效率。） 口其它刀具零部件的研究（如刀圈改型技術(shù)的研究 刀材料的選擇 刀具螺栓失效分析等）0盾構(gòu)刀盤刀具國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀上海交通大學(xué)（盾構(gòu)在硬巖及軟硬不均地層的掘進(jìn)技術(shù)）華北電力大學(xué)（盤形滾刀受力分析及切割巖石數(shù)值模擬研 究 盤形滾刀壽命預(yù)測(cè)理論 滾刀布置規(guī)律）西南交通大學(xué) 口大連理工大學(xué)（隨機(jī)突變載荷下的TBM刀具布置與刀盤體結(jié)構(gòu)耦合設(shè)計(jì)方法）2.盾構(gòu)機(jī)上常用刀具口滾刀:又分為單刃滾刀.雙刃滾刀和三刃滾刀切刀:主要使用于軟土地層 一般布置在刀盤開口的兩 側(cè) 用于切削和剝離土體。刮刀:屬于刀盤弧形周邊軟土刀具 在巖石地層中可用 來刮渣。先行刀:在切刀切削土體之前先行

5、切削土體，將土體切 割分塊 為切削刀創(chuàng)造良好的切削條件?？诜滦蔚叮?刀具名稱單刃滾刀示意圖 汽$巖土適應(yīng)性破巖能力強(qiáng),主要用 于硬巖掘進(jìn)，可換裝 齒刀。1雙刃滾刀切刀適用于軟硬巖掘進(jìn), 一般安裝在刀盤中 心部位。適用于軟土切削，安裝在渣口槽的一側(cè)。刮刀中心齒刀正齒刀仿形刀用于軟土切削，可以換裝滾刀。安裝在刀盤弧形周 邊，切削軟土，在硬 巖下可用作刮渣 用于軟土切削，主耍 安裝在刀盤屮心部 位，可以換裝滾刀。用于局部擴(kuò)大隧道 斷面,主要用于硬巖 掘進(jìn)刀盤標(biāo)稱直徑6280mm #刀盤厚度550mm f高1310mm #總重57t。31單刃滾刀f 4雙刃中心滾刀f 64ffi切刀# 8把雙 刃刮刀/

6、右向旋轉(zhuǎn)。面刀邊股刀中心刀具小齒刀刮刀a盤步瑣刀b 刀刀滾刀分為盤形滾刀.球齒滾刀.楔齒滾刀。一般是用盤形 滾刀，盤形滾刀的刀圈為整體結(jié)構(gòu)。刀圈刀體刀結(jié)3<b)單刃盤形滾刀(c)取刃盤形滾刀(d)三刃盤形滾刀W 2-2盤形滾刀形狀<«)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖7T<b)剖面圖圖2 3盤形滾刀'1-刀體* 2-刀罔：3-刀圈卡環(huán)；-密時(shí)I浮甥環(huán)；6-軸孑* 7-心軸盤形滾刀刀圈斷面形狀3.刀具失效形式及破巖機(jī)理刀具失效形式 口刀具磨損（刀具更換總量的80% ）口刀總一Ek,軸承問題）y丄M KLJI匕 I口刀園與超量磨損）I-U1X中心滾刀偏磨-刀盤外周磨損（日本三菱北京地鐵

7、）磨損區(qū)域.ra1 刀盤磨損部位圖ra1 刀盤磨損部位圖周邊刀刀盤面板刀盤外周刀盤背板ra1 刀盤磨損部位圖破巖機(jī)理盾構(gòu)刀具破巖方式有兩種，滾壓破巖是在巖石地層中利用盤形滾刀滾動(dòng)產(chǎn)生沖擊壓碎和剪切碾碎的作用破碎巖石。切削破巖是在土、砂層或軟巖地層中利用切刀的刀刃施力于巖體上，將巖體的外層剪切而剝離母巖。 一般在軟土地層和砂性地層中采用切削破巖方式進(jìn)行盾 構(gòu)施工，在巖石地層、硬塑土層和砂礫地層中采用以滾 壓破巖為主、切削破巖為輔的方式進(jìn)行掘進(jìn)施工。滾壓破巖的主要機(jī)具為盤形滾刀，切削破巖的主要機(jī)具 為切刀。力貝盤形滾刀破巖軸跡I盤刀耳巖石樓觸X（n）盤刀折冇刀幾的受力模醱Cc）刀幾劃向受力的悄況B

8、l L刀貝工作受力圖包向裂紋I一斷舉體：2碎斷怵：J一廣實(shí)羞毅休：卵一灤動(dòng)力P -SK力：”一頁入度I盤刀耳巖石樓觸XI盤刀耳巖石樓觸X圖2滾刀滾展破宕機(jī)理示意圖軸向力P使?jié)L刀壓入巖石,滾動(dòng)力矩M使?jié)L刀滾壓巖石,兩者的共同作用使巖石得 推力是主姜的參數(shù)”它決定了扭矩（滾動(dòng)力矩）及其他參數(shù)”滾壓破碎功率中扭矩 是最主要的參數(shù)”占破碎功率的絕大部分圖2-10盤形滾刀剪切巖石示總圖口剪切和破碎巖石：刀圈與巖石接觸界面上的摩擦力（碾碎）；刀圈作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力（對(duì)刀圈內(nèi)側(cè)巖石產(chǎn)生剪切作用）；人為造成滾刀的滑動(dòng)?？谇疤K聯(lián)研究表明,其他條件相同時(shí),刀刃外形為拋物線的刀圈可承受較高的剪應(yīng)力,更時(shí)候破碎堅(jiān)硬

9、和塑性的巖石。伊萬斯公式（計(jì)算垂直推力比實(shí)際破巖垂直推力要?。?；釘卅_黑_研tan色$筑弋n(0SO.ES 0) &3越嘗星(1i?&-RelB)s川m川港憐n加an?2科羅拉多礦業(yè)學(xué)院預(yù)測(cè)公式（基于線性切割） 前刀盤設(shè)計(jì)中常用S - 2h tan yI-圖2 M線性切刮試驗(yàn)預(yù)測(cè)公式用圖垂直力丄蘭4sB ft州嚴(yán)+叫-珈尹巧圖2幣 公式曲線（直線）與壓痕線對(duì)比圖2幣 公式曲線（直線）與壓痕線對(duì)比Maui0 tan ()4r/r(5-2/?tan cr /r 十-D(-sincos)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院預(yù)測(cè)公式（基于壓痕試驗(yàn)）式中：陽第一次產(chǎn)生巖石破碎時(shí)的載荷:A F - P曲線下的

10、面積；Pr實(shí)際最終切深：K量測(cè)系統(tǒng)坐標(biāo)記錄儀標(biāo)定值；P壓頭任一點(diǎn)切深Pf圖2幣 公式曲線（直線）與壓痕線對(duì)比東北工學(xué)院巖石破碎研究室預(yù)測(cè)公式卜r =e忍化仏 r -2 d =e kc(jJi ' tan 上海交通大學(xué)640教研室預(yù)測(cè)公式華北水電學(xué)院北京研究生部公式口 P:侵入巖石深度 Pf:實(shí)際切深滾刀布置規(guī)律巖石對(duì)盤形滾刀作用力計(jì)算某實(shí)際王程。己知地質(zhì)條件:巖石的單軸抗壓強(qiáng)度為b = 105MP餌抗剪強(qiáng)度為 r=9MPa,盤形滾刀直徑為D=435mm (17*),刀刃寬度平均刀間距= 123Fv- Ft cos p = 121(KN)(KN)S=65mm,切深 p=5mm.Rarccos乎W "嚴(yán)鋁(KN)F"二 £匕3也=L8NM心你 sinE=84.8Ni>i圖LI謝殊刀旨刀盤曼力簡(jiǎn)圖工 RfSinQj =0i=0JIA尺 cos - 0£（一凡尺 sin, +"了 sin© +/rsin0.） °d-0H工（一凡疋 costfg +M,co 迢 +化rcosQ）=0M傾覆力矩為0* I結(jié)束語* I當(dāng)你盡了自己的最大努力時(shí)，失敗也是偉大的,1 所以不要放棄