盾構(gòu)刀盤刀具管理與不同地層刀盤刀具應(yīng)用課件

1、1盾構(gòu)刀盤刀具管理與不同地層刀盤刀具應(yīng) 用李鳳遠(yuǎn).南京2012年5月盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室2二、盾構(gòu)刀盤刀具管理綱要一、盾構(gòu)刀盤刀具概述二、盾構(gòu)刀盤刀具及地質(zhì)適應(yīng)性三、盾構(gòu)刀盤刀具管理四、盾構(gòu)滾刀選型與損壞分析五、盾構(gòu)刀盤地質(zhì)適應(yīng)性改造六、盾構(gòu)帶壓進(jìn)倉技術(shù)一、盾構(gòu)刀盤刀具概述34 1、一般盾構(gòu)刀盤分類 按照掘進(jìn)機(jī)縱向形狀一般分類： 目前使用的掘進(jìn)機(jī)的刀盤形狀,根據(jù)掘進(jìn)機(jī)縱剖面的形狀,可分為垂直平面型,錐型和弓型三類： 垂直平面型刀盤掘進(jìn)中是呈平面對掌子面進(jìn)行作業(yè)開挖的,作業(yè)平面可使掌子面穩(wěn)定。 錐型刀盤即刀盤形狀類似麻花鉆,刀盤中心有一突出的鉆頭,此種形狀可保持開挖方向性,提高開挖效率。

2、 弓型刀盤用于硬巖掘進(jìn)機(jī),適合礫石層和微風(fēng)化巖層的開挖。 5 1、一般盾構(gòu)刀盤分類 掘進(jìn)機(jī)的刀盤根據(jù)前部面板形狀分面板型和輪輻型兩種。 硬巖刀盤：面板型刀盤可防止過多德坍塌，有利于掌子面的穩(wěn)定； 軟巖刀盤：輪輻型刀盤可減低刀具實際負(fù)載力矩，有利于渣土的流動，并可將土倉內(nèi)土壓有效傳遞到作業(yè)面。 復(fù)合型刀盤： 刀具互換性，基本為面板式刀盤。6制造商海瑞克盾構(gòu)機(jī)面板式刀盤7制造商N(yùn)FM公司盾構(gòu)機(jī)面板式刀盤8制造商維爾特TBM面板式刀盤9輻條式刀盤（日本小松、IHI）10 2、刀盤支撐的形式 隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤支撐的形式一般有中心軸式，中間支撐方式，周邊支撐方式等幾種。 1）中心軸式一般使用于小直徑的盾構(gòu)

3、機(jī)； 2）中間支撐方式一般實用于大中型直徑的掘進(jìn)機(jī)，此種方式一般采用雙數(shù)橫梁進(jìn)行支撐，廣州地鐵二、三號線的德產(chǎn)“先鋒號”盾構(gòu)機(jī)就使用了這種支撐方式，此方式缺點是在軟巖條件下，容易在橫梁中間形成泥柄影響刀具機(jī)械性能和掘進(jìn)速度； 3）周邊支撐方式，刀盤由框架支撐，機(jī)內(nèi)中間空間大，有利于大塊巖石和障礙物的處理，此種國內(nèi)所使用的掘進(jìn)機(jī)基本少見。刀盤支承方式有3種：1）中心支承式（適用于中小型直徑盾構(gòu)）2）中間支承式（適用于中大型直徑盾構(gòu)）3）周邊支承式（適用于小型直徑盾構(gòu)）中心支承方式 中間支承方式 周邊支承方式 12 3、刀具類型 刀盤上可以安裝不同類型的刀具以適應(yīng)不同地層的開挖，主要刀具按刀具結(jié)構(gòu)

4、分常見類型有：單刃滾刀，雙刃滾刀、中心滾刀、齒刀、切刀、弧形刮刀和仿形刀。 雙刃中心刀用于硬巖掘進(jìn)，在軟土中可以換裝齒刀。雙刃滾刀用于硬巖掘進(jìn)刀刃距刀盤面175mm，可換裝齒刀。中心齒刀用于軟土掘進(jìn)，替換滾刀，更換后可以增加刀盤中心部分的開口率。13 3、刀具類型正齒刀用于軟土掘進(jìn)。切刀軟土刀具。同時可用做硬巖掘進(jìn)中的刮渣。弧形刮刀軟巖刀具。同時在硬巖掘進(jìn)下可用作刮渣。14 3、刀具類型仿形刀用于局部擴(kuò)大隧道斷面單刃滾刀用于硬巖掘進(jìn)刀刃距刀盤面175mm，可換裝齒刀。15 4、硬巖滾刀刀圈分類刀具的種類平頭型刀具楔型刀具A楔型刀具B形 狀特 征從新品到報廢刀刃都保持一定的寬度。能用于多種巖石。

5、適用于龜裂少的硬巖及混有卵石的巖層。使用初期切入性很好，但磨損較快。適用于石灰?guī)r、泥巖等磨損較少的堆積巖等。16 4、硬巖滾刀刀圈分類盾構(gòu)機(jī)滾刀具按刀圈外徑規(guī)格一般分為12英寸，15.5英寸，17英寸，19英寸等系列，目前國內(nèi)地鐵盾構(gòu)機(jī)所用刀具主要為17英寸，以下是四種系列刀具的特征參數(shù)。刀具尺寸（刀圈外徑）12英寸（305mm）15.5英寸（394 mm）17英寸（432 mm）19英寸（483 mm）刀具質(zhì)量（kg）（正面刀）6080125170135180180210應(yīng)用范圍(斷面直徑）23m35m5m以上8m以上17 5、盾構(gòu)刀具的受力機(jī)理1）滾刀滾壓原理由于刀盤推力和驅(qū)動扭矩的存在，

6、刀圈軸向受力擠壓巖層，刀盤推力使刀具隧道軸向承受推力，只要達(dá)到巖石的強(qiáng)度極限，便可擠壓破巖；同時刀具的驅(qū)動回轉(zhuǎn)力矩使刀具滾動徑向受力，從而克服來自掌子面的摩擦力矩。18 5、盾構(gòu)刀具的受力機(jī)理2）軟巖刀具破巖原理軟巖的切削主要是刀具直接對土層進(jìn)行剪切破壞來進(jìn)行切削的。 軟土刀具切削機(jī)理示意圖二、盾構(gòu)刀盤刀具及地質(zhì)適應(yīng)性20 對于如上海地區(qū)、天津、西安、鄭州等均一的軟土地層，通常只使用刮刀類刀具就可以了。這類刀盤結(jié)構(gòu)相對簡單，通常稱為輻條式刀盤。 刀具也主要以軟土切削型刀具為主，適用于未固結(jié)成巖的軟土地層和某些全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化的軟巖地層，一般破巖能力在單軸抗壓強(qiáng)度20Mpa以下。西安老黃土、砂礫石

7、地層的應(yīng)用老黃土密實，缺水；砂礫石粒徑在0.130mm間，缺水，缺粘性顆粒；第二部分 復(fù)合盾構(gòu)施工技術(shù)CREC No.16盾構(gòu)直徑6280mm驅(qū)動類型Frequency Converter驅(qū)動功率660Kw總推力37000KN最高日進(jìn)度13.5mCREC No. 6盾構(gòu)直徑6280mm驅(qū)動類型Hydraulic驅(qū)動功率630Kw總推力37000KN最高日進(jìn)度15m中國中鐵6、16號與西安的黃土及砂層地質(zhì) 在沈陽無水砂卵石地層的應(yīng)用地層以粒徑020MM,2040mm中粗砂、砂礫、圓礫石為主；地下水水位在掘進(jìn)斷面以下1m.第二部分 復(fù)合盾構(gòu)施工技術(shù)CREC No. 8盾構(gòu)直徑6280mm驅(qū)動類型H

8、ydraulic驅(qū)動功率630Kw總推力34000KN最高日進(jìn)度20.4m 中國中鐵8號與沈陽的砂卵石地質(zhì)地表深降小于3mm成功穿越價值50億的瓷房子CREC No. 1盾構(gòu)直徑6400mm驅(qū)動類型Hydraulic 驅(qū)動功率630Kw總推力34000KN最高日進(jìn)度21.6m中國中鐵1號與天津的粉土、淤泥地質(zhì)26 針對硬巖地層，刀盤選擇一般滾刀破巖為主，一般對于鐵路、公路、水利、引水大埋深隧道，通常均在基巖中掘進(jìn)，刀盤也主要以面板式為主，采用中間支撐方式。目前刀具主要以17盤型滾刀為主，對于大直徑的硬巖刀盤，刀具有向大直徑發(fā)展的趨勢。開挖直徑刀間距中心刀正滾刀邊滾刀擴(kuò)挖刀刮板齒刀5930mm約

9、65mm64131561228 由于我國地域廣闊，各地方地層千差萬別，就是同地區(qū)地層也呈現(xiàn)不均質(zhì)的態(tài)勢，單純的軟土刀盤刀具及硬巖刀盤刀具已經(jīng)不能滿足我國地下工程建設(shè)的需要。正是由此，復(fù)合型刀盤刀具隨之產(chǎn)生。 復(fù)合型刀盤特點主要體現(xiàn)兩方面： 一方面在刀盤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度兼顧軟土、硬巖，一般以面板式為主，結(jié)構(gòu)形式復(fù)合。 另一方面安裝刀具復(fù)合，刀盤刀具安裝設(shè)計兼顧軟土剪切型刀具及硬巖滾壓型刀具安裝，根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)地層情況，可以進(jìn)行部分硬巖刀具安裝、部分軟土刀具安裝及全軟土刀具安裝及全硬巖刀具安裝。復(fù)合盾構(gòu)在北京圓礫石地層的應(yīng)用圓礫石1060mm占60%,還有少量大卵石，地層密實。地下水在底板以下。第二部分

10、 復(fù)合盾構(gòu)施工技術(shù)CREC No. 3盾構(gòu)直徑6280mm驅(qū)動類型frequency Converter驅(qū)動功率660Kw總推力37000KN最高日進(jìn)度21.6m盾構(gòu)設(shè)計適應(yīng)地質(zhì)：大卵石地層；破巖設(shè)計思路：以排為主，排破結(jié)合；盾構(gòu)特點：帶式螺旋輸送機(jī)，刀盤 面板與輻條結(jié)合 ； 大功率電驅(qū)。中國中鐵3、4、5號與北京的大直徑卵石地質(zhì)廣深港獅子洋隧道三、盾構(gòu)刀盤刀具管理3233 1、刀盤刀具管理的主要意義 刀盤刀具是隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM、盾構(gòu)）的核心部件和掘進(jìn)載體。 1)、計劃性實施刀盤刀具檢查和更換，能及時了解、掌握和分析刀具使用狀況，有效利用刀具和保護(hù)刀盤。 2)、建立準(zhǔn)確、詳盡刀具臺帳和完善刀

11、盤刀具維護(hù)、修理工藝，能最大限度地降低刀具的使用成本。 3)、掌握并熟練運(yùn)用刀具檢查、更換的方法，加強(qiáng)對刀盤的監(jiān)控，能避免刀具非正常原因的大面積損壞，保證施工順暢，降低施工風(fēng)險。 34 2、不重視刀盤刀具管理的后果 不重視刀具管理或因條件限制（TBM受特殊的斷層破碎帶、富水地段等不良地質(zhì)段影響、盾構(gòu)機(jī)受地面建筑物、地質(zhì)條件等限制）無法及時對刀具出現(xiàn)的磨損、損壞采取措施處理的，不但會降低掘進(jìn)效率，還會導(dǎo)致刀盤出現(xiàn)不同程度的磨損，嚴(yán)重的會影響刀盤的主體結(jié)構(gòu)，給施工造成很大影響。35刀盤損壞無計劃換刀，地表塌陷案例一：某盾構(gòu)工程地質(zhì)主要為全/強(qiáng)風(fēng)化地層，在掘進(jìn)過程中，前后三次遇到地質(zhì)突變，一次為上軟

12、下硬的地質(zhì)不均地段，兩次為孤石侵入隧道洞身范圍。掘進(jìn)過程中，初期遇到地質(zhì)突變未引起施工方足夠的重視，待盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)遇到困難，無法推進(jìn)時才想到開倉處理，此時刀盤已遭到嚴(yán)重的磨損。由于地質(zhì)條件影響，停機(jī)位置已不具備開倉條件（在無地層加固的輔助措施下進(jìn)行開倉作業(yè)將導(dǎo)致地表沉降不可控制），不得不先后兩次停機(jī)一個月進(jìn)行地層加固處理，后開倉維修刀盤、更換刀具。此工程因為刀盤需要檢修而導(dǎo)致工期滯后達(dá)半年之久。其中第二次損壞：刀盤前方靠外部出現(xiàn)高強(qiáng)度高達(dá)156Mpa，最大外形尺寸達(dá)到2500mm（掘進(jìn)方向長度）2700mm（寬）1800mm（高）不規(guī)則形狀的孤石。刀盤面板14處被磨穿；滾刀遭到嚴(yán)重的弦磨和損壞，

13、其中外圍的滾刀刀體弦磨超過200mm；所有刮刀、外部切刀損壞。刀盤維修后掘進(jìn)再次遇到孤石，因不具備開倉和從地面進(jìn)行加固處理的條件，強(qiáng)行推進(jìn)出洞。案例二：某TBM工程施工，邊刀與刮板均接近磨損的極限需要更換時，未引起管理者的重視，不是選擇仔細(xì)的跟蹤檢測或立即更換刀具，而是決定繼續(xù)掘進(jìn)待后處理，結(jié)果導(dǎo)致刀盤邊緣結(jié)構(gòu)遭到磨損，刮板座及邊刀座因過度磨損無法繼續(xù)使用而停機(jī)處理。案例三：軟土掘進(jìn)時，也應(yīng)重視刀具管理。圖示為某盾構(gòu)工程因刀盤中心結(jié)泥餅而導(dǎo)致刀盤中心磨損。41目前國內(nèi)使用的隧道掘進(jìn)機(jī)類型主要有：適用于硬巖掘進(jìn)的敞開式TBM、雙護(hù)盾TBM以及適用于軟土和復(fù)合地質(zhì)的土壓盾構(gòu)機(jī)、泥水盾構(gòu)機(jī)。 42

14、由于TBM與盾構(gòu)機(jī)在工作環(huán)境和方式上存在一些差異，在刀具管理方面存在不同點。 1、TBM工程一般施工距離相對較長，基本均具有開倉檢查刀具的條件（特殊的斷層破碎帶、富水地段等除外），易建立定期檢查刀盤刀具的制度。事實上由于TBM施工的巖層相對較硬，單位距離對刀具的磨損大，關(guān)注并加強(qiáng)刀具管理工作，非常重要。432、盾構(gòu)工程一般施工距離相對較短，且受地面建筑物及地質(zhì)條件的影響，很難做好刀具定期檢查工作，對其管理的難度相對更大。 盾構(gòu)工程地質(zhì)條件不同，其刀具消耗及關(guān)注程度和方式也不同。44 (1)南京、上海、杭州等華東地區(qū)，其地質(zhì)條件主要以淤泥、粘土及粉質(zhì)粘土為主，刀具類型以切刀為主，在整個隧洞掘進(jìn)過

15、程中基本沒有磨損；(2)北京、成都等存在砂卵石地區(qū)，應(yīng)根據(jù)需要配置滾刀破碎礫徑較大的砂卵石，刀具自然會受到磨損或因撞擊而損壞，同時由于砂卵石對刀盤面板有磨損，需加強(qiáng)對刀盤狀況的關(guān)注；(3)廣州、深圳等華南地區(qū)，上軟下硬、地質(zhì)不均的復(fù)合地層較多，且局部的巖石強(qiáng)度較高，部分地段已超過150MPa，甚至達(dá)到200MPa，給刀具的配置、使用帶來了比較大的難度。 45例如：廣州地鐵【越三】區(qū)間1.8km長，右線換刀9次、84把刀具，左線換刀7次、67把刀具；深圳地鐵【福會】區(qū)間1089m長，換刀9次、69把刀具;臺山核電站工程全長4200米，帶壓進(jìn)倉540次共計1610 人次、換刀31次、805把刀具（

16、其中滾刀354把）；由此可見，盾構(gòu)工程在復(fù)合地質(zhì)掘進(jìn)時，刀具管理的重要性更突出。 從目前國內(nèi)盾構(gòu)施工情況看，影響施工進(jìn)度的一個關(guān)鍵因素就是刀具的合理使用，因此進(jìn)行刀具的科學(xué)管理就一定意義上實現(xiàn)了盾構(gòu)施工的科學(xué)施工。 從管理流程看盾構(gòu)刀盤刀具管理分為大小兩個閉式循環(huán)管理系統(tǒng)，其中大循環(huán)是小循環(huán)的基礎(chǔ)，小循環(huán)是大循環(huán)的具體體現(xiàn)，刀具管理的主要任務(wù)就是要很好的控制好這兩個循環(huán)。48刀具選用具體操作比較分析總結(jié)整改措施批量大循環(huán)試驗/測試刀具使用刀具修理記錄分析整改措施單刀小循環(huán) 對于刀具壽命預(yù)測，國內(nèi)外很多院所進(jìn)行了大量研究，但是直接用于工程實踐的方法還不是很多，對于現(xiàn)場盾構(gòu)施工的刀具管理最直接的方

17、法是進(jìn)行類似地層數(shù)據(jù)收集分析的方法，較為實用。以下是，較為經(jīng)典的刀具壽命推斷理論。發(fā)明者（單位）基本原理特征挪威技術(shù)研究所DRI、CLI用DRI、CLI方法推斷貫入量和刀具壽命.以數(shù)據(jù)為依據(jù).重視龜裂的影響可羅拉多礦山機(jī)械研究所單軸壓強(qiáng)度礦物含量根據(jù)單軸壓強(qiáng)度推斷刀具的貫入量和刀具的壽命.以實驗與破碎理論為依據(jù).重視強(qiáng)度及石英含量 廣深港獅子洋隧道采用刀具磨損與掘進(jìn)數(shù)據(jù)回歸法進(jìn)行刀具預(yù)測管理，取得明顯效果。四、盾構(gòu)滾選型與損壞分析 隨著國內(nèi)軌道交通及其他市政工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市地鐵隧道、客運(yùn)專線隧道、跨江越海公路隧道、引水隧道及市政管道工程等地下隧道工程廣泛采用盾構(gòu)法施工。在巖石、砂卵石地

18、層及復(fù)合地層掘進(jìn)時，目前一般采用17英寸盤形滾刀，且普通存在刀具更換頻繁，施工效率低下的問題，從而對滾刀直徑、滾刀類型等參數(shù)的選擇是否合理應(yīng)加一重視。隨著盾構(gòu)國產(chǎn)化時代的到來，滾刀地質(zhì)適應(yīng)性研究已經(jīng)成為盾構(gòu)施工的技術(shù)瓶頸。合理選擇和合理布置滾刀，是提高盾構(gòu)施工可靠性、安全性、高效性、耐久性的有效途徑。 盾構(gòu)主流滾刀一般一單刃滾刀，雙刃滾刀為多；以下做單刃滾刀和雙刃滾刀選型方法介紹。 （一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性（一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性1滾刀破巖機(jī)理在刀盤推力作用下，滾刀的刀圈軸向受力（P）擠壓巖層，當(dāng)達(dá)到巖石的強(qiáng)度極限時，便可擠壓破巖；同時在刀盤驅(qū)動扭矩的作用下，使?jié)L刀滾動徑向受力（F），從而克服

19、來自掌子面的摩擦力矩。由于滾刀的滾壓破巖是既有沖擊壓碎、又有剪切碾碎作用的復(fù)合運(yùn)動，從而給滾壓破巖理論研究造成極其復(fù)雜的困難局面。到目前為止，研究巖石破碎的學(xué)者，僅對破碎前的應(yīng)力狀態(tài)有較明確的觀點和論述，而對于裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展、匯交、破碎判據(jù)、漏斗行程等一系列問題仍存在分歧。（一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性1滾刀承載力計算 根據(jù)東北工學(xué)院的研究，結(jié)合日本小松小松技報觀點，按照力平衡原理，滾刀承載力P 和漏斗坑在自由面上形成的破碎面積A 成正比。（一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性式中： d K 滾壓系數(shù)，它與巖石性質(zhì)有關(guān)，采用試驗可以確定其數(shù)值。一般0.47 0.7 d K = ，大理石約為0.53，花崗巖約為0.

20、67，巖石越軟d K 越小，巖石越硬d K 值越大。（一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性實際破碎面積A 較為復(fù)雜，將其看為兩條拋物面組成的面積，其與刀具幾何形狀、貫入度的關(guān)系為：（一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性選型實例： 廣深港SD3 標(biāo)獅子洋隧道采用直徑11.18m 泥水盾構(gòu)掘進(jìn)，穿越地質(zhì)主要為粉細(xì)砂巖，巖石最大單軸抗壓強(qiáng)度82.8MPa，刀盤設(shè)計采用17 英寸單刃、雙刃滾刀可以互換，其中46#、47#、48#、49#、50#為邊滾刀，（49#、50#同軌跡）。在刀具應(yīng)用過程中，全部采用單刃滾刀，從682m 里程掘進(jìn)到722m 里程后，開艙進(jìn)行了刀具檢查，邊刀磨損情況如表1 所示。 由于掘進(jìn)效率低下，經(jīng)研究，邊

21、滾刀決定采用17 英寸雙刃滾刀，以增加邊刀軌跡。 在掘進(jìn)僅7 環(huán)（14m）后，出現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)異常，開艙進(jìn)行刀具檢查，發(fā)現(xiàn)安裝的3 把雙刃滾刀全部損壞（圖2），刀體出現(xiàn)變形、軸承散架、刀圈移位、隔圈脫落。（一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性 對廣深港SD3 獅子洋隧道滾刀承載力按上述模型進(jìn)行了計算。 其中巖石破碎角按照奧斯特洛烏什柯數(shù)據(jù)查得，廣深港地層為典型的粉細(xì)砂巖，破巖角取為144，最高巖石單軸抗壓強(qiáng)度82.8MPa，掘進(jìn)參數(shù)取刀盤轉(zhuǎn)速2rpm、掘進(jìn)速度20mm/min。序號項目參數(shù)或計算值1掘進(jìn)環(huán)（mm）2000.00 2環(huán)掘進(jìn)時間（min）100.00 3掘進(jìn)速度（mm/min）20.00 4刀盤

22、轉(zhuǎn)速（r/min）2.00 5貫入度10.00 6巖石破碎角（）144.00 7滾壓系數(shù)Kd0.60 8巖石抗壓強(qiáng)度（kg/cm2）Rya828.00 9刀具貫入度（cm/r）H1.00 10滾刀半徑（cm）R21.60 11單刃滾刀承載力（kgf）13214.78 12單刃滾刀承載力（N）132147.80 13單刃滾刀承載力（T）13.21 14雙刃滾刀承載力（T）26.43 （一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性 通過計算，在廣深港粉細(xì)砂巖地質(zhì)情況下，17英寸單刃滾刀承載力為13.21T，雙刃滾刀承載力26.43T。經(jīng)查閱17英寸滾刀慣用軸承為TIMEKER圓錐滾子軸承HH224335，按照軸承承載力

23、計算，刀具采用兩軸承（如圖3，軸承1，軸承2）對稱組合安裝，刀具承載力約為25T。根據(jù)廣深港SD3標(biāo)地質(zhì)條件，采用雙刃滾刀，軸承承載力不能滿足要求，因此，在粉細(xì)砂巖地層采用雙刃滾刀是不現(xiàn)實的。（一）滾刀類型地質(zhì)適應(yīng)性同理反推計算，在上述掘進(jìn)參數(shù)及類似地層巖性情況下，單刃滾刀適用最高抗壓強(qiáng)度為155MPa的地層。因此對于滾刀類型的選擇，應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)穿越的地質(zhì)條件，進(jìn)行刀具承載力的校核，然后進(jìn)行滾刀類型的選擇。根據(jù)式4，在地質(zhì)條件及掘進(jìn)參數(shù)相同的情況下（粉細(xì)砂巖，巖石抗壓強(qiáng)度82.8MPa，掘進(jìn)速度20mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速2rpm），可進(jìn)行滾刀直徑的選擇，若選用19英寸刀具，計算單刃滾刀承載力為1

24、3.9T，19英寸滾刀承載力一般為30T，是可以滿足承載力要求的。同理在相同巖性及掘進(jìn)參數(shù)情況，根據(jù)19英寸滾刀軸承承載力，其適用的最高單軸抗壓強(qiáng)度約為180MPa。不要為了增加盾構(gòu)滾刀軌跡，以提高破巖效率而盲目使用雙刃滾刀 ?。ǘL刀選擇需考慮的其他因素1、合理的滾刀直徑同樣根據(jù)式4，在地層條件及掘進(jìn)參數(shù)相同情況（地層同樣為粉細(xì)砂巖，抗壓強(qiáng)度同樣為82.8MPa，掘進(jìn)速度20mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速2rpm），可以進(jìn)行滾刀直徑的選擇，若選用19英寸刀具，計算單刃滾刀承載力為13.9T，19英寸滾刀承載力一般為30T，也是可以滿足承載力要求的。同理在相同巖性及掘進(jìn)參數(shù)情況，根據(jù)19英寸滾刀軸承

25、承載力，其使用的地層最高單軸抗壓強(qiáng)度約為180MPa。（二）滾刀選擇需考慮的其他因素2、人性化的換刀 一般盾構(gòu)硬巖掘進(jìn)時，刀具更換是主要的施工工序之一，盡可能的降低換刀勞動強(qiáng)度，是我們現(xiàn)代社會文明工具先進(jìn)性標(biāo)志之一。刀具直徑的大小絕對意義上決定了刀具的整體重量，17英寸滾刀總重量約120kg，利用現(xiàn)有工具進(jìn)行快速換刀，已經(jīng)被大多數(shù)用戶接受，這也是目前該類型滾刀得以廣泛應(yīng)用主要因素之一。采用19英寸滾刀具，應(yīng)從刀具安裝方式、刀具更換方式、刀具的便攜式吊運(yùn)等方面，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計及研究。（二）滾刀選擇需考慮的其他因素 3、根據(jù)盾構(gòu)直徑大小，綜合滾刀具設(shè)計 由于滾刀安裝在刀盤上，滾刀選型設(shè)計應(yīng)綜合考慮盾

26、構(gòu)直徑大小，掘進(jìn)機(jī)直徑越大，刀盤刀具布置設(shè)計性能更優(yōu)，掘進(jìn)機(jī)直徑越小，刀盤刀具布置設(shè)計性能較為局限。同時掘進(jìn)機(jī)直徑的大小也決定了刀具更換空間的大小，滿足人性化的刀具更換，也是滾刀選型必須統(tǒng)籌考慮的。（二）滾刀選擇需考慮的其他因素 4、更優(yōu)的掘進(jìn)效率 根據(jù)滾刀參數(shù)，滾刀直徑越大，刀具刀圈允許磨損量就越大，當(dāng)貫入度相同時，英寸滾刀比英寸滾刀使用時間長 ，因此選用大直徑滾刀無疑可以提高掘進(jìn)效、減少刀具頻率。 與滾刀破巖效率及耐磨度的初步比較研究 張寧川 隧道建設(shè)2009.021、正常磨損的兩種形式：（1）硬巖：在均勻地質(zhì)的硬巖條件下，由于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度較慢，刀盤刀具慣入度較小，刀具刀圈刃口磨損均勻，

27、我們可理解為刀圈外圓面的磨損。（2）軟巖：在均勻地質(zhì)的軟巖條件下，由于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度較慢，刀盤刀具慣入度較大，故刀具刀圈磨損呈尖銳狀。（三）滾刀損壞分析2、異常磨損（1）規(guī)律性異常磨損掘進(jìn)機(jī)刀盤刀具在使用過程中，經(jīng)常表現(xiàn)出由于邊刀損壞或中心刀具損壞而引起的刀具連鎖損壞。邊刀效應(yīng)：掘進(jìn)機(jī)邊滾刀的不正常損壞或超極限磨損引起其他刀具或刀盤的損壞的效應(yīng)。此種效應(yīng)我們稱之為“邊刀效應(yīng)”。 “邊刀效應(yīng)”說明：掘進(jìn)機(jī)邊滾刀的設(shè)計是為了有效保證隧道的精確尺寸和保護(hù)刀盤結(jié)構(gòu)件的。如果邊刀超過極限值之后過度磨損，那么隧道直徑可能減小，對于盾構(gòu)機(jī)而言會增大盾殼和巖層的摩擦力，從而減小了盾構(gòu)機(jī)的有效推力（作用于刀盤上

28、的推力）。可能造成邊滾刀的偏磨，刮刀的過度磨損和刀盤外沿的損壞。盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)邊刀效應(yīng)時，通常表現(xiàn)為：同一地層，操作參數(shù)相同，盾尾鉸接刀盤力矩變大，掘進(jìn)速度明顯減小。邊刀和刮刀的非正常損壞若邊刀磨損在15mm以上，右線曾經(jīng)達(dá)到20mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過刀盤刀具設(shè)計磨損極限值（15mm），因此外側(cè)刮刀磨損極為嚴(yán)重，可幸刀盤外沿未造成嚴(yán)重?fù)p壞。 （三）滾刀損壞分析（2）中心刀效應(yīng)：掘進(jìn)機(jī)由于中心刀具的損壞或過度磨損引起緊靠中心刀具的刀具連鎖損壞或磨損的效應(yīng)。此種效應(yīng)，我們稱之為“中心刀效應(yīng)”。中心刀效應(yīng)說明：掘進(jìn)機(jī)中心刀具設(shè)計如同麻花鉆的鉆頭，刃口是否銳利將有效保證刀盤的慣入度，同時由于中心刀具位于刀盤中心部

29、位，考慮刀盤不完全剛性結(jié)構(gòu)件，其承受的徑向力較其他刀具大，故設(shè)計的軌距較其他刀具小，中心刀的損壞將嚴(yán)重降低刀盤的慣入度（即掘進(jìn)速度），同時在隧道掌子面形成山丘狀，引起緊靠中心刀具的面刀的損壞，或不正常磨損。（三）滾刀損壞分析原因分析：中心刀具靠刀盤中心部位行走軌跡較面刀小，刀具在滾動時和巖層接觸面較面刀小，固摩擦系數(shù)較面刀小，摩擦力矩較面刀?。赐庳?fù)載為中心刀提供的啟動力矩和回轉(zhuǎn)力矩較面刀小），刀體滾動條件本身比面刀差。軟巖的實際存在，按理隨著刀盤慣入度的增加，即外負(fù)載為中心刀提供的啟動力矩和回轉(zhuǎn)力矩應(yīng)該增大，但由于軟巖的低穩(wěn)定性，可能造成掌子面局部坍塌，反而減小了外負(fù)載為中心刀提供的啟動力矩和回轉(zhuǎn)力矩，同時軟巖中大量粘土的存在，渣土流動性非常差，刀具容易被粘土封實。刀盤泡沫孔分布不合理，軟巖粘土的存在很容易堵塞中心刀孔，從而變相增大了中心刀啟動力矩和回轉(zhuǎn)力矩。人為掘進(jìn)參數(shù)的不合理調(diào)整，特別掘進(jìn)推力的盲目增大會加劇刀具的不正常損壞。（三）滾刀損壞分析（2）刀具隨機(jī)