盾构刀盘刀具管理与不同地层刀盘刀具应

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1、1盾构刀盘刀具管理与不同地层刀盘刀具应用李凤远.南京2012年5月盾构及掘进技术国家重点实验室2二、盾构刀盘刀具管理纲要一、盾构刀盘刀具概述二、盾构刀盘刀具及地质适应性三、盾构刀盘刀具管理四、盾构滚刀选型与损坏分析五、盾构刀盘地质适应性改造六、盾构带压进仓技术一、盾构刀盘刀具概述341、一般盾构刀盘分类按照掘进机纵向形状一般分类：目前使用的掘进机的刀盘形状,根据掘进机纵剖面的形状,可分为垂直平面型,锥型和弓型三类：垂直平面型刀盘掘进中是呈平面对掌子面进行作业开挖的,作业平面可使掌子面稳定。锥型刀盘即刀盘形状类似麻花钻,刀盘中心有一突出

2、的钻头,此种形状可保持开挖方向性,提高开挖效率。弓型刀盘用于硬岩掘进机,适合砾石层和微风化岩层的开挖。51、一般盾构刀盘分类掘进机的刀盘根据前部面板形状分面板型和轮辐型两种。硬岩刀盘：面板型刀盘可防止过多德坍塌，有利于掌子面的稳定；软岩刀盘：轮辐型刀盘可减低刀具实际负载力矩，有利于渣土的流动，并可将土仓内土压有效传递到作业面。复合型刀盘：刀具互换性，基本为面板式刀盘。6制造商海瑞克盾构机面板式刀盘7制造商NFM公司盾构机面板式刀盘8制造商维尔特TBM面板式刀盘9辐条式刀盘（日本小松、IHI）102、刀盘支撑的形式隧道掘进机刀盘支撑的形

3、式一般有中心轴式，中间支撑方式，周边支撑方式等几种。1）中心轴式一般使用于小直径的盾构机；2）中间支撑方式一般实用于大中型直径的掘进机，此种方式一般采用双数横梁进行支撑，广州地铁二、三号线的德产“先锋号”盾构机就使用了这种支撑方式，此方式缺点是在软岩条件下，容易在横梁中间形成泥柄影响刀具机械性能和掘进速度；3）周边支撑方式，刀盘由框架支撑，机内中间空间大，有利于大块岩石和障碍物的处理，此种国内所使用的掘进机基本少见。刀盘支承方式有3种：1）中心支承式（适用于中小型直径盾构）2）中间支承式（适用于中大型直径盾构）3）周边支承式（适用于小

4、型直径盾构）①中心支承方式②中间支承方式③周边支承方式123、刀具类型刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层的开挖，主要刀具按刀具结构分常见类型有：单刃滚刀，双刃滚刀、中心滚刀、齿刀、切刀、弧形刮刀和仿形刀。双刃中心刀用于硬岩掘进，在软土中可以换装齿刀。双刃滚刀用于硬岩掘进刀刃距刀盘面175mm，可换装齿刀。中心齿刀用于软土掘进，替换滚刀，更换后可以增加刀盘中心部分的开口率。133、刀具类型正齿刀用于软土掘进。切刀软土刀具。同时可用做硬岩掘进中的刮渣。弧形刮刀软岩刀具。同时在硬岩掘进下可用作刮渣。143、刀具类型仿形刀用于局部扩大

5、隧道断面单刃滚刀用于硬岩掘进刀刃距刀盘面175mm，可换装齿刀。154、硬岩滚刀刀圈分类刀具的种类平头型刀具楔型刀具A楔型刀具B形状特征从新品到报废刀刃都保持一定的宽度。能用于多种岩石。适用于龟裂少的硬岩及混有卵石的岩层。使用初期切入性很好，但磨损较快。适用于石灰岩、泥岩等磨损较少的堆积岩等。164、硬岩滚刀刀圈分类盾构机滚刀具按刀圈外径规格一般分为12英寸，15.5英寸，17英寸，19英寸等系列，目前国内地铁盾构机所用刀具主要为17英寸，以下是四种系列刀具的特征参数。刀具尺寸（刀圈外径）12英寸（305mm）15.5英寸（394mm

6、）17英寸（432mm）19英寸（483mm）刀具质量（kg）（正面刀）60~80125~170135~180180~210应用范围(断面直径）2~3m3~5m5m以上8m以上175、盾构刀具的受力机理1）滚刀滚压原理由于刀盘推力和驱动扭矩的存在，刀圈轴向受力挤压岩层，刀盘推力使刀具隧道轴向承受推力，只要达到岩石的强度极限，便可挤压破岩；同时刀具的驱动回转力矩使刀具滚动径向受力，从而克服来自掌子面的摩擦力矩。185、盾构刀具的受力机理2）软岩刀具破岩原理软岩的切削主要是刀具直接对土层进行剪切破坏来进行切削的。软土刀具切削机理示意图二、

7、盾构刀盘刀具及地质适应性20对于如上海地区、天津、西安、郑州等均一的软土地层，通常只使用刮刀类刀具就可以了。这类刀盘结构相对简单，通常称为辐条式刀盘。刀具也主要以软土切削型刀具为主，适用于未固结成岩的软土地层和某些全风化或强风化的软岩地层，一般破岩能力在单轴抗压强度20Mpa以下。西安老黄土、砂砾石地层的应用老黄土密实，缺水；砂砾石粒径在0.1～30mm间，缺水，缺粘性颗粒；第二部分复合盾构施工技术CRECNo.16盾构直径6280mm驱动类型FrequencyConverter驱动功率660Kw总推力37000KN最高日进度13.5

8、mCRECNo.6盾构直径6280mm驱动类型Hydraulic驱动功率630Kw总推力37000KN最高日进度15m中国中铁6、16号与西安的黄土及砂层地质在沈阳无水砂卵石地层的应用地层以粒径0～20MM,20～40m