基于地层岩性土压平衡盾构机刀盘设计探究

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1、基于地层岩性土压平衡盾构机刀盘设计探摘要：分析了广州地铁某隧道地层岩性的现状，对其盾构施工条件进行了评价，针对地质情况设计了土压平衡盾构机的刀盘刀具，总结出土压平衡盾构机刀盘刀具的配置特点关键词：土压平衡盾构机；地层岩性；刀盘；刀具盾构机是暗挖地下隧道的专用工程机械，可以进行开挖、支护、衬砌等多种作业一体化施工，被广泛应用于地铁、铁路、公路、市政管网等隧道工程建设。土压平衡盾构机掘进过程中会遇到不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等，开挖过程中受力十分复杂，工作环境恶劣[1],所以根据地层岩性研究刀盘刀具是非常有意义

2、的。1工程概况及地层岩性分析广州地铁某隧道设计为双线圆形隧道，隧道内径为5400mm,外径6000mmo隧道分为三个区间。盾构一区间上覆第四系为人工填土层、冲积-洪积砂层、土层、淤泥质土和残积土层，其中砂层在东湖范围厚度较大,软土埋藏在浅部，且厚度较薄，残积土层在东湖一带缺失，在东山口一带则厚度较大。下伏基岩白垩系上统东湖段河西濠段红色碎屑岩，风化程度不均一，软硬夹层较多。岩性为棕红色，紫红色，岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹薄层状泥灰岩。盾构二区间上覆第四系土层厚度为5.50米-13.20米，下伏基岩为白垩系上统大山组三

3、元里段碎屑岩，上部软硬夹层较多，岩面略有起伏。岩性主要为杂色砾岩夹暗紫红色粉细砂岩、砾岩与粉细砂互层；本区段盾构隧道部分地段通过微风化砾岩，其抗压强度较高，最大值达62.2MPa。盾构三区间上覆第四系土层厚度变化较大，厚度为5.30-18.40米，下伏基岩为白垩系上统大山组黄花岗段地层，风化较强烈且不均一，软硬夹层较多，岩面起伏较大。岩性主要为紫红色泥岩、泥质粉砂岩，夹含砾粉细砂岩，局部石灰岩和石膏。2盾构段岩土工程条件分析评价根据勘察资料，盾构一区间隧顶埋藏标高约为-13〜-19m,埋深约20-26m,根据工程地质断面

4、图隧道在岩层中掘进。由于软硬夹层较多，同时由于红色碎屑岩为泥钙质胶结,应采取一定的磕土改良措施，防止形成泥饼。盾构二区间隧道结构顶板埋藏深度约21-27mo根据工程地质断面图，隧道大部分地段在微风化岩层中通过，围岩性质相对较好。本段盾构隧道部分地段通过微风化砾岩，其抗压强度较高，最大值达62.2MPa,盾构机掘进时，应注意刀盘的选择。盾构三区间隧道顶板埋深约17-2201。隧道大部分地段通过岩石全风化带和强风化带，属II-III类围岩，对盾构施工较为有利。但由于本区间软硬夹层较多，盾构施工时应注意刀具的选型和刀盘的选择，

5、以及保证良好的磴土改良系统。3刀盘的设计根据岩土情况，设计刀盘具有一般的土压平衡特点，并适合于在岩石条件下开挖。开挖直径6280mm。刀盘由6个辐条和6个钢板组成。每个辐条两边安装刮刀。这些刀具用于在软土或软岩条件下进行切割。通常软岩硬度限制大约为40MPa,但是这些刮刀能够切碎60MPa的硬岩，但只可用于很短一段隧道的开挖。在硬岩中掘进时要根据情况更换一定数量的滚刀。刀盘外表面焊接有硬化防磨保护层，并有以下特点：最终硬度从52到56HRc；工作温度T。