盾构机——复合地层中的掘进.ppt

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1、张华中国中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司浅谈复合地层盾构刀具的使用与管理中国中铁摘要随着城市地铁建设的快速发展，盾构隧道施工中复合多样地层不断出现。如何应对复合多样地层已成为我们地铁建设施工技术的关键。我们这里说的复合地层是指：地层上软下硬，开挖面存在孤立的基岩，纵断面岩性缺失较大，裂隙水或承压水较丰富，且区间线路埋深较大(开挖拱顶在20米以下），地表建筑物密集的施工地层。强风化花岗岩裂隙水和承压水较丰富，遇水崩解易形成似流沙，并伴随着承压水的压力。全风化花岗岩虽然含水量不是很大，但其自身的执掌力较差，粘结

2、力不足，轻微地扰动极易剥落。刀盘及仓压对其的支撑与防护是严重不足的。花岗岩和变质花岗岩的单轴抗压强度较高一般在70MPA—130MPa，有时高的可达200MPa。且岩性较完整，整体性较好。由于地表建筑物非常密集、隧道埋深较大、地表建筑物修建年代久远等不利因素，因此对盾构施工沉降控制要求很高。广州市地铁三号线北延一标盾构区间就是这种施工环境，下面我们就以此标段施工情况从三个方面总结复合地层盾构施工与管理。一、刀具在刀盘上的分布复合地层或硬岩隧道施工一般采用设备是的是复合式盾构机，由于设计理念上的差别，对于不同的设

3、备会有一定的区别，如海瑞克盾构机S-438：其刀盘设计上刀具多采用32把17寸单刃滚刀和中心区域的4把17寸中心滚刀；小松盾构机：刀盘设计采用19把17寸单刃滚刀，8把17寸双刃滚刀，4把17寸中心滚刀。这两种机型刀具在刀盘上的布置都采取了从外边缘到中心区域、以单刃刀到双刃刀的排列。但是习惯上一般把刀盘分为边缘区，正面区，中心区，在三个区域中刀具的布置是截然不同的。海瑞克盾构机：布置边缘区与正面区刀具由32把单刃滚刀组成，而中心区域是由4把中心滚刀组成的，总的刀刃数量为40个。边缘区为的刀间距7cm，而正面区和

4、中心区的刀间距为10cm；并且正面区16把刀具呈十字状整齐排列在刀盘的面板上，中心区域的4把中心滚刀呈十字交叉状布置在刀盘的中心处。小松盾构机：刀具布置边缘区由19把单刃滚刀完成，正面区由8把双刃滚刀完成（16个刃），中心区也由4把中心滚刀完成。总的刀刃数量为43个，边缘区19个刀刃刀间距为7cm，但是最外边的43，42号刀刃是同一轨迹。正面区8把双刃滚刀的16个刀刃刀间距为10cm，但是刀具的布置却呈单个散开状分布在刀盘的面板上。中心区域的4把中心滚刀呈一字状整齐排列在刀盘的中心处。二、刀具自身的各个参数充分

5、了解了刀具在刀盘上的布置，对我们如何使用和管理刀具是相当重要的。另外对盾构推进参数的分析和确定也是很重要的。17寸单刃滚刀是如今普遍使用在复合式盾构机上的刀具。其刀圈内径为285mm，外径为432mm，圈体高度为73.5mm，圈体厚度为76mm，刀刃厚度为19—16mm。刀圈与刀体为过硬加热装配多采取0.22—0.25mm米的过硬量和170—190度的加热。（双刃和中心滚刀数据相同）目前国内市场上刀圈硬度多在55—57HRC，其硬度，抗磨度已足够满足我们使用的需要。刀具刀体的启动扭矩和密封性也同样非常重要海瑞克

6、刀具的启动扭矩一般在2.2—2.8公斤，其密封装置多采取两种方式：海瑞克原装刀具采用一道浮动密封，对内密封轴承腔体对外密封泥沙倾入的防范措施较弱；其他厂商（庞万力、改进型国产刀具厂家）除了一道浮动密封外还有防泥沙倾入的尼龙挤压环（两端各两道），加强了防止泥沙倾入的密封措施。其密封性测试为轴承腔体内注入3.5bar压缩空气，通过观察压缩空气泄漏情况判断密封性的合格与否。标准为压缩气体的逃溢量<0.1bar/h。由于这种密封装置设计的特性，密封性的建立完全取决于刀体两端盖对密封装置挤压来完成。刀具启动扭矩的建立也是

7、依靠刀体两端盖挤压轴承从而达到刀具旋转力的设定。所以刀具启动扭矩和密封性相互影响、相互制约。小松刀具的启动扭矩一般在1.8—2.4公斤，其密封装置较海瑞克提高了很多。浮动密封、辅助密封、防尘密封三者的有效结合，大大降低了密封性对轴承预紧力的依赖，致使小松刀具的启动扭矩降较以前的刀具低了0.4bar。其密封性反而得到了提高。这样就大大提高了刀具在复合地层和硬岩开挖时的使用效率。现如今市场上的刀具轴承多采用铁姆肯轴承，加注的润滑油多为壳牌重负荷齿轮油，注意产品把关即可。由于每把刀具所能承受的最大挤推力一般应在26T

8、—28T，因此作用在刀具上的承载力超过设计值，其的自转、密封性都要受到严重地破坏。三、刀具的安装方式刀具在刀盘上的安装方式也是我们使用刀具的关键，尤其是在复合地层和硬岩中的掘进，刀具的紧固是否正常特别重要。海瑞克盾构机刀具的安装方式多采取背装式楔面预紧，较为可靠。但中心滚刀则采取背面螺栓预紧，不如单刀的组装方式。特别需要我们在掘进过程中的复紧。小松盾构机刀具的安装全部采取背面螺栓预紧，