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1、2017年第8期混凝土与水泥制品2017No.88月CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTSAugust针对复合式地层的刀盘设计尹怀秀(青岛环球集团股份有限公司,266500)摘要：结合南昌地铁一号线,依据复合底层的地质参数,从刀盘结构、刀具布置、开口率、搅拌、转速、扭矩、注入口等因素出发,设计了复合式刀盘进行盾构施工。关键词:地质参数；刀盘；结构；盾构Abstract:CombinedwiththeNanchangmetroline1,accordingtothegeologicalParametersofcomPositebottom,thecomPos
2、itecutterforshieldconstructionisdesignedfromthecutterstructure,cutterlayout,oPeningrate,stirring,sPeed,torque,injectionPortandotherfactors._Keywords:GeologicalParameters;Cutterhead;Structure;Shield中图分类号：TU602文献标识码：A文章编号：1000-4637(2017)08-69-030前言1刀盘整体论述盾构机被广泛地应用于水底交通隧道、城市地用于软土刀盘中的刮刀,破岩能力一般都限
3、制下铁道、供排水隧道和电缆隧道等工程。在一些发在30MPa以内,但在复合地层中,岩层可能很软,也达国家,如日本、德国,盾构技术得到快速发展,盾可能很硬(超过30MPa),在这种情况下,必须配置构机具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一滚刀,这就要求设计的刀盘既能同时安装刮刀、先次成洞、不受气候影响,开挖时可控制地面沉降,对行刀、滚刀等多种刀具,又可更换,图2是为南昌地地面建筑物影响小等特点。在隧道线较长、埋深较铁一号线设计的复合式刀盘。大的情况下,用盾构施工更为经济合理。隧道施工是系统工程,各种地质都可能会遇到,地质情况大致可分为均一地层和复合地层。均一地层中盾构机的刀盘只
4、针对本地层进行设计；复合地层中地质情况相当复杂,类似上部软土下部硬岩、上部软岩下部硬岩或软岩中夹带硬岩的情况很常见。图1为广州地铁典型的复合地层。在一条隧道区间施工时,往往会碰到几十米甚至上百米的坚图2南昌地铁一号线复合式刀盘硬花岗岩,其单轴抗压强度一般会在40MPa以上,1.1刀盘结构甚至达到60MPa和120MPa。在这种条件下,以软土刀盘采用辐条式结构,由6根主辐条和6根辅和软岩设计的刀盘和刀具不能适应硬岩的要求,在辐条焊接而成,有限元结构受力分析如图3所示。可以更换刀具的工况下,建议采用复合刀盘。123456781—人工填土层；2—淤泥质土层；3—冲红积土层；4—残积土
5、层；5—岩层全风化带；6—岩层强风化带；7—岩层中风化带；8—岩层微风化带。图1广州地铁典型的复合地层图3南昌地铁一号线复合式刀盘结构分析-69-2017年第8期混凝土与水泥制品总第256期2由图3可知,刀盘最大应力为105444032N/m,整体刀具布置按照全断面切削原理,土体被先2低于Q345B材料屈服强度3.45×108N/m,最大变形行刀在掌子面分割开,刮刀直接贯入切削。切削刀-3量仅为3.642×10mm,刀盘结构设计和材料选用满具的高度直接影响土体的改良,适当的高度可以减足盾构机要求。小切削下的土体与刀盘盘体的摩擦力,减小盾构推1.2刀具布置力和扭矩,刮刀与先行刀刀
6、具高度差控制在30~根据南昌地铁一号线地质情况,刀盘初装刀具50mm为宜。刀具在正方向旋转时,其反方向的刀具为软土刀具,可分为刮刀、先行刀、中心刀、刀盘保后部会受到冲击力,存在磨损甚至崩刃的可能,因护刀、仿形刀、超挖刀。其中,部分先行刀与刀座一此,有必要在刮刀后面加焊耐磨层和焊接保护板,体用螺栓连接,可与滚刀互换,更换时可在土仓内如图5所示。操作。图4为在复合地层中使用的主要刀具类型。复合式刀盘最重要的特征是可以安装滚刀,滚(a)单刃滚刀(b)双刃滚刀(c)正面刮刀(d)边缘刮刀(e)齿刀(f)齿刀(g)先行刀(h)中心刀图4复合地层中使用的主要刀具类型1.3开口率刀盘开口率是
7、指刀盘上开口占整个刀盘面积的百分比。开口率和开口位置是刀盘设计的重要参数,复合式刀盘的开口率在25%~40%之间。开口率过小会导致施工不利,被改良的渣土进入土仓不流畅,开挖量和螺旋机输送量衔接不上,大量的土进图5刮刀及其保护板入不了土仓,使推进效率降低；开口率过大,开口位刀破岩的特点是依靠刀具滚动产生冲击压碎和剪置的开口大小势必会增大,对过大的砂卵石颗粒或切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。滚刀的类型、漂石失去限制能力,有输送颗粒直径限制的螺旋机布置方式、数量、位置和超前量需根据岩层的强度不能把
