成都砂卵石地层刀具改进技术探究

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1、成都砂卵石地层刀具改进技术探究　　摘要成都地铁建设已经进入了大干时期，随着1号线、2号线及4号线等线路的逐步开工，各参建施工单位在施工初期都遇到了程度不一的困难。具体表现为:刀具/刀盘磨损严重、刀具更换频繁;地层不稳定、刀具更换困难;局部粉细砂层刀盘结泥饼问题等。盾构法施工在成都市场上占主流地位，根据成都地铁施工的各种经验，逐步探索并提出了刀具改进方案并付诸于实践，取得了良好的经济效益和社会效益。关键词刀具改进滚刀技术研究中图分类号：TG71文献标识码：A前言成都地铁4号线一期5标盾构段合计5816m（含盾构空推段），标段盾构施工难度大穿越房屋多，区间之内换刀点设置

2、相对较为困难。主要穿越地层有：松散卵石、稍密卵石、中密卵石、粉细砂、松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石。根据成都施工经验来看，刀具的磨损性能很大幅度影响了盾构施工的进度。一、在砂卵石地层成都、北京地区盾构施工中采用盘形滚刀，其破岩机理与盘形滚刀在硬岩地层中的传统破岩机理有着显著的不同，刀具的磨蚀情况也有较大的区别。11该地质对传统的刀具磨损十分严重，刀具消耗量大，并存在大量的滚刀偏磨（特别是边缘滚刀）、刀圈断裂等非正常磨损。由此带来频繁的换刀、地层加固、换刀安全等一系列问题，导致施工成本巨大。因此，盘形滚刀的选择与使用必须针对本地质的特点做出相应的调整。滚到的破

3、岩机理如图1所示，岩石在滚刀刀刃的压力作用下，形成压应力区域。压力超过岩石所能承受的应力极限时，岩石产生爆裂，其裂隙向四周扩散。当两个刀刃的距离（刀间距）达到适合的尺寸时，其间的岩石呈片状剥离；若刀间距过小，则形成岩石过度破碎，造成不必要的磨耗和能量损耗；若刀间距过大，则无法达到有效破岩的效果。图一滚刀破岩机理二、滚刀在本砂卵地层的破岩与磨损情况11在该地质中施工，滚刀的破岩机理与硬岩破岩有很大的不同。由于开挖面整体抗压强度不高，此时已非传统的破岩机理，滚刀只是将卵石和漂石击碎或挤碎。因此滚刀的磨损情况也有别于在硬岩地层中磨损。相比硬岩而言，滚刀受到更多的刮削磨损和

4、冲击磨损。在整体松散的砂卵地层中掘进，刀圈深深地贯入到岩层中，不但外圆（齿顶）接触岩层受到磨损，刃口侧面也受到极大的磨损；刀圈受到磨损的同时，石英含量很高的砂和卵石也会直接作用于滚刀刀体表面，从而对刀体也产生严重磨损。滚刀在此地质中使用，除了正常的磨损外，还存在大量的非正常磨损（特别是边缘滚刀），其主要形式是滚刀的偏磨、刀圈断裂、刀体过度磨损等。导致滚刀偏磨的原因主要有：2.1启动扭矩过大滚刀在该地质中使用，由于开挖面松散，不能提供足够大的反力克服滚刀本身的启动扭矩以及土仓内渣土的摩擦阻力力矩和刀箱内渣土的阻力力矩，造成滚刀不转，导致偏磨（图2）。11图二启动扭矩过

5、大造成的偏磨明显特征：刀圈其余部位几乎没有磨损，刀体、端盖无明显受到撞击和变形状况，刀圈无断裂，刀具没有漏油和进泥现象2.2刀体变形在整体松散的砂卵地层，不但刀圈的磨损，而且刀体的表面也磨损严重，特别是因富含石英的砂粒和坚硬的鹅卵石，对刀圈和刀体都产生巨大的磨蚀。而传统的滚刀刀体材质为42CrMo，硬度约为HRC28～32，不具备很高的抗磨蚀性，很快被磨薄而降低了强度。当刀盘转速为2转/Min时，对于直径为6.28M的刀盘，边缘滚刀的线速度约为0.65米/秒，而对于直径为12M的刀盘，边缘滚刀的线速度高达1.25米/秒，若撞击上漂石或大块的鹅卵石则造成刀体变形，导致

6、滚刀不转，形成偏磨（图3）。图三刀体受撞击变形造成的偏磨明显特征：刀圈已有一定程度的均匀磨损，刀体已受磨损严重并有明显的受撞击痕迹，刀体与端盖之间卡死。2.3刀圈断裂11传统的硬岩滚刀刀圈，多采用材质相当于美国标准的牌号H13合金工具钢，为了达到一定的耐磨性，常见的热处理硬度为HRC56～58。如果对材料的成分、锻造工艺、热处理工艺等质量控制出现偏差，容易造成刀圈的脆性增加，在大的卵石和漂石的高速撞击下，造成刀圈断裂，特别是刀圈经磨损到一定程度后强度变弱图四刀圈受撞击后断裂三、在砂卵地层提高滚刀使用寿命的对策3.1刀圈根据滚刀在砂卵地层中的破岩机理与硬岩中的区别，刀

7、圈的截面尺寸和性能指标应作出相应的调整：A）为了提高刀圈的耐磨性和使用寿命，将刀刃宽由3/4吋增加到28MM或更大（图5），同时提高其抗冲击能力。B）由于砂卵地质中石英含量高，其显微硬度高、磨蚀性高，为了提高刀圈对付石英的抗磨性，材料成分中适当提高钒、铌、钨、钼、镍、铬等合金元素的含量，同时控制好锻造工艺和热处理工艺，以达到细化晶粒、提高其抗冲击能力。图五刀圈截面尺寸C）由于滚刀在本地质中使用，受到较大的撞击，因此不宜为了提高其耐磨性而片面的提高其硬度，必须兼顾其抗冲击能力。113.2刀体由于刀体在本地质中使用，会受到严重磨蚀和撞击，故刀体应具备较强的耐磨性和抗