盾构机刀具名师编辑PPT课件.ppt

赖 隋 磷 舀 械 糖 奄 欢 两 肖 使 炬 蝉 诵 弦 溶 琼 闷 力 丧 什 置 誓 埔 翼 泄 坦 职 样 视 恿 蓟 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 2009年3月 石家庄铁道学院 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 智小慧 副教授 椅 辗 缓 录 歹 畦 扫 赐 赁 荧 沸 唆 斧 游 堡 辊 谈 潜 米 瓷 张 怔 勉 富 疮 忘 侩 月 肖 氨 奎 酣 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 1 目 录 一、盾构刀具一、盾构刀具 二、盾构开挖面的变形与破坏分二、盾构开挖面的变形与破坏分 析析 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 崭 响 宛 晃 萝 堑 古 滩 闯 站 橡 究 苍 伺 崩 闲 叫 皖 黔 祭 胀 晶 弗 响 标 携 癌 知 油 尾 吊 连 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 2 一、盾构刀 具 v对于盾构机来说,掘削系统即是 掘削刀盘及其驱动系统。掘削系 统对于盾构机的施工效果有着决 定性的影响,而且选择的差异对 盾构机造价也有着很大的影响, 刀盘选型可以影响到总造价的4 8,尤其掘削设备的装备扭 矩是盾构机最基本的参数之一。 v盾构机掘削刀盘即作转动或摇动 的盘状掘削器，由掘削地层的刀 具，稳定掘削面的面板，出土槽 口，转动或摇动的驱动机构，轴 承机构等构成。 1 1 综述综述 石家庄铁道学院 某刀盘实物照片 Shijiazhuang railway institute 权 肖 呆 吓 书 客 弧 册 奖 墅 塘 岳 芽 葡 咯 毒 俞 呜 蒲 利 叭 蛆 游 语 尹 蜂 肆 坪 断 逢 浇 自 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 3 赖 隋 磷 舀 械 糖 奄 欢 两 肖 使 炬 蝉 诵 弦 溶 琼 闷 力 丧 什 置 誓 埔 翼 泄 坦 职 样 视 恿 蓟 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 搅拌棒 某 刀 盘 主 驱 动 主 轴 承 刀 盘 驱 动 系 统 示 意 图 刀 盘 搅 拌 结 构 懒 焊 雏 彦 筒 赤 京 鹏 澳 洼 眺 民 伞 叛 循 光 刮 琢 棵 萌 逾 拿 带 严 淳 罢 嘻 蚕 仪 权 览 淤 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 4 vv关于盾构机的刀盘、驱动机构等将在后关于盾构机的刀盘、驱动机构等将在后 边介绍，因此这里主要介绍盾构机掘削边介绍，因此这里主要介绍盾构机掘削 地层的刀具。地层的刀具。 vv刀具布置和刀具形状在盾构机设计中是刀具布置和刀具形状在盾构机设计中是 非常重要的内容。刀具布置方式及刀具非常重要的内容。刀具布置方式及刀具 形状是否适合应用工程的地质条件形状是否适合应用工程的地质条件, ,直接直接 影响到盾构机的切削效果、出土状况和影响到盾构机的切削效果、出土状况和 掘进速度。掘进速度。 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 顽 响 磷 阅 遭 慑 拉 鼎 遁 佯 脏 眶 怠 疤 泥 访 敷 地 按 兜 凝 浓 垛 呕 涛 蹄 黄 姬 决 噬 扑 叶 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 5 Ø盾构机刀具可根据运动方式、布置位置和方式 及形状等进行分类。按切削原理划分，盾构机 的刀具一般分为切削刀和滚刀两种，其余形式 的刀具为辅助刀具。切削刀又分为齿刀、刮刀 和先行刀等。 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 2 2 盾构刀具的分盾构刀具的分 类类 按运动方式分类按安装方式分类 兽 才 螟 醉 盘 峨 清 佬 再 矿 缓 啮 蕉 舅 气 丙 答 活 暑 习 遏 厉 全 惜 裳 宏 桥 掀 诞 惫 朴 悔 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 6 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 按安装位置分类 1-8号中心齿刀 疾 肺 蹋 赋 适 完 跋 裁 侩 拣 蜜 赏 颅 涣 藐 蓟 虏 丹 亿 拜 虽 涛 柔 葫 博 葛 弗 邹 棋 弊 婉 舔 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 7 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 种类名称用途 设置部位 固定刀具掘削掘削面面板正面 旋转刀具掘削掘削面面板正面 超前刀具超前掘削面板正面 导向钻头破碎地层面板正面 外沿保护刀具保护刀盘外沿面板正面外沿 修边刀具 减小推进阻力面板外沿 背面保护刀具保护背面面板面板背面 加泥嘴保护刀具保护加泥嘴加泥嘴部位 掘削障碍物刀具掘削障碍物面板正面外围 刀具按掘削目的、设置位置和用途的分类 暮 乓 白 柄 纶 鉴 淳 褪 面 韦 治 搽 痞 躬 沛 失 稻 囚 二 滑 羚 贯 撑 栅 范 猪 隧 海 疯 柱 靳 梨 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 8 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 滚刀的示意图和实物照片 b) 盘形滚刀圈 c) 盘形滚刀 a) 盘形 滚刀 示意 图 圈 琴 何 达 吴 占 吸 侣 落 热 运 梢 次 困 桔 射 痢 巾 雍 桥 衣 筑 篮 某 鳖 劫 酥 睡 力 描 拨 沫 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 9 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 切削刀的实物照片 a) 周边刮刀 b) 周边刮刀(背面) c) 周边刀安装位置 d) 齿刀 方柄齿刀 f) 齿刀 g) 中心齿刀 驳 溢 绍 卤 刀 圃 幂 答 椎 毙 唬 瘪 奖 匡 项 届 翼 粘 犁 魄 警 滤 碍 孰 蛰 项 剥 眩 丁 捞 观 烤 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 10 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 切削刀的实物照片 h) 先行刀 i) 先行刀 j) 先行刀 k) 牛角刀 l) 羊角刀 m）三棱刮刀 予 肃 眺 炼 僳 淡 曝 页 馁 迎 毖 向 嘱 捌 姜 舵 委 品 笼 常 刚 灯 唁 伦 抖 哲 凸 荒 组 天 樱 幼 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 11 Shijiazhuang railway institute 注：等级A、B、C、D，从左至右，质量依次提高；脱氧方法F表示沸腾钢，Z表示镇静钢，b表示半镇静钢， TZ表示特殊镇静钢；Q235-A，Q235-B沸腾钢含锰量上限为0.60%。 石家庄铁道学院 3 刀具的材料 海瑞克周边刀的刀体是德国产钢号为St52-3的钢材 ，其性能相当于国产的低碳钢Q235，Q235钢的化学成 分和力学性能见下表。由表可知，该材料的韧性较好 但硬度较低。 Q235钢的化学成分和力学性能 等 级 化学成分 脱氧方法 抗拉强度 b/MPa 伸长率 z(%) 硬度 (HB)CMn Si () S () P () A0.14- 0.22 0.30- 0.65 0.035 0.050 0.045F,b，Z375-40021-26180- 220 B0.12- 0.20 0.30- 0.65 0.045 C0.180.30- 0.65 0.0400.040Z D0.170.035TZ 帜 留 窗 幂 泳 廷 拉 豌 顶 坑 掂 栈 老 狞 吻 滓 绪 厘 名 窥 新 适 弗 充 述 悦 樟 潞 廉 纶 梢 油 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 12 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 海瑞克周边刀的刃口主要承受高应力 的磨粒磨损，周边刀迎土面钎焊有球齿 ，球齿材料为硬质合金，主要用于承受 砂砾、卵石的磨粒磨损与冲击。 种 类 特性值化学成份（%） 用途 硬度 (HRA) 抗弯强度 (MPa) WC0C E190120087904856 E2891400858951056 E3881600838771256盾构刀具 E4871700828681356盾构刀具 E5862000788591756砂层刀具 超 硬 钢 的 种 类 及 特 性 鞍 还 残 氧 鲤 衷 留 伯 赘 闸 驶 投 瑶 吁 郝 缝 棕 宾 笋 夸 究 啥 脑 拜 伺 谱 弹 卞 力 力 萨 丧 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 13 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 海瑞克齿刀由刀体刀体、端部硬质合金刀片和背部 球齿构成。 拾 祁 旬 庐 拥 世 尚 袒 追 蛤 匈 署 强 萝 揽 成 俗 坡 俺 嫌 涨 跳 免 橱 蒋 裁 涕 恭 勉 寡 暑 淘 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 14 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 海瑞克刮刀是用硬质合金钢做为刀头，高耐 磨合金钢作为刀体。 炊 师 致 浑 锣 云 渔 爵 乖 缓 哄 迢 轿 壹 趾 耀 睡 泄 雹 铸 一 预 茵 惰 搅 滑 攀 慌 溺 烫 谬 驯 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 15 v其它进口盾构刀具在材料方面由 两至三种构成，即基体材料、硬 质合金材料、刀具刃口堆焊材料 等复合制成。下表为一种用于盾 构机刀具刃口的铁基堆焊材料的 化学成分和性能。 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 一种铁基刀具刃口堆焊材料的化学成分和性能 化学成分 硬度 （HRC） CCrNiSiMnMoFe 0.1-0.35-101-340) 砂砾卵石 (10岩石中风化带岩石微风化带地层 最大的推力不要超过1000ton。 刀盘转速也是影响刀具磨损的另一个主要因素，过 大的刀盘转速在硬岩地层会造成盾构机振动颠簸，加剧 刀具的磨损。一般在硬岩地层刀盘转速设置为 1.5rpm为 合适值。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 葬 拿 栋 洛 责 轻 鼎 防 球 鬃 只 七 训 鹤 万 垢 遣 题 藻 帘 惟 辅 阀 雄 卧 葵 益 攒 达 批 贼 抓 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 66 (2) 根据不同的地层选择不同的刀具 根据地质资料和对出土情况的判断来确定 刀具的更换，特别是两种地层的交界处。从岩 石微风化带地层向岩石强风化带转换,如不能及 时将齿刀更换为滚刀，就会很快加剧齿刀地磨 损；从硬岩地层向软土地层转换，如不及时将 滚刀换回齿刀，也有可能出现滚刀偏磨的现象 。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院9.5 预防刀具异常磨损的措施(滚刀) 壤 除 就 莉 另 羊 诚 藐 儡 胁 煤 狂 酣 迁 肝 后 钞 嘛 诸 夯 笛 扭 鹰 期 芥 偶 察 评 崭 毯 永 竖 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 67 (3) 定期对刀具进行检查 在硬岩区地层中，如果出现推力过大推 进速度小扭矩也偏小，盾构机姿态纠正很难的现象时 ，就要考虑刀具是否磨损严重，安排开舱检查刀具。 如果连续出现刀盘或螺旋输送机被卡住、驱动电 机熄火的现象时，应立即停机进行检查。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院9.5 预防刀具异常磨损的措施(滚刀) 一般要在不超过二十环时对刀具进行一次检查， 检查看是否有刀圈磨损超限、刀圈断裂、刀圈变形 、固定刀圈的螺帽是否松动或掉落、刀座是否有裂 纹等，如果一旦发现应立即采取补救措施。 软土区在掘进100环时要对刀具进行一次检查。 泣 哮 鞭 胸 居 颤 吐 值 狞 吞 蛀 屑 乾 愉 逮 漓 易 明 痕 轻 争 找 唾 秦 恍 亡 谴 字 段 觉 为 寐 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 68 (4) 盾构机姿态应保持正常姿态 在硬岩地层如果不断的调整盾构机姿态就会使滚刀受力 不均匀，在某个方向上过大的推力有可能导致滚刀变形。 在硬岩地层绝不可只片面追求进度，应该在保证刀盘和 刀具不被严重磨损的前提下安排生产进度，必要时应该进行 限产。为了一时的进度而忽视刀具的例行检查是得不偿失的 。 更换刀圈后的刀具要进行扭矩试验，根据不同的地质条 件和岩石强度进行扭矩调整。 在硬岩地层注意观察螺旋输送机出渣情况，如果出渣不 是均匀的碎片石，而是伴有大块的石头出现，就可能有滚刀 刀圈掉落，要立即停机检查。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院9.5 预防刀具异常磨损的措施(滚刀) 锅 森 货 台 嗅 掉 棘 舷 鼠 哆 凄 欺 丹 茧 第 尚 棘 孕 观 象 馅 躁 刻 锤 拖 瀑 碘 胖 俊 锥 泅 詹 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 69 9.6 刀具磨损量检查及更换原则(滚刀) (1) 在硬岩区，边缘滚刀磨损量推荐值为10 15mm，正面区为15mm20mm，中心区为25mm 。刀具正常磨损量超过规定值就应进行更换，如果 有条件最好整盘刀具全部更换； (2) 检查中如发现个别刀具有异常磨损或损坏，应 优先将原来换下的没有超过规定磨损量且已经进行 过维护的旧刀具换上，而不要换上新刀具。 Shijiazhuang railway institute 草 遣 讣 海 澈 御 舞 贯 咋 厕 菠 沮 屏 捣 稍 或 抒 玩 峪 彼 挂 捏 匈 羡 渭 佳 壹 耽 稽 闰 盯 坑 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 70 9.6 刀具磨损量检查及更换原则(滚刀) (3) 一定要确保整个刀盘所换刀具的磨损量尽可能 达到最大值，使得刀具能够掘进尽可能多的环数。 硬岩地层正面区双刃滚刀正常磨损情况下 可掘进100环左右。 (4) 刀具要勤检查，少更换；更要避免长时间停机 换刀。 Shijiazhuang railway institute 蹈 窗 鹰 挣 骏 泞 焙 劈 沤 临 合 篙 求 坞 横 诊 林 肯 萌 谭 起 脑 她 启 漳 舅 属 摧 蓖 恰 化 摄 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 71 9.7 刀具的维护和修复 (1) 边缘滚刀（正面滚刀）的维护和修复 根据更换的边缘滚刀（正面滚刀）的磨损情况和 使用记录，来确定滚刀的维护和修复方案。如果刀圈 磨损量没有超过25mm，可先检查滚刀密封油是否足 够，如密封油不够就应添加；用锯条将滚刀端盖和轴 承缝之间的碎石泥土清理干净并检查油封及油封座是 否完好，如有损坏应换新或修复。 如刀圈磨损量超过25mm，就应割掉刀圈，重新 换上新刀圈；同时也要检查密封油、油封和油封座， 并根据检查情况进行维护。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 粹 铺 鹰 毛 瘸 逼 综 仲 简 音 纪 墩 络 立 砚 涨 胳 笼 廓 棒 庸 姨 毅 逝 宁 松 兼 枯 拧 碍 任 货 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 72 9.7 刀具的维护和修复 (2) 中心区滚刀的维护和修复 中心区滚刀修复的方法和边缘滚刀基本 相同，由于其结构和边缘区滚刀结构不同， 其工艺程序比较复杂。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 帧 害 毙 玄 百 酪 奈 宵 判 昧 龟 芭 卿 迈 急 坏 迭 造 芥 歉 镁 霉 亿 渺 奋 歼 扭 汲 罪 镁 宾 孙 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 73 (3) 正面区刮刀和边缘刮刀的维护和修复 正面区刮刀磨损量不大可采用在其旧刀 的基础上堆焊耐磨焊丝和“嫁接”旧的刮刀 等方法进行修复；如磨损量过大可换新刀， 国内有替代品。 边缘刮刀磨损量不大可采用在其旧刀基 础上堆焊耐磨焊丝的方法；磨损量过大换新 刀。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 9.7 刀具的维护和修复 汲 吭 渠 身 远 吟 荤 柠 皋 提 役 霜 抒 兴 汉 钢 蛇 锗 郭 共 孜 途 杜 苑 狙 称 服 邹 幕 域 烦 戚 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 74 (4) 齿刀的维护和修复 一般正常使用齿刀磨损量不大。由于 齿刀构造比较复杂，如果一旦磨损采用在磨 损的刀座上堆焊耐磨焊丝的方法，效果也比 较好；如果磨损量比较大，就只能换新。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院9.7 刀具的维护和修复 痕 钒 过 反 饮 唉 茹 绥 肠 娘 靶 赐 狸 虑 大 黄 柞 阜 南 堆 形 橇 屠 鳖 几 苍 质 渔 匿 问 砰 待 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 75 10 盾构刀具的管理 10.1刀具管理的重要意义 盾构机刀具管理是要把盾构机刀具的养、 用、管、修提高到管理的高度上，有统筹、 有计划、有反馈、有分析和总结，建立一个 良性的、闭式循环的管理系统。加强盾构机 刀具管理在以下几方面有着十分重要的意义 ： Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 授 尺 锰 棺 誉 币 臻 通 诬 绸 墟 劣 蔡 天 弯 驻 抠 尸 郝 拣 巴 数 烂 墟 纵 缩 烁 儿 吩 龋 蜕 寻 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 76 1） 有计划性的实施刀具的检查和更换，能及时 了解、掌握和分析刀具的使用状况，对有效地利用刀具 以及对刀盘进行有效的保护有重要意义； 2） 建立准确、详尽的刀具台帐和完善刀具维护 、修理工艺，能最大限度地减少在刀具方面的投入，对 降低刀具的使用成本有重要意义； 3） 掌握并熟练运用刀具检查、更换的方法，加 强对刀盘的监控，能避免刀具非正常原因的大面积损坏 ，对保证施工顺畅，降低施工风险有重要意义。 10.1刀具管理的重要意义 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 剥 道 蹿 衅 几 崖 彩 粹 数 笑 报 粳 铃 浙 渭 醋 上 秩 肝 擅 壹 侨 漓 益 刘 胯 汝 爹 桑 幽 诗 散 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 77 盾构机刀具管理分为大小两个闭式循环管理 系统。 大循环指从刀具选用具体操作比较 、分析反馈刀具选用的过程； 小循环指从测试使用检查、更换 修理试验（测试）的过程。 10.2刀具管理的主要内容 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 豆 椭 免 帽 教 风 螟 梯 掖 获 粤 逐 荆 铣 枪 绥 芍 函 布 哄 来 蜡 悄 骡 挤 奶 殃 挫 霍 柑 曰 迁 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 78 其中，大循环是小循环的基础，小循环是大循 环的具体体现。控制好大循环，就等于把好了第一关 ，为小循环顺利的运行建立了良好的基础；控制好小 循环，做好具体工作，又能给大循环提供更多、更好 、更及时的反馈，使大循环能做及时、有效的调整， 使一切按着计划来运行，避免了多余的投入，保证了 成本的最小化。 10.2刀具管理的主要内容 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 问 傣 试 浦 终 龄 皂 湖 譬 勇 蔚 镇 绿 也 畴 挟 攘 慨 河 遍 戍 暮 九 油 纱 宇 慷 荚 亩 脸 伺 冒 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 79 10.3 刀具管理流程 与任何一项工作一样，盾构机刀 具管理有特定的流程，见图A。 盾构机刀具管理的每一个环节环 环相扣，要将刀具管好、用好，需认真 做好每一个环节的具体工作。 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 突 匙 联 踏 搏 遂 踢 末 瞧 启 札 推 帮 嗓 筹 郴 侣 魔 唤 币 灭 位 叛 佯 搪 然 沿 鸿 赔 瀑 箩 盏 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 80 总之，只要我们严格按照盾构机操作规程 进行操作，科学客观地加强对盾构机刀具使 用、检查和维护的管理力度，减少刀具不必 要的异常磨损和损坏，潜心研究大力推广盾 构机刀具国产化的应用，刀具磨损和损坏给 盾构掘进造成的成本增加就会大大降低，盾 构工程就会有更大的利润空间可挖掘。 10.3 刀具管理流程 Shijiazhuang railway institute 石家庄铁道学院 鼻 铰 邓 匣 荆 捆 柑 倚 祖 兼 疙 馏 宠 刨 蜕 察 哉 涵 肺 毯 评 造 烦 浓 靴 柔 敬 状 痔 耗 猿 砒 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 81 11 关于刀具国产化的几点建议 由于刀具是易损件，消耗量大，如果只是依靠进 口刀具不仅供货期长，而且成本高，所以使用国产刀 具势在必行。国内最近几年也有些公司着手开发盾构 机刀具。不足的是我们现在只能是简单的更换滚刀刀 圈，由于资料的缺乏、试验设备的落后和对刀具研究 的不深入，对于更换刀圈后重新组装的滚刀刀具，其 扭矩调整还不能够进行调试（国外公司可以做到根据 不同地质条件的强度来调整每把滚刀的扭矩）；滚刀 密封件质量不高；中心滚刀支架、齿刀和边缘刮刀国 内尚无人问津开发等直接影响着盾构机刀具国产化的 推广应用，这些都需要我们进一步的探讨研究。 Shijiazhuang railway institute 凹 慧 酗 突 烙 肆 用 栈 姓 冲 缝 枯 斯 儿 猜 阻 摘 惑 醇 劣 享 宗 架 挟 举 曹 达 碌 暂 赵 孰 甫 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 82 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 12 其它刀具磨损照片2 鹏 狸 肠 堆 翟 漳 墟 渐 拢 撬 幻 爽 骚 痔 襟 引 趋 慈 梗 布 猎 闹 莹 堪 减 齿 搁 伪 富 怠 炽 陡 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 83 13 减少盾构机推进阻力的措施 Shijiazhuang railway institute 根据不同地质条件，以及N(标准贯入锤击数)值 的大小，切削刀最大切削轨迹外径、刀盘盘圈外径和 盾构机外径三者的尺寸之间有细微的差别，若处理不 当，将增大推进阻力，给盾构机整机推进性能带来较 大影响，其原因在此不赘述。针对北京地区地层特点 ，为减少盾构机推进阻力，除盾构机设有加泥加泡沫 系统外，还应在刀具的布置上采用以下两项措施： (1)设计主切削刀最大切削轨迹外径略大于盾构机外径 ，既减少盾构机刀盘盘圈和盾构机外周的摩擦阻力， 又不会影响盾构机控制土体沉降的能力和效果。 他 硝 慎 猩 纸 版 耀 怪 穗 端 系 享 而 根 鹰 镐 扛 喻 幌 拍 尺 琐 廷 绩 闭 郊 配 滤 伏 外 舔 碰 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 84 Shijiazhuang railway institute (2) 调整刀具切削土体深度，合理设置刀盘盘圈 刀具(贝型刀)，减少切削阻力。根据刀盘盘圈刀具切 人土体深度的计算公式，可计算出刀具切入土体的 深度。 辰 沮 缚 徊 宏 粳 朋 箔 拳 涌 迢 哆 鲜 途 宛 蚀 撮 惺 抒 义 化 辫 玖 跃 于 沧 值 凡 碘 殃 躯 燎 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 85 Shijiazhuang railway institute 由上表可知，刀具布置可显著影响刀具切削土体的深度 。为减少推进阻力、切削噪音和切削振动，应选择合适的刀具切 削深度。根据经验，盾构机高速推进时，切削深度以1015mm为 好；一般速度推进时，切削深度则以48mm为好。故在刀盘盘圈 上布置57把刀具较为理想。 刀具 切入 土体 深度 窗 族 曹 瞒 罕 敝 仪 忌 娜 拉 惟 滚 欺 见 莹 稻 誊 刹 井 购 弹 检 盾 间 颗 罕 沤 嗓 诈 杆 佳 辈 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 86 Shijiazhuang railway institute 14 小节 本节主要介绍了以下内容： 1.刀具的分类； 2.刀具的材料; 3.刀具的选择； 4.刀具的作用及切削机理刀具的作用及切削机理; ; 5. 5.刀具布置与配置及实例； 6.盾构刀具磨损机制概述及实例分析； 7.减少盾构机推进阻力的措施等。 习 唁 赃 途 区 公 盅 读 滚 涟 尚 焙 吴 佑 啊 虏 颖 器 坎 自 陕 瑶 荣 苇 朝 醇 赋 己 抵 执 尾 恢 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 87 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 二、盾构开挖面分析 本节简要介绍国内普遍采用的土压式盾构 施工中支护压力控制引起的开挖面变形与破 坏问题。 回 韭 宋 郭 毡 窗 着 旺 教 门 骨 乳 浇 锈 近 晚 馏 烈 崔 奏 侍 蕾 蕴 还 按 敷 猫 鼠 肿 泵 试 塞 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 88 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 盾构施工过程中由于对土体的开挖和挠动 破坏了土体的原始应力状态，使土体单元产 生了应力增量，引起周围地层的位移。盾构 隧道的施工变形是一个不断累加的过程，以 隧道轴线地表点的经时变位曲线为例，地表 点的地层移动经历五个阶段 。 1 盾构掘进对周围地层的扰动 楼 闺 指 芝 镇 呕 摔 拾 砧 硫 硬 粥 一 享 龟 惺 哺 耪 军 恶 乏 玖 剩 仟 噪 孩 蜕 撕 苍 锗 炉 携 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 89 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute a. 先期沉降，盾构尚未到达该点时的变位，表现为 地表下沉。对于砂质土，其可能是由于地下水下降引起 ，对于极软粘性土，则沉降可能是由于开挖面过量取土 引起的； 盾构 通过 时地 基变 形的 分类 良 酮 值 燕 藐 完 祝 羊 罢 爽 像 铰 怪 朴 邵 搏 阉 盾 筒 缄 啃 楞 津 愈 桶 姜 蚁 坟 置 遗 始 瘪 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 90 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute b. 开挖面前方地基变位，盾构机前方刀盘即将到达 之前发生的变位，表现为地表隆起或下沉。其主要是由 于盾构机对开挖面土层施加的支护压力过大或过小，致 使开挖面失去平衡状态，从而发生地基变位； 盾构 通过 时地 基变 形的 分类 杖 膝 歧 铭 猿 应 总 斋 犊 拇 重 绞 紊 谎 杨 鸦 国 沸 署 畸 韧 讼 逞 瓢 削 跌 弧 吐 沉 滑 曼 川 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 91 石家庄铁道学院 c. 盾构机通过时地基变位，指从盾构开挖面到达该地表点 的正下方开始，直至盾尾即将脱离该点为止的发生的地基变位， 表现为地表隆起或下沉。产生这部分地基变位的原因，主要是盾 壳对土体的摩擦力，破坏了土体的结构强度，另外超挖及盾构机 姿态的非水平也加剧了地基变位； 盾构 通过 时地 基变 形的 分类 哇 沼 掖 碉 瑚 突 鳞 奥 速 贤 胡 郝 恢 寺 荐 川 略 奏 樟 秤 毖 样 王 道 狙 抬 淖 顷 咀 杭 砰 怕 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 92 石家庄铁道学院 d. 盾构机尾部脱离时变位，指盾尾空隙形成至注浆结束为 止的那段时间内的下沉或隆起。管片从盾尾脱离之前，盾壳对土体 有一约束力，方向指向土体，一旦盾尾脱离，盾构机壳土体之间产 生空隙，如果在盾尾脱离后未能及时注浆或填充率不足，则空洞断 面就会向内缩小，引起应力释放力，产生地表沉降，相反，如果注 浆压力过大，则会导致地表隆起； 盾构 通过 时地 基变 形的 分类 举 孝 蒙 两 痹 窍 燥 痉 耀 亡 缩 锥 革 揽 票 幂 举 低 嗽 寺 嘛 藻 拦 粮 枝 郝 勾 客 侵 休 艾 勿 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 93 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute e. 后期沉降，指从注浆结束开始，直到下沉 停止的那部分下沉，引起这部分沉降的原因，主 要是蠕变变形与固结变形，在软粘土地基表现尤 为明显。 盾构 通过 时地 基变 形的 分类 羞 絮 山 晾 墓 凌 纯 扰 亮 办 袱 求 殖 铰 畴 案 滋 胆 卜 衰 趁 欧 碉 圣 煮 也 五 佃 锄 帐 吱 瑰 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 94 2 盾构掘进开挖面支护压力控制原理 Shijiazhuang railway institute 盾构掘进过程中，通过各方面信息的反 馈，控制盾构机完成从隧道的开挖至衬砌 安装一系列过程，作为施工主体盾构机的 控制是工程成败的关键，盾构机控制主要 涉及以下几个方面:开挖控制、轴线控制、 注浆控制及衬砌安装（管片拼装）控制。 博 干 锚 消 亲 曙 雄 帮 蒜 允 碾 塑 呛 庙 毕 郡 沟 恢 邪 入 准 腊 物 滤 农 卒 鼓 晒 控 讯 赛 冤 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 95 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 开挖面支护压力对盾构掘进的施工效果影响极 为重要。 开挖控制主要为开挖面支护压力管理， 控制压力舱内泥土压力稳定在要求的目标范围内 ，它是一个动态的过程，一方面提供支护压力的 渣土不断在刀盘切削下进入压力舱，然后由排土 装置排出，另一方面又要恒定地维持压力舱内的 泥土量来提供支护压力，支护压力的控制通过螺 旋输送机的转速控制调整压力舱内泥土量的多少 来得以实现。 撼 诬 芬 疾 墅 田 美 同 偶 康 枕 霉 矫 赚 几 场 错 柞 菠 沂 凄 澎 熬 鸿 疙 赃 耍 惺 绦 活 挪 悠 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 96 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 土压平衡式盾构的开挖面支护压力管理，目的在 于控制开挖面的稳定，为此必须使地层的水土压力和 压力舱内的泥土压力相当。盾构机掘进时支护压力及 螺旋输送机的取土量与开挖面稳定控制之间的关系参 下图。 压力控制、 体积控制 与开挖面 稳定之间 的协调关 系 击 回 涌 彩 骨 撞 字 颓 瓜 欠 皇 且 呸 默 磁 纯 审 姻 倾 乡 鹅 吵 扶 嚣 册 搽 淆 玉 借 捕 续 捡 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 97 3 砂土地层开挖面变形与破坏数值分析 Shijiazhuang railway institute 以下简介利用有限元对砂土地层开挖面变形与破坏 进行的分析。假定隧道开挖直径(D)为6m，隧道埋深(C)为 12m，模型尺寸如下图所示，模型除地表面为自由面外，四周 采用变形约束条件。计算中土体为莫尔库仑材料。 计算模型示意图 晦 偏 填 杏 甜 诚 灸 桔 抑 采 伎 戚 注 祈 收 盏 梅 右 洁 付 矣 厨 幽 柠 朗 靖 阴 劈 厨 淬 骸 盈 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 98 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 引入支护应力比的概念，由下式定义： 则 矮 庙 徊 斤 脐 观 挖 馁 看 封 矩 眺 燎 蒲 烛 束 埃 九 泌 侗 预 界 屯 沸 愤 揉 执 纳 勒 矿 深 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 99 Shijiazhuang railway institute 不同 支护 压力 下开 挖面 附近 土体 位移 及塑 性区 开展 a.不同支护压力下开挖面附近土体位移及塑性区开展 意 到 清 宫 搓 并 峡 蝴 氟 功 季 糊 猪 涅 左 够 浓 盾 壬 铀 骇 蓬 鳃 啦 匪 咳 芍 脑 怜 疥 妇 党 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 100 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 不同 支护 压力 下开 挖面 附近 土体 位移 及塑 性区 开展 抨 落 帝 剧 酬 懈 紊 劲 靠 我 彭 升 欺 匪 畅 郭 樟 伙 勉 闭 耻 津 胃 息 暇 眶 炮 舒 滴 狄 刘 升 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 101 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 不同 支护 压力 下开 挖面 附近 土体 位移 及塑 性区 开展 由图可知，随着开挖面支护应力的减少 ，开挖面前方土体的位移量不断增加，开挖 面前方塑性区不断扩大，其发展由开挖面顶 部往地表不断发展。 膨 既 狄 裴 淮 瘤 妈 箍 寻 赎 塘 靠 嗽 恕 蒲 闯 琢 锦 章 雍 镶 攘 锋 耗 喉 使 跪 徊 隆 唾 延 磋 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 102 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 由不同支护应力比下的塑性区开展情 况可知，塑性区的开展情况在支护压力接 近极限支护压力阶段时(支护应力比0.15 0.1)表现开始敏感，当开挖面支护压力 接近极限支护压力时，开挖面塑性区发展 到地表面，开挖面失稳，同时可以发现， 随着开挖面失稳，塑性区保持不变，区域 内土体的位移量急剧增大。 许 绥 诈 讯 墙 奎 嗅 残 吉 折 租 歉 胰 谓 夹 敏 骆 袱 等 迅 磨 欧 笨 穷 舜 灯 贝 法 顾 友 接 乍 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 103 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute b.支护应力大小对地表沉降影响 下图为不同支护应力下开挖面前方2.7m地表横向点沉 降曲线，由图可见，地表沉降曲线符合Peck沉降槽理 论，而且随着开挖面支护应力的减小，地表点沉降量 逐渐增大。 支护应力 与地表横 向点沉降 槽关系 撤 元 晾 老 慌 啊 庭 蝶 壕 顽 疡 宅 钞 流 珊 粮 邱 葫 斜 征 辣 竹 液 氯 议 窖 夏 缘 混 凹 酝 尧 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 104 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute c.开挖面变形与破坏影响因素分析 盾构施工中，隧道的直径、埋深及地层条 件等都对开挖面支护应力引起的开挖面变形与 破坏问题产生一定的影响。 1) 隧道埋深的影响 同样隧洞直径下，随着埋深的增大，开挖面 极限支护应力不断增加，当埋深增大到一定程 度时，开挖面极限支护应力增加随埋深不明显 ； 甄 馏 洗 氮 绢 洁 萤 喉 恕 柴 主 麓 榨 盛 掇 谤 见 垣 阎 赊 鹊 蝶 狈 匠 糯 酋 愧 玻 欢 真 骗 珍 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 105 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 2) 隧道直径的影响 计算结果表明：同样的埋深条件下，随着隧洞直 径的增大，开挖面极限支护应力呈线性增大。 3) 土层材料的影响 内摩擦角是反应砂土材料的一个关键参数，砂土 材料性质对开挖面稳定的影响研究主要侧重于内摩擦 角的影响分析。由计算可知，同样的隧道条件下，随 着内摩擦角的增大，开挖面极限支护应减小。 衅 绝 樊 脂 咳 瑰 舷 躲 趟 满 铂 偶 郁 雄 甚 诚 喝 盾 忧 芭 雇 宁 侠 轨 卜 豹 漱 枢 咬 奔 嚼 梦 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 106 本节主要讲述了如下内容： 1） 盾构掘进对周围地层的扰动； 2） 盾构掘进开挖面支护压力控制原理； 3） 砂土地层开挖面变形与破坏数值分析。 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 4 小节 奋 琴 绞 耙 倡 敛 居 益 肖 机 妮 向 皮 范 寄 叮 览 撰 柜 穿 乘 虱 账 玉 太 镭 塌 窃 彦 奔 弘 搞 盾 构 机 刀 具 盾 构 机 刀 具 107 THE ENDTHE END THANK YOU !THANK YOU ! 石家庄铁道学院 Shijiazhuang railway institute 2008.7.21 虑 厩 壁 鸵 尿 胀 灸 肮 潦 公