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砂卵石地层盾构机刀盘磨耗分析及措施 ① 刀具的磨损与破损、刀具寿命及刀具状态监控 ⑦ 盾构刀具磨损 ⑨ 盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响 12 砂卵石地层盾构机刀盘磨耗分析及措施 ? 摘　要：减小盾构机刀具磨损是保证盾构机能够长距离掘进的重要措施，对于砂卵石地层该项工作尤其受到重视。本文以北京地铁10号线石榴庄路到大红门区间盾构隧道施工为背景，依据刀盘的实际磨损情况，对盾构刀盘在砂卵石地层施工时导致刀具、刀盘磨损的因素进行了分析，给出了提高盾构刀盘耐用性的工程措施，为城市地铁盾构机长距 离掘进施工提供了经验。 关键词：土压平衡盾构机 刀盘磨损 刀盘寿命 耐用性 ? ????? 随着盾构法在国内地铁施工中的广泛使用，刀具磨损已经成为一个影响盾构隧道施工质量和进度的关键问题[1,2]。刀盘作为盾构机的一个关键部件，在地下掘进过程中会遇到各种不同地层，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，特别是在砂卵石地层，盾构刀具往往磨损严重，容易破损、脱落，经常导致工程事故的发生，给整个工程的工期、造价带来严重的影响，甚至威胁人的生命。因此，研究如何减小盾构刀盘的磨损，探究引起磨损的各项因素对延长盾构机掘进距离，提高盾构机的工作效率具有重要意义。 ? 1?工程概况 ????? 北京地铁 10 号线二期工程石榴庄路到大红门区间隧道呈东向西布置，其左线区间起讫里程为K32+214.251~K33+293.13，隧道全长 1 075.865 m，覆土厚度 6.5～23.8 m。区间隧道穿过地层主要为：卵石、圆砾③层、粉质粘土、重粉质粘土③1 层、细中砂③ 2 层、卵石④层和粘质粉土、粉质粘土④1 层、细中砂④ 2 层。盾构隧道截面下半部以卵石、圆砾为主，粒径大约为5 ～ 26.7 mm。 ????? 根据探测结果，施工区域的水文条件可分三层：第一层水位埋深 6.19～12.30 m，水位标高 22.52～26.70 m，为潜水 ；第二层水位埋深 6.00 ～ 22.10 m，水位标高 12.10～13.51 m，为潜水 ；第三层水位埋深24.00 ～ 32.70 m，水位标高 4.98 ～10.21 m，为略具承压性的潜水。第三层水埋深较深，对工程基本没有影响，工程主要受前两层潜水的影响。隧道开挖采用日本小松公司制造的土压平衡式盾构机施工。 ????? 2011 年 5 月，盾构机从大红门站顺利出洞，盾构机到达后，通过对盾构机的清理与检查，发现盾构机刀盘磨损严重，需要进行修复后才能实施下一区间隧道的施工要求。 ? 2?刀盘形式及磨损情况 2.1?刀盘形式刀具布置 ????? 刀盘的形式和刀具的布置既要考虑工程地质条件，使之不影响盾构切削效果、出土状况和掘进速度，又要考虑刀具的耐用性以满足区间隧道的掘进要求[3]。鉴于石榴庄路到大红门区间隧道工程地质实际情况以及本公司设备情况，本工程盾构机采用了如图1 所示的辐板式刀盘。辐板式刀盘兼有面板式和辐条式刀盘特点，由较宽的辐条和小块幅板组成，刀具分别布置在宽辐条的两侧和内部。使用辐板式刀盘不仅土压平衡容易控制，土砂流动顺畅，不易堵塞刀盘开口，而且较大的面板有利于布置较多的刀具，同时由于辐条式刀盘开口率相对较小，有利于保护本工程中容易坍塌的砂卵石、砂性土围岩的稳定。本工程中盾构机刀盘标称直径 6 250mm，开挖直径 6280 mm，刀盘面板厚 475 mm，刀盘辐条为 6 条，刀盘开口率为 35％，刀盘上设置仿形刀 2把，可超挖 150 mm，正面切削刀 80 把，高出刀盘面板 80 mm，边缘单刃刮刀 12 把，边缘双刃刮刀 4 把，先行刀 56 把，高出刀盘面板 120 mm。 2.2?刀具、刀盘磨损情况 ????? 盾构机到达大红门站后，对盾构机刀盘进行了清理、检查，发现盾构机刀盘外周磨损非常严重，尤其以刀盘与盾壳的间隙位置磨损最为严重。从整体上看，刀盘及刀具呈现出外周及边缘侧板磨损大，中心及圆周中部磨损小的特点，其损坏情况具体表现在以下几个方面。 ????? （1）刀盘辐板外圈上的 4 把周边刮刀及其安装基座损坏，8 把切刀损坏（如图 2 所示）； ????? （2）刀盘辐板上有 5 把先行刀损坏，3 把先行刀安装基座损坏，并且磨损严重 ； ????? （3）刀盘外周在堆焊硬质合金的情况下磨损量最大达 25 mm，最小也有 10 mm ； ????? （4）刀盘面板磨损 5～20 mm，部分地方有明显凹陷。 ? 3?刀具、刀盘磨损因素分析 ????? 在盾构机推力作用下，刀具对开挖面土体会产生一定的压力，随着刀盘的转动，刀盘与刀盘前方土砂之间会有摩擦，从而产生了磨损[4]。刀具的磨损与地质条件( 砾石粒径、密度 )、刀具材质及其在刀盘上的安装位置、盾