盾构机盘形滚刀刀圈与地层适应性分析.docxVIP

袁超1，唐莉梅2，余立新2，周勇2(1．中铁三局第二工程有限公司，广东深圳518083;2．武汉江钻工程钻具有限责任公司，武汉430074)摘要:在盾构施工中，对于不同的地质条件，所选择的刀具常常不同，通过对各种不同结构的刀圈破岩机理的分析，结合现场使用的经验，提出不同刀圈所适应的地层，为刀具选型提供理论依据。关键词:盾构;盘形滚刀;刀圈中图分类号:文献标志码:文章编号:1672－741X(2009)增刊1－0009－03U455．3BAnAnalysisontheAdaptabilityoftheCutterHeadofDiscCutterofShieldMachinetotheStrataYUANChao1，TANGLimei2，YULixin2，ZHOUYong2(1．The2ndEngineeringCo．，Ltd．，ofChinaRailway3rdBureauGroup，Shenzhen518083，Guangdong，China;2．WuhanKingdreamEngineeringToolCo．，Ltd．，Wuhan430074，China)Abstract:Duringshieldconstruction，cuttersselectedoftenchangewithdifferentgeologicalconditions．Byanalyzingtherock－breakingmechanismofcuterheadswithdifferentstructuresandincombinationwiththeon－sitepracticeexperi-ence，thisthesispointsoutthestratatowhichdifferentcutterheadsadapt，whichprovidestheoreticalbasisforcuttermodelselection．Keywords:shieldmachine;diskcutter;cutterhead不同地层的刀具选型具有一定的帮助。引言随着盾构技术在我国突飞猛进的发展，盾构刀具技术的应用随盾构技术的发展而不断进步，尤其是盘形滚刀的发展，在施工中使用的盘形滚刀的种类也逐渐增多，刀圈结构从最初的平顶楔形截面，发展到目前的圆弧顶楔形截面，镶齿刀圈、敷焊刀圈等多个品种，刀圈的研究从最初的仅局限于刀圈截面形状的研究，发展到结构的研究，这些是刀具设计及工艺不断发展的结果。然而我国幅员辽阔，各地的地质条件都有所不同，有软土层、岩石层，各种不同类型的地层，不同的地质特征，具有不同的隧道施工特性。盾构刀盘旋转切削土体时，与隧道开挖面将产生复杂、各异的相互作用，在不同的土体条件下，刀具切削形式及切削原理不同，存在刀具与土体如何适应的问题。什么样的地层应选择何种结构形式的刀具是盾构施工中面临的一个很关键的问题，刀具设计厂家应该从理论研究入手，研究刀具形式与地层适应性之间的关系，于是从分析各种结构形式的刀圈切削原理入手，分析刀圈结构与地层之间的关系，提出几个种类的刀圈所适合的地层，对011．1盘形滚刀刀圈及其破岩机理盘形滚刀的受力分析每把盘形滚刀在切割岩石的过程中，刀刃与岩石之间都存在3个方向的相互作用力。1)法向推压力，指向开挖面，由刀盘的推力提供;2)切向滚动切割力，指向滚刀切向，由刀盘转矩提供;3)滚刀边缘的侧向力，由滚刀对岩石的挤压力和刀盘旋转的离心力所产生，指向刀盘中心，其数值较小，与其它2个力不属于同一数量级，一般不考虑。切向滚动切割力主要取决于推力、切深及滚刀直径。盘刀直径一定，切深越大，所需滚动切割力越大;切深确定时，滚动切割力随盘刀直径的增大而减小。1．2盘形滚力的破岩机理刀盘工作时，滚刀先与开挖面接触，在推力作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。盘形滚刀在刀盘的推力和转矩共同作用下，在掌子面上切出一系列收稿日期:2009－03－26;修回日期:2009－04－01作者简介:袁超(1978—)，辽宁黑山人，2001年毕业于中南大学，工程师，现从事盾构施工、设备管理工作。隧道建设第29卷10同心圆沟槽。刀盘旋转并压入岩石的过程中，盘形滚刀对岩石将产生挤压、剪切、拉裂等综合作用，首先在刀刃下会产生小块破碎体，破碎体在刀刃下被碾压成粉碎体，继而被压密形成密实核，随后密实核将滚刀压力传递给周围岩石，并产生径向裂纹，其中有一条或多条裂纹向刀刃2侧向延伸，到达自由面或与相邻裂纹交汇，形成岩石碎片。由此形成的岩渣由破碎体、粉碎体及岩石碎片组成，各部分的组成比例取决于岩石性质、刀圈结构、推压力及刀间距。圈截面见图3。尖顶截面(a)、圆弧顶截面(b)和平顶截面(c)。随着刀具的磨损，尖顶截面滚刀很快就会钝化而变