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1、第43卷第4期现代隧道技术Vol.43No.42006年8月ModernTunnellingTechnologyAug.2006文章编号:1009-6582(2006)04-0072-06复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策竺维彬王晖鞠世健(广州市地下铁道总公司,广州510380)摘要通过系统地总结和分析约40台次混合式盾构机在复合地层中掘进近100km的滚刀磨损情况,对滚刀磨损做了定性分类,并根据滚刀磨损的影响因素,提出滚刀磨损的对策,以期指导今后复合地层施工中盾构机刀盘刀具选择、配置及盾构掘进。关键词复合地层盾构滚刀磨损原因分析对策+中图分类号:U455.39文献标识码:
2、A1滚刀磨损分类对于滚刀的磨损,依据其形态特征、磨损程度,分类如下:1.均匀磨损滚刀刀圈周边各部位的磨耗程度基本上是一致的,称为均匀磨损。图1滚刀单边偏磨2.非均匀磨损Fig.1Single-sideabrasion滚刀刀圈周边各部位的磨耗程度不一致,即发生了偏磨,称为不均匀磨损。依据偏磨形态,分为弦偏磨和刃偏磨。(1)弦偏磨弦偏磨有单边偏磨、多边偏磨、轴承磨损三种情况。①单边偏磨滚刀安装后没有跟随刀盘转动而自转,或在安装初期发生了短暂自转,此后一直停图2滚刀多边偏磨止自转,导致滚刀刀圈单边弦磨损(图1)。Fig.2Multi-sideabrasionofdisccutter
3、s②多边偏磨发生单边弦偏磨→偏磨角部应力集中引发瞬间面转动一个角度→第二边偏磨,⋯⋯,如此循环,形成多边磨损(图2)。某盾构区间滚刀最多有11边偏磨。③轴承磨损当滚刀发生弦偏磨后没有及时发现,未能及时更换刀具,导致偏磨日益严重,以至磨到滚刀的轴承位置使得整把滚刀报废(图3)。这种磨损不仅仅造成刀具损坏,还会造成刀盘严重磨损(图4)。图3滚刀轴承磨损Fig.3Abrasionofaxlebearing修改稿返回日期:2005-12-22个人简介:竺维彬,男,教授级高级工程师,总经理.·72·复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策岩石上的矿物与破碎下来的矿物颗粒都在磨损刀具,并且矿
4、物颗粒的硬度越大,则磨损作用愈大。造岩矿物与岩石研磨性的关系如表1所示。一般而言,滚刀的研磨性随岩石中石英含量的增大而增大,如图6所示。表1造岩矿物与研磨性关系图4刀盘外圈磨薄穿孔Table1Relationshipbetweenrock-formingmineralsFig.4Outerringofdiscabradedthinwithholesandrockabrasiveness-73岩石单位功磨损量/(10m/s)(2)刃偏磨砂质灰岩0.5含铁石英岩1.5从磨损形状来看,刀刃角两侧不均匀磨损,与刀长石砂岩5.1圈法线方向成不同角度,刀尖缘呈不规则的曲线。花岗岩6.1(
5、3)弦、刃均偏磨石英质砂岩102即滚刀同时发生弦和刃偏磨的情况。3.刀圈崩裂滚刀刀圈径向开裂或崩角,使滚刀失去破岩能力,一旦受力较大,还会发生刀圈掉落舱内的情况(图5)。图6石英含量与磨损量关系Fig.6Relationshipbetweenquartzcontentandrockabrasiveness图5刀圈崩裂粘粒和粉粒含量多少,虽然不会对滚刀磨损造Fig.5Fractureofouterring成直接影响,但当粘粒和粉粒含量高时,很容易产生[1]泥饼,从而间接造成滚刀偏磨。2.2滚刀结构功能和破岩能力2滚刀磨损的影响因素滚刀的磨损,还取决于本身的结构功能和对岩2.1地
6、质因素土的适应性或破岩性能。影响滚刀磨损的重要地质因素主要有:岩石强(1)各部件质量度、硬度、研磨性、断裂带及地层的节理、裂隙发育程滚刀由刀圈、轮毂、轴及轴承密封等构成(图度、造岩矿物种类、开挖断面的地质均匀程度等。其7),各部件质量情况均会对滚刀磨损产生不利影中岩石强度、硬度、研磨性与滚刀磨损速度呈正比关响,如轴承或轮毂材质差,长时间工作后会使轮毂损系;岩石节理、裂隙越发育,刀具破岩越容易,对刀具坏变形(图8),甚至发生轴承弯曲的情况,影响正常的磨损也小;而开挖断面越不均匀,岩性变化越快,转动;轴承密封质量差,当满舱掘进、且土压较高的滚刀越容易发生不均匀磨损,在某些特殊情况
7、下甚状态下,水、土很容易进入轴承,造成密封失效(图至对刀盘造成损坏性影响。9),刀具无法转动或被彻底卡死;刀圈质量及其与需要特别指出的是,造岩矿物种类对滚刀磨损轮毂的接合质量差,会造成刀圈崩裂、崩角。有很大影响。岩石破碎时,首先是在矿物颗粒交界(2)滚刀装配扭矩面处产生破碎,多数情况下颗粒本身不破碎。因此,滚刀装配扭矩即保证滚刀刀圈转动的最小扭·73·现代隧道技术矩。装配扭矩过大,会造成滚刀无法正常转动而造行选择。成偏磨;装配扭矩过小,滚刀轴承密封质量难以保(4)刃的数量证,易导致滚刀轴承密封损坏。软岩
