浅谈复合地层中减少盾构机刀具磨损的技术.pdf

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1、广东建材2014年第4期施工技术浅谈复合地层中减少盾构机刀具磨损的技术梁战平(广州轨道交通建设监理有限公司)【摘要】目前在国内地铁建设项目中，土建施工大多都采用盾构法进行施工。掘进过程中如何减少刀具磨损，保护好盾构刀具是施工中必须注重的施工技术。本文结合国内、外工程中类似工程施工经验，浅谈相关技术应用与措施，与同行共同探讨。【关键词】盾构刀具；磨损；掘进参数1前言盾构机在复合地层中掘进施工相对单一地层施工的难度较大，往往选择合适的刀具配置、刀具材质以及刀具更换的及时性等在很大程度上可以有利于该地层的施工。现通过一工程实例探讨复合地层中盾构机刀具磨损控制技术。2工程概况雾

2、该工程

3、采用海瑞克337盾构机施工，刀盘为复合式刀盘：中心刀6把正面滚刀8把边缘滚刀5把齿刀64把刮刀32把图2刀盘及刀具配置情况：l⋯：。“3工程难点⋯‘。·-一7I．．1·，’-J‘●h、’j三一三，_=雩荨耋：王。i三j歪三。图1图1为广州某地铁盾构施工的地质勘探图，勘察范围的上覆土层为第四系(Q)，下卧基岩为白垩系(Klb)。主要工作区域地层为开挖面上部局部有少量<3一l>粉细砂层，开挖面上部为<8>号中风化粗砂岩，下部为<9>号微风化粗砂岩。针对该地层上软下硬，有时需保压掘进，并且此地层石英含量较高，对刀具的耐磨性要求很高。该工程最大的难题是：盾构施工地面为广州市主要交通道路

4、，车流量大，对地面沉降控制要求特别高，不具备开仓换刀的条件，为了保证施工安全，只能采用保压掘进的方法。本区间掘进前，滚刀的类型、滚刀的材质，以及轴承的浮动密封和启动扭矩都经过严格设计控制，本工程的最关键环节就是如何通过掘进参数确定刀具磨损情况及如何控制掘进参数保护盾构刀具。结合国内外工程中类似工程的施工经验，确定盾构掘进施工的参数选择及保护刀具相关技术使用，以减少盾构刀具的磨损。该地层对滚刀磨损将特别大，且极易产生偏磨；因一63—施工技术广东建材2014年第4期隧道下部岩层较硬且隧道上下岩层强度差别较大，对齿刀磨损较大，将部分齿刀磨掉落；相对来说，对刮刀磨损情况相对较好；因隧道

5、中心位置，岩层不是强硬，对中心刀磨损将无特别异常磨损。图3磨损的盾构机边缘滚刀图_}磨损的盾构机面滚刀图5磨损的盾构机球齿本工程盾构机在掘进过程中，掌子面底部是(97号微风化粗砂岩，含有大量的石英颗粒，盾构机刀盘在旋转开挖掌子面时，边缘滚刀的磨损量就会加大。由于地层中夹杂着大量的石英，在掘进过程中刀盘扭矩忽大忽小，容易出现刀盘卡住情况。盾构机在始发时装配的是双刃球齿滚刀，在后续掘进中，球齿滚刀在破碎岩层时，效率低，球齿容易发生脱落，盾构掘进刀盘扭矩大，在破碎<87号中风化粗砂岩，下部为(97号微风化粗砂岩时，刀具切入岩面后，将无法将岩层破碎，导致刀具刀刃整体磨损严重，球齿脱落。

6、4减少刀具磨损措施盾构机在掘进过程中，针对<8>、<97中粗砂岩地层如何选用刀具及优化掘进参数和改良土体。降低磨损，使滚刀磨损率降低到最小。由于本工程盾构掘进位置埋深平均只有10m，掌子面顶部位置侵入了部分有<3—1>粉细砂，为了保证施工安全，采用了保压掘进的方法。盾构在保全土压掘进中，土仓内充满大量切削下来的粗砂岩，刀具在刀盘内侧的磨损量也相应增加，土仓内渣土多，泡沫系统的改良效果下降。为此，①在盾构前期掘进中，为了确保泡沫喷嘴不——64——出现堵塞，加大导致掘进中泡沫注入压力及量的控制以确保舱内土壤充分效果，减少刀具磨损；②及时调整掘进参数，合理的交替使用刀盘正、反转，掘进

7、参数包括掘进推力、刀盘转速、扭矩、推进速度、切削量等，影响刀具磨损的最直接参数是掘进推力(详见掘进参数表1)；③选择合适的添加剂改良材料，改良舱内土壤；④盾构始发前，对滚刀选择改用加重刀。图n加重滚刀表1掘进参数项目目标值推力刀盘转速推进速度顶部土压发泡剂参数加水量每环出土量螺旋机闸门开口率螺旋机转速螺旋机扭矩油压注浆压力每环注浆量1000～1200T1．0～1．ir／min10～15mm／minO．8～0．9bar150L／min，发泡率12％，原液比例6％根据渣土情况实时调整不大于50m3200～500舢0．5～O．8r／min50～70bar不小于2bar不小于6m3该工

8、程采用以上方法，对盾构机刀具进行了有效保护，在盾构机完成了近400m掘进后找到合适的位置对刀具进行了更换，最终确保了隧道顺利的贯通，把滚刀的磨损率降低到了50％以下，为同类施工积累了经验，为企业创造了宝贵的精神财富。●