1-3关于盾构机刀盘结构设计的几个问题

1-3关于盾构机刀盘结构设计的几个问题
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关于盾构机刀盘结构设计的几个问题

中建市政建设有限公司张洪涛李钟

摘要: 土压平衡式盾构机的刀盘具有切削、支撑、搅拌、土体改良等功能,因此在控制掘进效率、保持开挖面的稳定等方面起着决定性的作用。盾构选型时必须结合地层的特殊性和通用性来确定刀盘型式、刀具的布置形式以及他们之间的组合方式。通过对两台面板式土压平衡盾构机在北京地铁四号线两个盾构区间掘进实例的研究,一定程度上掌握了刀盘、刀具磨损的基本规律,并针对性的采取了刀盘结构改造和刀具优化布置两大措施。刀盘结构的改造是为充分发挥不同地层条件下辐条式刀盘和面板式刀盘的独特优势,实现两者间的转换。将面板式刀盘的六块面板的装配形式改为栓接加焊接的形式。根据地层确定是否需要加装面板,实现了低成本、短工期、快捷的刀盘型式转换模式,最大程度上发挥两种结构间的转换优势。刀具布置形式优化是根据刀具的作用和运动轨迹对刀具的位置、形状进行合理的优化布置,增强刀具的切削能力、降低土体对刀具磨损进而达到保护刀盘本体,为盾构长距离掘进提供保障。

关键词:辐条式刀盘;面板式刀盘;刀盘结构设计;刀具布置形式

一、前言

盾构是集液、电、气于一体的大型机械化专用施工设备,主要用于城市地下隧道、管沟等施工。目前应用最广泛的是闭胸式盾构,主要分为泥水式和土压平衡式。土压平衡式盾构机在复杂多变的地质条件下,其刀盘的结构型式、刀盘的支撑形式、刀具的选型、刀具的布置将直接影响到设备掘进的效果。

二、刀盘的主要功能

针对不同的地层情况以及设备等情况,盾构的刀盘形式有很多,其主要功能为以下几点:

(1)切削功能:刀盘旋转时,通过布置在刀盘上各种形式的刀具切削土体,并将切削下来的土体刮到土仓。

(2)支撑功能:依靠辐条及辐条之间的面板起到支撑掌子面土体的作用。

(3)搅拌功能:通过刀盘的旋转及搅拌棒的配合作用,使土体与膨润土、泡沫等充分混合,以改善土体的和易性、可塑性,增强土体的流动性,便于出渣,提高掘进工作效率。

(4)控制出渣粒径:通过刀盘结构形式及刀盘开口率控制进入土仓内土体的粒径。

为了实现上述功能,刀盘形式上主要分为辐条式和面板式两类,还有一种是两者组合的复合式

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