關(guān)于復(fù)合地層中盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的優(yōu)化研究

張義敬 山東易斯特工程工具有限公司

引言：隨著我國(guó)盾構(gòu)技術(shù)的不斷提升，盾構(gòu)施工已經(jīng)擁有較為成熟的施工工法，其主要應(yīng)用于公路隧道或者是地鐵隧道中。目前，隨著地鐵隧道的不斷建設(shè)，盾構(gòu)施工迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)和困難。在盾構(gòu)穿層中，盾構(gòu)會(huì)經(jīng)過(guò)軟硬不夠均勻的復(fù)合地層，這就給掘進(jìn)工作帶來(lái)了一定的難題，尤其是遇到下部為高強(qiáng)度巖石，下部又為粉砂性地層時(shí)，盾構(gòu)刀具的磨損就會(huì)更加嚴(yán)重，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)盾構(gòu)偏離設(shè)計(jì)軸，嚴(yán)重則會(huì)導(dǎo)致地面塌陷。對(duì)于此問(wèn)題的解決十分有必要，基于此，本文針對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，以供參考。

一、盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的影響分析

主要包括以下幾點(diǎn)：盾構(gòu)機(jī)主要是由主機(jī)和后配套設(shè)備組合而成，盾構(gòu)刀盤(pán)主要是負(fù)責(zé)施工中的開(kāi)挖環(huán)節(jié)，其會(huì)借助盾構(gòu)刀具對(duì)需要施工的土體切割，因此我們可以看出，刀具的鋒利程度會(huì)嚴(yán)重影響到盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)速度。在復(fù)合地層施工中，土質(zhì)會(huì)很復(fù)雜，相關(guān)人員需要慎重選擇刀具。在實(shí)際的施工中，如果地層比較復(fù)雜，盾構(gòu)刀具的磨損就會(huì)加快，長(zhǎng)此以往，就會(huì)使其快速的老化。另外，在長(zhǎng)期的探索中，有關(guān)盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)磨損規(guī)律已初步完善，但是對(duì)于土層的刀具磨損還沒(méi)得到完善，其中，對(duì)于刀具負(fù)荷以及磨損速度等一些總要因素的研究還比較缺乏，這就會(huì)使盾構(gòu)機(jī)在實(shí)際作業(yè)中，就算是選擇了合適的盾構(gòu)刀具，但也不能夠完全的判斷出刀具的具體更換時(shí)間，所以說(shuō)，在盾構(gòu)刀具的長(zhǎng)時(shí)間使用中，如果對(duì)于刀具更換不及時(shí)就會(huì)使其喪失自身的作用，從而會(huì)影響整個(gè)施工進(jìn)度。最后，我國(guó)相關(guān)工作者對(duì)于盾構(gòu)刀具的研究還比較少，部分施工單位購(gòu)買(mǎi)的盾構(gòu)刀具主要是來(lái)自國(guó)外，這樣就會(huì)使工程成本增加。長(zhǎng)期以往，盾構(gòu)作業(yè)以及地下施工受到嚴(yán)重的限制。

二、盾構(gòu)刀具磨損的主要原因

對(duì)于盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損問(wèn)題而言，我們以某地鐵工程施工為例進(jìn)行相關(guān)研究。本工程總長(zhǎng)度為1311米，主要地質(zhì)為花崗巖以及粘性土，巖石的強(qiáng)度較高，使用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行此作業(yè)難度也比較大，因此施工就會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。

1.地形條件復(fù)雜。在我國(guó)地下施工中，大多數(shù)施工主要是復(fù)雜地層。在本工程中，最為多的就是花崗巖，這種巖石的強(qiáng)度高，使用單一的方式不能將其進(jìn)行破壞，所以說(shuō)，需要借助風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔并要配備膨脹炸藥進(jìn)行爆破施工，這種方法很容易將刀具磨損。另外，在滾刀作用下，刀具始終處于巖石的磨損之下，而且還會(huì)有較大的顆粒物，磨損程度就會(huì)更加突出。

2.刀具配置變化。除了受到地層的影響，相關(guān)人員的操作也會(huì)影響到刀具的磨損，在此工程中，刀具更換次數(shù)為兩次，導(dǎo)致刀具底座出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，所以滾刀在換刀后并沒(méi)有安裝，這就使盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行中發(fā)生刀具脫落的問(wèn)題，雖然沒(méi)有降低盾構(gòu)機(jī)巖石破裂，加大了刀具的側(cè)向壓力，從而導(dǎo)致刀盤(pán)的損壞。

3.對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。一般情況下，盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)推力需要控制在1200t以下，部分施工單位為了追求施工進(jìn)度，將施工周期縮短，就會(huì)將施工推力設(shè)置到1200t以上，如果操作不夠合理，這樣不僅不能將施工效率增加，還會(huì)使刀具嚴(yán)重破壞，最為常見(jiàn)的就是導(dǎo)致刀具固定螺栓的崩裂。

三、提升復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的相關(guān)措施

1.合理選擇盾構(gòu)刀具。如果地層不同，所選用的盾構(gòu)刀具也是不一樣的。所以在刀具配置中，需要根據(jù)地層的構(gòu)成選擇合適的刀具。對(duì)于軟弱土層而言，刀具的配置主要是以切刀和刮刀為主，刀盤(pán)可以采用面板式的，同時(shí)，也可以在切刀和刮刀刃口處選擇耐磨的材料，從而就會(huì)增加刀具的耐磨性，并對(duì)刀具的使用周期延長(zhǎng)。對(duì)于復(fù)雜的地形而言，可以選擇魚(yú)尾刀，仿形刀，主要是利用多種刀具的不同優(yōu)勢(shì)促使盾構(gòu)機(jī)作業(yè)有序完成。

2.重視刀具參數(shù)設(shè)計(jì)。刀具磨損程度會(huì)受參數(shù)設(shè)計(jì)的影響，就需要對(duì)刀具和盾構(gòu)機(jī)參數(shù)進(jìn)行一定的優(yōu)化。對(duì)于滾刀磨損的問(wèn)題，可以增加滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，也可以在滾刀刀鼓上配合耐磨材料，從而防止礦物顆粒對(duì)刀具的磨損；對(duì)于切削刀的磨損而言，可以對(duì)刮刀制作材料進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)采用渣土流動(dòng)狀態(tài)的幾何形狀來(lái)進(jìn)行刮刀制作。

3.對(duì)掘進(jìn)貫入度控制。在進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)中，需要對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)貫入度進(jìn)行控制，在受復(fù)合地層軟硬不均地層影響下，盾構(gòu)機(jī)由原來(lái)的軟土地層段自動(dòng)掘進(jìn)改為手動(dòng)掘進(jìn)，在掘進(jìn)中還要關(guān)注刀盤(pán)扭矩的變化程度，如果發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)扭矩變大，就要停止掘進(jìn)或者是降低掘進(jìn)的速度，在刀盤(pán)扭矩降下來(lái)的時(shí)候，就要用千斤頂對(duì)速度加推，對(duì)于掘進(jìn)貫入度而言，需要防止因貫入度過(guò)大導(dǎo)致刀刃出現(xiàn)疲勞磨損，一般情況下，掘進(jìn)貫入度需要控制在每分鐘三到十毫米。

結(jié)語(yǔ)：綜上，在盾構(gòu)施工中，刀具磨損對(duì)盾構(gòu)機(jī)的影響比較大。因此，在實(shí)際中，需要進(jìn)一步完善刀具的配置，還要借助復(fù)雜地形土質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行刀具的選用，這樣才可以不斷的提升盾構(gòu)機(jī)的工作效率，保證刀具的使用壽命，從而就不會(huì)因?yàn)榈毒邠p壞而影響整個(gè)工程的進(jìn)度。