王樹(shù)華

(中鐵十三局集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)春 130033)

0 引言

盾構(gòu)機(jī)在砂、卵石地層中施工磨損大一直是困擾盾構(gòu)施工的難題。由于磨損大需經(jīng)常進(jìn)行刀盤(pán)、螺旋機(jī)的修理和刀具的更換，而砂、卵石地層的穩(wěn)定性差又制約著頻繁的刀具更換與修理，為解決這一難題對(duì)砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)機(jī)耐磨性及刀具適用性進(jìn)行了研究。

有關(guān)盾構(gòu)機(jī)的耐磨性及刀具適用性的探索自盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用于隧道施工就沒(méi)有停止過(guò)。如:文獻(xiàn)［1］對(duì)成都地鐵采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)刀盤(pán)刀具的耐磨性進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)［2］對(duì)適合成都砂卵石地層的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了探索;文獻(xiàn)［3］以成都地鐵一號(hào)線為例，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行刀盤(pán)選型及設(shè)計(jì)，并且對(duì)刀盤(pán)3種基本工況作了有限元分析，驗(yàn)證了刀盤(pán)選型和設(shè)計(jì)理論的適用性;文獻(xiàn)［4］對(duì)北京鐵路地下直徑線泥水盾構(gòu)刀盤(pán)、刀具適應(yīng)性進(jìn)行了分析。為解決成都砂、卵石地質(zhì)刀具、刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)磨損大等問(wèn)題，本文就盾構(gòu)機(jī)的耐磨性和刀具的適用性進(jìn)行了研究和實(shí)踐，特別提出了關(guān)于滾刀應(yīng)用在成都大粒徑砂、卵石地層中先行刀的作用，使得盾構(gòu)機(jī)具有更耐磨、更適用和更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

1 成都砂、卵石地層盾構(gòu)施工的特點(diǎn)

1.1 卵礫石多、粒徑大、硬度高、強(qiáng)度大

成都地鐵盾構(gòu)隧道主要穿越砂、卵石地層，粒徑30～100 mm的卵石含量占65% ～75%，粒徑100～130 mm的約占10%。卵礫石硬，強(qiáng)度高，單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)150 MPa，最大可達(dá)到180 MPa。在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)、刀具、螺旋機(jī)等會(huì)產(chǎn)生較大的磨損與破壞。

1.2 流動(dòng)性差、磨琢性大

砂、卵石流動(dòng)性差，對(duì)刀具、刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)的磨琢性大。該地層和鋼鐵之間的摩擦因數(shù)一般都在0.4之上，最高可達(dá)0.7。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中渣土不易流進(jìn)土倉(cāng)，在土倉(cāng)內(nèi)的渣土又不易排出，并造成推力和扭矩的增大和刀盤(pán)、刀具、螺旋輸送機(jī)磨損的增大。

1.3 砂、卵石地層富水、透氣性大、穩(wěn)定性差

成都地層富水，枯水期地下水埋深一般在3～5 m，豐水期一般在1～3 m。砂、卵石地層顆粒之間的空隙大、透氣性大，巖體松散，沒(méi)有黏聚力，卵石塊在地層中起骨架作用，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削時(shí)，極易破壞地層中原有的穩(wěn)定而產(chǎn)生坍塌，引起地層損失和圍巖擾動(dòng)［5］。砂、卵石地層自穩(wěn)能力差，難以保住氣壓，給進(jìn)倉(cāng)作業(yè)造成困難。實(shí)際砂、卵石地層見(jiàn)圖1。

圖1 砂、卵石地層Fig.1 Sandy gravel stratum

2 砂、卵石地層盾構(gòu)施工存在的問(wèn)題

2.1 刀具、刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)磨損嚴(yán)重

由于砂、卵石地層穩(wěn)定性差，盾構(gòu)施工需采用土壓平衡模式掘進(jìn)。由于砂、卵石地層細(xì)顆粒含量少、透氣性好，塑流化改良效果差，很難實(shí)現(xiàn)氣壓模式掘進(jìn)，為防止掌子面的坍塌，掘進(jìn)中土倉(cāng)內(nèi)堆積了大量砂、卵石，并包裹著刀盤(pán)及刀具。因砂、卵石的硬度高、磨琢性大，使刀具、刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)磨損嚴(yán)重，降低了刀盤(pán)、刀具和螺旋輸送機(jī)的使用壽命，使盾構(gòu)機(jī)需經(jīng)常修理刀盤(pán)、螺旋輸送機(jī)及更換刀具，不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。在最初成都砂、卵石地層的盾構(gòu)施工中，各施工單位的盾構(gòu)刀盤(pán)、刀具、螺旋輸送機(jī)等都產(chǎn)生了較大的磨損與損壞，其中僅刀具消耗每延米就達(dá)7 000元左右。

2.2 刀具的更換及刀盤(pán)、螺旋機(jī)修理困難

成都的砂、卵石地層富水、穩(wěn)定性差，在常壓下掌子面不穩(wěn)定不適合開(kāi)倉(cāng)進(jìn)行刀具的更換。由于地層卵礫石多、粒徑大、透氣性大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的渣土改良;因地層漏氣嚴(yán)重，很難保住氣壓，難以實(shí)現(xiàn)在保壓條件下進(jìn)倉(cāng)進(jìn)行刀具更換和刀盤(pán)、螺旋輸送機(jī)的修理，給正常和連續(xù)的盾構(gòu)施工造成困難。

3 盾構(gòu)機(jī)耐磨性及刀具適用性研究

3.1 問(wèn)題的提出

針對(duì)砂、卵石地層盾構(gòu)施工中存在的刀具、刀盤(pán)、螺旋輸送機(jī)磨損嚴(yán)重以及刀具更換和刀盤(pán)、螺旋輸送機(jī)修理困難這些難題，為保證盾構(gòu)施工生產(chǎn)的正常有序進(jìn)行和提高盾構(gòu)機(jī)的利用率，有必要對(duì)砂、卵石地層中盾構(gòu)施工耐磨性和刀具的適用性進(jìn)行研究。

3.2 研究方向和著眼點(diǎn)

圍繞著磨損性大的刀具、刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)開(kāi)展研究工作，從降低砂、卵石的磨琢性入手，加強(qiáng)易磨損部位的保護(hù)，選用適用性更強(qiáng)的刀具和保護(hù)措施，提高刀具、刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)的耐磨性和抗磨性，從而達(dá)到延長(zhǎng)零部件使用壽命和提高盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)效率的目標(biāo)。

4 砂、卵石地層盾構(gòu)機(jī)的磨損分析

在砂卵石地層中盾構(gòu)機(jī)易磨損的部位主要是刀盤(pán)、螺旋輸送機(jī)和刀具。

4.1 刀盤(pán)的磨損

刀盤(pán)的磨損部位主要有:1)刀盤(pán)最外周靠近前盾切口處的一圈耐磨環(huán)的磨損。在刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中卡在刀盤(pán)邊緣耐磨環(huán)和前盾切口間的砂、卵石產(chǎn)生的擠壓和磨削磨損;2)刀盤(pán)面板的磨損。主要是刀盤(pán)上的刀具損壞后，砂、卵石直接與刀盤(pán)面板接觸造成的磨削磨損;3)刀座的磨損。刀具損壞后，缺少刀具保護(hù)的刀座直接與砂卵石地層接觸摩擦而產(chǎn)生的磨削磨損。這些磨損都是由于土倉(cāng)中堆積大量砂、卵石，刀盤(pán)包裹在砂、卵石中，刀盤(pán)的邊緣、面板和刀座都直接與砂卵石接觸，刀盤(pán)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中使刀盤(pán)、刀具多次摩擦產(chǎn)生的磨削磨損。具體磨損情況見(jiàn)圖2—4。

4.2 刀具的磨損

盾構(gòu)機(jī)所用刀具主要有滾刀、切刀、刮刀和先行刀等。刀具的磨損主要就是滾刀、切刀、刮刀及先行刀的磨損。滾刀的磨損形式主要有正常磨損和弦磨，見(jiàn)圖5。滾刀弦磨的主要原因有:1)由于刀盤(pán)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中砂、卵石對(duì)刀體的磕碰和撞擊變形造成滾刀無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生弦磨;2)由于刀刃磨損過(guò)大無(wú)法及時(shí)檢查更換和掌子面不能提供足夠大的旋轉(zhuǎn)扭矩而產(chǎn)生弦磨。切刀、刮刀及先行刀的磨損主要是由于鑲嵌在刀體上的硬質(zhì)合金塊在刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中與砂卵石塊在碰撞及磨削過(guò)程中產(chǎn)生碎裂、脫落及磨損，見(jiàn)圖6。

圖6 刮刀、切刀及先行刀的磨損Fig.6 Wearing of scraper，cutting bit and advance cutter

4.3 螺旋輸送機(jī)的磨損

螺旋輸送機(jī)的磨損主要是螺旋筒體、螺旋軸上葉片和螺旋軸的磨損。螺旋輸送機(jī)的磨損主要是由砂卵石的粒徑大、磨琢性大和渣土的改良效果差造成的。螺旋軸及葉片磨損前后見(jiàn)圖7和圖8。

5 盾構(gòu)機(jī)耐磨性研究

5.1 預(yù)防磨損的措施

5.1.1 防護(hù)措施

1)刀盤(pán)、刀座的防護(hù)。刀盤(pán)面板的正反面采用耐磨堆焊和焊接耐磨板進(jìn)行防護(hù);2)刀盤(pán)外周的耐磨環(huán)、刮刀和切刀座采用耐磨焊條堆焊和保護(hù)性導(dǎo)流刀進(jìn)行防護(hù)。如圖9中采用碳化鎢耐磨焊條或焊絲在刀盤(pán)面板及周邊堆焊的網(wǎng)格狀保護(hù)層。

5.1.2 減小和降低磨損的措施

對(duì)渣土進(jìn)行改良［6］，提高渣土的流動(dòng)性，減小渣土的摩擦因數(shù)。主要通過(guò)加入膨潤(rùn)土和適當(dāng)加入泡沫，降低砂、卵石地層的摩擦因數(shù)，砂、卵石地層也可通過(guò)加水來(lái)提高渣土的流動(dòng)性，降低和減少渣土對(duì)刀具、刀盤(pán)及螺旋輸送機(jī)的磨琢性從而達(dá)到減小磨損和提高使用壽命的目標(biāo)。

圖9 刀盤(pán)的防護(hù)Fig.9 Protection of cutter head

在實(shí)施中，盾構(gòu)機(jī)要配置泡沫注入系統(tǒng)和膨潤(rùn)土注入系統(tǒng)。泡沫的注入以膨化渣土增加砂粒之間的流動(dòng)性和增加砂粒之間的潤(rùn)滑性為目標(biāo);膨潤(rùn)土的注入以渣土的塑流化改良和增加砂粒之間的潤(rùn)滑性為主。通過(guò)這2種方式的渣土改良提高渣土的流動(dòng)性和降低渣土的磨琢性。

5.1.3 通過(guò)掘進(jìn)參數(shù)的選擇與控制減小磨損

1)適當(dāng)降低刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和提高刀具的貫入度。刀具磨損量與刀盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)成正比，與掘進(jìn)速度成反比。降低刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和提高刀具的貫入度可減小刀具磨損量，從而增加掘進(jìn)長(zhǎng)度，相對(duì)延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

2)適時(shí)交替使用刀盤(pán)正、反轉(zhuǎn)，并盡可能使正、反方向切削刀的切削長(zhǎng)度相同。盾構(gòu)刀具通常對(duì)稱(chēng)設(shè)置，交替使用刀盤(pán)正、反轉(zhuǎn)可避免相鄰刀具的磨損量相差過(guò)大，同時(shí)充分利用刀具的切削能力。

3)在自立性好的地段可以適當(dāng)降低土壓。土壓控制值設(shè)定較高時(shí)，使刀具切削阻力增大，因而會(huì)加劇刀具磨損;在地面沉降滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，選擇較小的土壓設(shè)定值，可減小刀具磨損，提高刀具耐用度。

5.2 提高耐磨性

5.2.1 刀具的耐磨性改進(jìn)措施

滾刀采用厚刃刀圈和加厚的刀體，厚刃刀圈和加厚的刀體可提高滾刀的耐磨性和增強(qiáng)刀體的抗磕碰、防變形能力。滾刀刀刃由過(guò)去的刀刃頂部寬為19～21mm加寬到目前的23～25mm。加厚的單、雙刃滾刀見(jiàn)圖10。

圖10 加厚的單、雙刃滾刀Fig.10 Thickened single disc cutter and double disc cutter

切刀和刮刀采用加大尺寸的耐磨合金塊，以增強(qiáng)和提高刀具在砂、卵石地層中的抗磕碰能力和耐磨性。采用加大尺寸耐磨合金塊的切刀和刮刀如圖11和圖12所示。

圖11 改進(jìn)前、后的切刀Fig.11 Cutting bit before and after optimization

5.2.2 刀盤(pán)及螺旋輸送機(jī)耐磨性的改進(jìn)

刀盤(pán)邊緣采用鑲合金塊的耐磨環(huán)見(jiàn)圖13，對(duì)提高刀盤(pán)周圈的耐磨性、降低刀盤(pán)扭矩和改善盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)性能起到了重要作用;在易磨損的首段螺旋輸送機(jī)筒體內(nèi)鑲合金柱及耐磨板(見(jiàn)圖14)，在螺旋機(jī)軸上焊接大尺寸的合金塊(見(jiàn)圖15)，這些措施的實(shí)施提高了螺旋機(jī)的耐磨性，延長(zhǎng)了螺旋機(jī)的使用壽命。

圖15 改進(jìn)前、后的螺旋機(jī)軸上的合金塊Fig.15 Axis of screw conveyor before and after optimization

6 成都砂、卵石地層刀具適用性研究

6.1 成都砂、卵石地層適用的刀具

針對(duì)成都砂、卵石地層，采用什么樣的刀具更適合是值得進(jìn)行研究和探討的。成都的砂、卵石地層不是硬巖地層，從理論上說(shuō)只采用軟土刀具(如先行刀、切刀和刮刀)進(jìn)行開(kāi)挖就足夠了，但由于有較大粒徑的卵礫石和砂、卵石，地層具有較大的磨琢性，在實(shí)際的使用中證明滾刀是成都砂、卵石地層盾構(gòu)施工中不可缺少的刀具，且同其他軟土刀具相比具有更強(qiáng)的抗沖擊、耐磨和耐用的特性，并起到保護(hù)其他軟土刀具的作用，具有更好的適應(yīng)性。

滾刀具有突出的優(yōu)點(diǎn)。滾刀的轉(zhuǎn)動(dòng)特性決定了滾刀具有柔中帶剛的開(kāi)挖特性，不同于刀盤(pán)上安裝的固定式刀具，如切刀、刮刀和先行刀等軟土刀具，軟土刀具的開(kāi)挖特性是完全憑借其自身的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行土體的切削，在砂、卵石地層中遇到大粒徑的砂、卵石會(huì)造成硬碰硬的對(duì)決，只能靠切削刀刃將石塊強(qiáng)行刮落或切碎或帶著石塊一起旋轉(zhuǎn)或啃刮著推頂開(kāi)卵石塊;當(dāng)滾刀遇到大粒徑的卵礫石塊時(shí)，在固結(jié)性好的地層中，會(huì)憑借破硬巖的特性通過(guò)刀刃的滾動(dòng)將卵礫石切碎，在固結(jié)性不好的地層中會(huì)憑借轉(zhuǎn)動(dòng)特性將卵礫石塊頂進(jìn)砂、卵石地層中或推離開(kāi)滾刀刃的正面(推離開(kāi)滾刀刃)。盾構(gòu)在砂、卵石地層施工中，滾刀主要克服的是滾動(dòng)摩擦力，軟土刀具(切刀、刮刀和先行刀)主要克服的是滑動(dòng)摩擦力。在遇到間斷的卵礫石時(shí)，滾刀的破硬巖特性決定了其抗沖擊和抗碰撞能力更強(qiáng)些，再加上滾刀的柔中帶剛的滾動(dòng)特性決定了其較軟土刀具有更強(qiáng)的耐磕碰特性。

適用于成都砂、卵石地層的主要刀具除通用的邊刮刀、正面的切刀和先行刀外，還必須配置足夠數(shù)量破碎硬巖的滾刀，應(yīng)是滾刀、邊刮刀、正面切刀和適當(dāng)?shù)钠胀ㄏ刃械?如貝殼刀)的有機(jī)組合。

6.2 砂、卵石地層滾刀的應(yīng)用

6.2.1 在成都砂、卵石地層中滾刀的作用

滾刀的最初設(shè)計(jì)是用于破碎硬巖，但在砂、卵石地層中除破碎大粒徑卵礫石外，更是起到了超前先行刀的作用。滾刀的先行刀作用是:1)切割開(kāi)掌子面上卵礫石地層間形成的骨架支撐，起松散地層的作用;2)理順刀盤(pán)前的卵礫石，表現(xiàn)為在滾刀滾過(guò)掌子面的過(guò)程中將橫亙?cè)诘度星暗穆训[石或切碎或推向刀刃的兩側(cè)，使掌子面上的卵礫石被切割擠壓成沿刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向的環(huán)狀排列狀態(tài)，使之排列有序。這2種作用為隨后進(jìn)行的刮刀和切刀對(duì)掌子面的切割和刮削創(chuàng)造了條件，不僅減少了切割時(shí)的阻力矩，而且減小了無(wú)序排列的卵礫石對(duì)軟土刀具的沖擊，從而起到了保護(hù)軟土刀具和延長(zhǎng)軟土刀具使用壽命的作用。

6.2.2 滾刀和普通先行刀相比具有的優(yōu)越性

滾刀的優(yōu)勢(shì)是滾動(dòng)，在成都砂、卵石地層中滾刀的優(yōu)點(diǎn)是:1)減小摩擦阻力矩，同時(shí)減小對(duì)刀具的磨損，在磨琢性大的砂、卵石地層中滾刀與不能轉(zhuǎn)動(dòng)的刮刀、切刀及普通的先行刀相比表現(xiàn)出更大的降低扭矩和提高耐磨性的優(yōu)勢(shì)，這如同在路面上滾動(dòng)的車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)力矩越小所受到的磨損越少;2)滾刀有比其他先行刀更好的抗沖擊和防碰撞的能力。由于成都較大粒徑砂、卵石的存在，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中大粒徑砂、卵石對(duì)刀盤(pán)及刀具的沖擊和碰撞不可避免，鑲有合金的其他刀具在大粒徑砂、卵石的沖擊和碰撞下極易造成損壞且伴隨著扭矩大的問(wèn)題;而滾刀除對(duì)特大粒徑的卵礫石起切削破碎作用外，同時(shí)表現(xiàn)出了降扭和防碰撞的綜合性能。因此，滾刀較目前現(xiàn)有的其他形式的先行刀具有更好的適應(yīng)大粒徑砂、卵石地層的特性。

6.2.3 滾刀與刮刀和切刀的配合使用

滾刀先行對(duì)超大粒徑的卵礫石進(jìn)行破碎，保護(hù)刮刀和切刀在不受卵礫石沖擊的條件下將渣土收進(jìn)土倉(cāng)中。降低了刮刀和切刀直接切割砂、卵石地層時(shí)的扭矩，而切刀與刮刀對(duì)渣土及時(shí)收進(jìn)土倉(cāng)也減輕了渣土對(duì)滾刀的包裹和擠壓，減小了滾刀的磨損和阻力。因此滾刀和刮刀、切刀的互相配合使用是一種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的關(guān)系，滾刀和刮刀、切刀的配置關(guān)系最好是兩滾刀刃切割痕跡的中間正好配備有切刀或刮刀，且刀刃寬度最好是大于兩滾刀刃間距。

6.2.4 厚刃滾刀、雙刃滾刀和厚刀體的使用

厚刃滾刀、雙刃滾刀和厚刀體的使用，是為了提高滾刀的耐磨性，抗砂、卵石的沖擊性能和延長(zhǎng)滾刀的使用壽命。雙刃滾刀具有適應(yīng)砂、卵石地層提供的啟動(dòng)扭矩不足的作用，同時(shí)還具有保護(hù)刀體減小對(duì)砂、卵石沖擊和磨損的功能。從成都刀具的使用情況看，雙刃滾刀具有很大的優(yōu)越性，但在使用時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題:由于雙刃滾刀的刃間距僅100mm左右，在切削掌子面的過(guò)程中，貫入砂、卵石中的雙刃間塞滿(mǎn)卵石土，這樣雙刃滾刀就形成一個(gè)以2個(gè)刀刃間距寬為厚度的實(shí)體刃，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向前切削掘進(jìn)時(shí)就出現(xiàn)了過(guò)厚的刃切削時(shí)推力和扭矩過(guò)大的問(wèn)題，造成滾刀和盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)期工作在高負(fù)荷的狀態(tài)，降低了盾構(gòu)機(jī)的使用壽命和減少了滾刀的重復(fù)使用次數(shù)。因此，雙刃滾刀的使用要根據(jù)單刃滾刀的實(shí)際使用情況進(jìn)行靈活調(diào)整，原則是:當(dāng)單刃滾刀不發(fā)生弦磨，刀體也不存在變形和過(guò)量磨損的情況下就不必選用雙刃滾刀而只選用單刃滾刀。厚刃滾刀的使用情況要比雙刃滾刀的使用情況好些，厚刃滾刀主要是起先行刀切割地層的作用，破碎大粒徑卵礫石的作用退居次要地位。由于刀刃加厚延長(zhǎng)了滾刀的一次性使用時(shí)間，有利于盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)距離掘進(jìn)，減少換刀次數(shù)。

7 耐磨性和刀具適用性研究總結(jié)

7.1 預(yù)防磨損的措施

1)刀盤(pán)的耐磨保護(hù)。刀盤(pán)切口處采用硬質(zhì)合金條耐磨環(huán);刀盤(pán)面板、刀座等采用耐磨堆焊和耐磨板進(jìn)行保護(hù)，邊緣刀座采用導(dǎo)流刀進(jìn)行保護(hù)。

2)螺旋葉片的耐磨保護(hù)。采用容易更換的耐磨保護(hù)板和選用大尺寸的螺旋輸送機(jī)耐磨保護(hù)塊。

3)掘進(jìn)參數(shù)的選擇。刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在1 r/min左右，刀具的貫入度控制在20mm以上;適時(shí)交替使用刀盤(pán)正、反轉(zhuǎn)，并盡可能使正、反方向切削刀的切削長(zhǎng)度相同;在自立性好的地段可以采用欠土壓平衡模式。

7.2 提高耐磨性的措施

1)滾刀刀圈用高合金材料制造，刀刃加厚至24 mm，并采用深冷處理［7］，使刀刃具有較高的硬度和淬透深度。

2)滾刀刀轂采用加厚的高合金鋼制造，加厚的方式是將刀轂兩端的外徑控制在284～285 mm，通過(guò)熱處理使刀轂具有較高的硬度和剛性，使之具備較強(qiáng)的抗撞擊和抗磕碰的能力。

3)根據(jù)實(shí)際情況，在推力和扭矩不超負(fù)荷的條件下選用雙刃滾刀，可以有效地增加刀具的使用壽命。

4)在確保母體具有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，加大刮刀、切刀的硬質(zhì)合金塊的厚度，以增加刀具的抗磕碰和抗沖擊能力及耐磨性能。

5)加強(qiáng)刮刀刀座的耐磨合金保護(hù)，并增設(shè)耐磨合金的導(dǎo)流刀對(duì)刀座進(jìn)行保護(hù)。

7.3 刀具的選用

1)滾刀的使用及其適用性。在砂卵石地層中必配滾刀，加厚刀刃并提高刀體的硬度和耐磨性;滾刀可完全替代先行刀，刃間距控制在100 mm［8］以?xún)?nèi)。

2)切刀和刮刀的適用性。選用鑲嵌有耐磨合金塊的切刀與刮刀。

3)先行刀的選用。在泥土地層及砂土地層中可考慮使用普通的先行刀，但在砂、卵石地層應(yīng)優(yōu)先選用滾刀代替普通的先行刀。

7.4 實(shí)施效果

1)研究成果實(shí)施前在成都砂、卵石地層中盾構(gòu)機(jī)每延米刀具消耗達(dá)7 000元左右;成果實(shí)施后每延米刀具消耗降到5 000元左右，刀具消耗降低了約30%。

2)研究成果實(shí)施前盾構(gòu)機(jī)砂、卵石地層中一次性掘進(jìn)長(zhǎng)度在150～200 m就必須進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)檢查和更換刀具;研究成果實(shí)施后一次性掘進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)到300 m以上。

8 結(jié)論與建議

1)在成都砂、卵石地層盾構(gòu)施工中通過(guò)對(duì)刀盤(pán)、刀具和螺旋輸送機(jī)采取預(yù)防磨損和提高耐磨性的措施并選用適合的刀具，就能實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工的長(zhǎng)距離掘進(jìn)、減小磨損和降低消耗的目標(biāo)。

2)研究成果的實(shí)施主要是針對(duì)存在大于100 mm的大粒徑砂、卵石地層和面板型刀盤(pán)的盾構(gòu)機(jī)，對(duì)其他地層和非面板式刀盤(pán)的盾構(gòu)機(jī)則要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行靈活應(yīng)用。

［1］ 何川，晏啟祥.加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在成都砂卵石地層中應(yīng)用的幾個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題［J］.隧道建設(shè)，2007，27(6):4 －6.(HE Chuan，YAN Qixiang.Key issues of applying mudding-type EPB shields to sandy cobble ground in Chengdu，China［J］.Tunnel Construction，2007，27(6):4 －6.(in Chinese))

［2］ 王樹(shù)華.適合成都砂卵石地層的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)探索［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009，46(2):73 －76.(WANG Shuhua.EPB TBM adaptable for sand and cobble stratum in Chengdu city［J］.Modern Tunnelling and Technology，2009，46(2):73－76.(in Chinese))

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