成銘

摘 要：本文根據(jù)用戶要求，對某項目的刀盤進(jìn)行改造，通過對三種方案的對比分析，最終確定合理的改造方案。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；刀盤改造；材料

中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，簡稱盾構(gòu)機(jī)，是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測量等多門學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計制造，可靠性要求極高。盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

盾構(gòu)機(jī)問世至今已有近180年的歷史，其始于英國，發(fā)展于日本、德國。相對而言，我公司在該領(lǐng)域還是新人，但在近十年的努力下，又與法國NFM合作，已為廣大用戶生產(chǎn)了近千臺盾構(gòu)機(jī)，積累了豐富的設(shè)計制造經(jīng)驗，現(xiàn)可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件和不同的工程對象，以及使用單位的不同要求，設(shè)計、生產(chǎn)出不同直徑、不同類型、以及有特殊要求的盾構(gòu)機(jī)，以滿足用戶的需要，其工藝和設(shè)備先進(jìn)。

1 方案提出

本文便是根據(jù)用戶要求，針對昆明某項目盾構(gòu)機(jī)刀盤的結(jié)構(gòu)形式及昆明地質(zhì)狀況，結(jié)合目前我公司類似刀盤的使用情況，欲對刀盤隔柵進(jìn)行改造，主要是割掉部分格柵以增加開口率，提高刀盤出土效率。

可有以下三種方案，現(xiàn)對這三種方案進(jìn)行刀盤強(qiáng)度計算：

第一種方案，即是把刀盤主輻條和副輻條的格柵全部割掉，如圖1所示。

第二種方案，即是把刀盤主輻條的第一和第三格柵以及副輻條的內(nèi)側(cè)輻條割掉，如圖2所示；

第三種方案，即是保留主輻條的第二格柵，保留副輻條的外側(cè)格柵并由起初的560mm寬，改造為160mm寬（從前割掉160mm，從后割掉240mm），如圖3所示。

2 刀盤的材料屬性及應(yīng)力準(zhǔn)則

根據(jù)NFM提供的Q345B的材料參數(shù)進(jìn)行計算，各種參數(shù)如下：

合金鋼Q345B

楊氏模量E：210000MPa

泊松比ν：0.3

密度ρ：7850kg/m3

屈服強(qiáng)度：sp0.2min=275MPa

應(yīng)力準(zhǔn)則

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)對于正常加載，最大范×米賽斯等效應(yīng)力：σa=0.67σp0.2min。

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)對于危險工況加載，最大范×米賽斯等效應(yīng)力：σa= 0.9σp0.2min。

3 刀盤加載

刀盤的加載見表1。

4 結(jié)果分析

利用有限元軟件計算了各種方案的應(yīng)力及變形情況（附圖），結(jié)果見表2。

5 結(jié)論

由表2可以看出，方案一是不滿足設(shè)計要求的，而方案二和方案三都滿足設(shè)計要求，但是方案三的開口率比方案二的大，不容易生成泥餅，掘進(jìn)速度更快，因此從施工和強(qiáng)度方面綜合考慮，建議昆明項目按方案三對刀盤上的隔柵進(jìn)行改造。

6 展望

用戶非常滿意這次的改造方案及結(jié)果，而且通過這次有針對性的刀盤改造，再一次提升了我廠的設(shè)計及生產(chǎn)能力，奠定了應(yīng)對未來各種難題的信心。期望在盾構(gòu)機(jī)未來的發(fā)展史中：如盾構(gòu)機(jī)的有效密封，確保開挖面的穩(wěn)定、控制地表隆起及塌陷在規(guī)定范圍之內(nèi)，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對一些惡劣地質(zhì)如高水壓條件的處理技術(shù)等方面的探索和研究解決，能有我們的一份貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]唐經(jīng)世，唐元寧.掘進(jìn)機(jī)與盾構(gòu)機(jī)第2版[M].北京：中國鐵道出版社.

[2]張冰.地鐵盾構(gòu)施工[M].北京：人民交通出版社，2011.