基于掘进参数的盾构滚刀磨损预测研究,  中山三乡路灯车出租, 中山三乡路灯车, 中山沙溪路灯车租赁   盾构机概述盾构机是一种高科技的大型综合施工设备，它专门用于地铁的修建、隧洞的挖掘等大型地下工程的建造。它将机械、电气、液压、测量导向、控制等多学科技术集于一体，盾构掘进机有很多优点：挖掘速度快、施工安全、经济实用、有利于环境保护和降低劳动强度，适用于多种土质：从松散软土、淤泥到硬岩都可应用。盾构机进行隧道施工具有自动化程度高、施工速度快、节省人力、一次成洞、不受气候的影响、开挖隧道时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在地下开挖时不影响地面交通等优点。隧道掘进机的地质针对性非常强，一般说来，用于硬岩地层的隧道掘进机被称为TBM，用于软土地层的隧道掘进机则被称为盾构机。目前，盾构机的种类很多，主要分成以下几大类：(1)手掘式盾构机，这种盾构机是盾构机的原型，需要对开挖面进行加固，采取很多辅助措施，所以使用的不是很多，比较适用于软硬间杂的开挖面，像砂砾、固结砂粉等地质都可使用。(2)半机械式盾构机是在手掘式盾构机的基础上安装掘土机械和出土装置。在加固辅助方面采取的措施与手掘式一样。适合使用这种盾构机的土质主要是洪积形成的砂砾、砂、固结粉土及粘土。(3)机械式盾构机，这种盾构机前部装有旋转刀盘，所以掘削能力比较强。主要适用于开挖面可以自立稳定的洪积地层中。(4)挤压式盾构机，盾构机在向前掘进时，胸板挤压土层，土体从胸板上的开口处被挤压入盾构内。挤压式盾构机最适合于冲积形成的粉质砂土层。(5)泥水式盾构机，是通过加压泥浆来稳定开挖面的，因此适用于冲积形成砂砾、砂、粉砂、粘土层、或者含水率高开挖面不稳定的地层。但是，对于不太稳定的地层，也要考虑采用辅助措施来保障施工正常运行。(6)土压式盾构机是把土料作为稳定挖掘面的介质，它又可细分为削土加压盾构、加水土压盾构、加泥土压盾构和复合土压盾构。这种盾构机可使掘削土砂的流动性增加，通过排土器顺利将泥土排出。泥土压式盾构在土质方面应用最为广泛，适用于冲积砂砾、砂、粉土、粘土等固结度比较低的软弱地基；洪积地基以及软硬相间的互层等地基，但是，在高水压地基中还需采取其他措施保证土压平衡。本章分析的数据来自东莞虎长(虎门到长安)区盾构施工项目，在该项目中，盾构机穿越地层上部为粉质粘土，下部为花岗岩全风化层，属Ⅲ级硬土，海陆交汇沉积平原区，沿线村镇建筑密集，局部为菜地及水塘。上覆粉质黏土，软~硬塑，层厚0.00m~12.40m；下伏γy2花岗岩，硬质岩,岩体破碎,全风化层层厚约1.10m~33.60m，强风化层层厚约0.00m~18.40m。地表水不发育，地下水位埋深约1.50m~6.50m。此里程段在隧道施工中为暗挖段，洞身穿越花岗岩全风化层及第四系土层，在施工过程中洞顶易坍塌，全风化层遇水易软化，应加强围岩支护及防排水措施。因此，论文选用土压平衡盾构机。

      盾构机组成,  盾构机的主要组成部分包括盾壳、刀盘及刀具、刀盘驱动、推进系统、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备等。本项目采用日本奥村盾构机￠8810㎜土压平衡盾构机，主要由以下几部分组成：(1)盾构机的刀盘，刀盘由上下两个半圆组成，可以安装软土刀具和硬岩刀具。-9-表2-1为刀盘上安装的软土刀具类型及数量。

    (2)盾体如图2-2为盾构机的盾体，盾体总长11m，其中A、B、C、D各环都由上下两个半圆组成。图2-2盾构机的盾体盾体A环由上下两个半圆组成，沿圆周方向布置8个侧向支撑油缸；中部主驱动由13台132kW的变频电机驱动；人闸安装于主驱动中部；顶部偏左位置装有地山崩检测仪和20个铰接支座；中央1个中心回转体；主驱动下部中央安装一个螺旋机前闸门；C环沿圆周方向布置20个铰接油缸和30个推进油缸并布置注浆和盾尾油脂管路接口、2根支撑梁；千斤顶、铰接、竖梁、盾尾油脂、注浆管路；D环布置盾尾注浆和盾尾油脂管路；沿内周布置4排盾尾刷；盾尾刷和注浆、盾尾油脂管路。

   (3)拼装机拼装机由3台旋转液压马达(上部2台、下部1台)、两台液压油泵(包括两个液压油箱)和一个真空吸盘组成。

    (4)牵引梁由两个400的钢套筒和一根220/135-1000的千斤顶组成；上面和下面各有两根管片吊车行走梁和4台5.5kW的管片吊机。(5)台车台车共9节，总长73.0m，除1、2、3、8#台车长6.5m外，其余台车长7.0m，宽1.5m,高3.5m，台车前后相间1.5m，左右相间2.2m。

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     盾构机破岩原理,  目前盾构掘进机的刀具按切削原理划分,一般分为滚刀和切削刀两种类型。(1)滚刀破岩原理,  刀盘在力的作用下一边在横向上转动一边在纵向上向前掘进，从而使刀盘上的滚刀在开挖面切削出一系列的沟槽，这些沟槽都是同心的，并且沟槽与沟槽之间产生一定的裂隙；在这些同心圆方向上,第二个刀刃产生的沟槽比第一个刀刃产生的沟槽延迟一定的角度,当滚刀的破岩力达到岩石所能承受的极限时，第二条沟槽侧边的裂隙与第一条沟槽边的裂隙就会贯通,从而击碎两条沟槽之间的岩石，使其成为碎块而脱落，从而使盾构机破岩挖掘土体向前掘进。(2)刮刀切削原理, 随着盾构机的掘进,刀盘在旋转过程中，刀具会受到刀盘的作用力对开挖面土体产生轴向剪切力和径向切削力，在这两个力的作用下刮刀就可以不断地将开挖面前方土体及石块切削下来。简单来说，刮刀就是把盾构机刀盘前方的松散土体刮削下来，刮刀一般适用于砂土、黏土等松散土质。一般情况下边缘刮刀、正面刮刀和中心羊角刀用来作为刮刀切削软土,它们可以切削软土、破碎天然单轴抗压强度在30MPa以下的岩石，起到破碎块状碴土、增大刀盘开口率、提高掘进速度及保护刀盘结构和滚刀刀刃的作用。

    滚刀损坏常见形式:  (1)盾构刀具磨损方式硬岩中滚刀损坏形式虽有多种多样，但归纳起来可以分为：刀圈损坏、轴承损坏、油封损坏以及其它损坏等4类，其中，刀圈偏磨、轴承损坏是最常见的损坏形式。其中刀圈损坏最为普遍，论文就是研究刀圈磨损的程度，当磨损到最大极限就发出警报提醒工作人员换刀以减少换刀不及时对刀带来更大的损坏或者换刀过早产生不必要的浪费。盾构机在砂卵石地层或者岩石含量比较高的硬岩地层中刀具磨损很快。在这种地质情况下一般选择使用滚刀。对于滚刀的磨损情况,依据滚刀磨损的形态特征和磨损程度一般将其分为均匀磨损和非均匀磨损:   ①均匀磨损就是滚刀刀圈各部位的磨损程度大致相同。均匀磨损是滚刀失效的主要形式。滚刀进行破岩时,破岩效率与滚刀刃口宽度有关。刃口宽度越窄也就是说滚刀越锋利，破岩效率越高，随着盾构机掘进滚刀刀圈磨损量的增加,刃口宽度也随之增加,当刀口宽度达到一定范围时会影响掘进速度，这时就要考虑换刀。②非均匀磨损就是滚刀刀圈周边各部位的磨损程度不一致。非均匀磨损还包括刀圈偏磨和刀圈断裂两种情况。盾构机在掘进过程中，地质情况复杂多变，地质情况的变化可能导致刀圈偏磨。如果刀盘其他部件(如齿刀等)脱落卡在刀刃与岩壁之间,会导致刀圈局部过载而使刀圈应力集中、发生刀圈断裂。刀圈发生偏磨或者断裂都会使滚刀的破岩能力大幅度减小，当遇到这种情况就要及时换刀。 下面几种情况要考虑检查更换刀具：①掘进参数异常：主要是指总推力、刀盘扭矩、掘进速度这3个参数出现异常。通常是推力过大、或刀盘扭矩过大、或掘进速度过低、或刀盘频繁被卡死。②地质条件变化：由稳定地层向不稳定地层过渡掘进时，应提前在稳定地层检查更换刀具，不稳定地层容易使刀具发生偏磨或者断裂，应避免在不稳定地层换刀。③地面环境限制：在盾构机将要通过地面重要建筑物或河流、湖泊前要提前检查更换刀具，避免在建筑物、河流下方检查更换刀具。(2)影响滚刀磨损的主要因素有:影响滚刀磨损的因素有很多，与滚刀自身的设计与材料、地质情况等因素有关，其中主要的地质因素包括岩石强度、硬度、断裂带、研磨性及裂隙发育程度、地层的节理、造岩矿物种类、开挖断面的地质均匀程度等。岩石节理、裂隙越发育,刀具破岩越容易,滚刀磨损速度越慢;岩石强度越强、硬度越大，滚刀的磨损速度越快；而开挖断面越不均匀,岩石地质变化越快,滚刀磨损越快，越容易产生不均匀磨损。刀盘是滚刀的载体,刀盘的开口率及开口均匀性,也都与滚刀磨损程度密切相关。滚刀的磨损也与刀具组合方式和刀间距是否合理有很大联系。处在刀盘上不同位置的刀具,其线速度不同，越靠近刀盘中心的刀具磨损越慢，反之，越远离刀盘中心的刀具磨损越快，所以刀具发生不均匀磨损的概率就不同,因此刀具磨损程度也就会因刀具位置不同而不一致。施工过程的合理控制和管理也会对刀具磨损产生重大影响。施工控制因素有很多包括有效推力、贯入度、切削环境和施工管理等。如果不能及时地发现非正常磨损的刀具,可能会因为一把刀具的不正常磨损加重其周围刀具的载荷,从而加快这些刀具的磨损速度，进而影响工程的工期和成本。

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