雙護盾隧道掘進機在極硬巖隧道施工中存在刀具磨損更換頻繁、裝備掘不動且施工效率低下的難題。以深圳地鐵6號線羊臺山隧道工程為研究對象,通過統(tǒng)計、參數(shù)相關(guān)分析的方法,提出:在雙護盾隧道掘進機設(shè)計選型階段前期,需要重點考慮高強度刀盤本體設(shè)計、刀具型式的選擇及合理的刀間距布置方式;在施工過程中,可以進行破巖刀具的材料、刀具刃形優(yōu)化,以及掘進參數(shù)與不同類別圍巖的合理匹配選擇。提出了適宜的雙護盾隧道掘進機施工控制掘進參數(shù)。實踐結(jié)果證明,硬巖刀盤的針對性設(shè)計與優(yōu)化調(diào)整,以及合理的掘進參數(shù)選擇,有效減少了換刀頻次,降低了施工成本,保證了施工工期。 

【文章來源】：城市軌道交通研究. 2020,23(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖５不同圍巖類別刀具磨損更換占比??在工程實施過程中，針對極硬巖地層中的ＴＢＭ??

?計，才能實現(xiàn)高效破巖［９４１］。為了應(yīng)對羊臺山隧道??的極硬巖工況，刀盤的前期設(shè)計重點考慮了高強度??刀盤本體設(shè)計、刀具選擇及刀間距布置方式。如在??施工過程中出現(xiàn)掘不動現(xiàn)象，則通過刀具材料和刀??具刃形優(yōu)化來解決。??？?１３４?？??２．１高強度刀盤本體設(shè)計??從幾何學(xué)角度，刀具在刀盤上的整體布置主要有??阿基米德螺旋線布置法和同心圓布置法。盾構(gòu)機刀??盤一般采用阿基米德螺旋線布置法，ＴＢＭ滾刀通常??采用同心圓布置法。羊臺山隧道所用的雙護盾ＴＢＭ??刀盤整體布置如圖１所示。刀盤材質(zhì)選用Ｑ３４５Ｄ合??金鋼，其屈服強度要求不小于３４５?ＭＰａ；刀盤面板板??厚設(shè)計值為２７０?法蘭板厚為３４０?ｍｍ，以保證刀??盤具有足夠的強度和抗偏載能力。??圖１羊臺山隧道所用的雙護盾ＴＢＭ刀盤??此外，為保證刀盤本體在堅硬巖石長期摩擦撞??擊下不受傷，在刀盤表面還分塊焊接了一層耐磨鋼??板。當磨損量達到一定數(shù)值后，耐磨鋼板可拆解更??換。在設(shè)計中，刀盤正面采用復(fù)合耐磨板，圓弧過??度區(qū)域采用Ｈａｒｄｏｘ５００耐磨鋼板和鑲嵌合金耐磨??板，其硬度可達５００?ＨＢ，兼具髙硬度、高強度及高韌??性，能有效承受刀盤破巖推進時巖渣對刀盤表面造??成的劇烈摩擦，也能很好地適應(yīng)復(fù)雜的刀盤表面形??狀和大焊接量。??２．２刀具選擇及布置??由于羊臺山隧道巖石強度極高，刀具布置及刀??型式選擇是需要重點考慮的問題。通常認為，小刀??間距有利于破巖，具有能有效降低刀盤震動、延長??刀具使用壽命的特點。在考慮空間位置的前提下，??羊臺山隧道所用ＴＢＭ刀盤的中心刀間距設(shè)置為８９??ｍｍ，正滾刀刀間距設(shè)置為８６?ｍｍ及８２?ｍ

第８期??圖２雙護盾ＴＢＭ滾刀刀間距示意圖（單位ｍｍ）??目前大直徑滾刀已成為雙護盾ＴＢＭ應(yīng)對硬巖??地層施工時的刀具選型發(fā)展方向。??２．３滾刀優(yōu)化設(shè)計??在實際ＴＢＭ掘進過程中，由于部分施工區(qū)段??的圍巖完整性好、強度高，故ＴＢＭ掘進的貫入度??小，即使增大系統(tǒng)推力等掘進參數(shù)也均無明顯改??善，且刀具磨損嚴重。該段的掘進參數(shù)為：刀盤轉(zhuǎn)??速為６．３?ｒ／ｍｉｎ，主推力為１３?５００?ｋＮ，貫人度為丨．０￣??３．０ｍｍ／ｒ，掘進速度為７￣１８ｍｍ／ｍｉｎ。為了應(yīng)對這??種極硬巖掘不動的狀況，本文提出從刀具材料和設(shè)??計兩方面對刀具進行優(yōu)化改進。??１）優(yōu)化方案１?：側(cè)重在刀具材料及熱處理工藝??方面的改進，以增加刀具的耐磨及耐沖擊性能。通??過試驗，改進刀具材料和優(yōu)化滾刀熱處理工藝，保??證刀圈的抗拉強度為１?５５０?ＭＰａ以上。此外，為了??提高滾刀的強度和韌性，控制刀圈中的硫和磷含??量，使硫含量矣〇．〇〇３％、憐含量＜０．０】５％，進而將刀??圈整體沖擊韌度提髙至１３?達到超級特種鋼標準。??２）優(yōu)化方案２：側(cè)重在刀具刃形的優(yōu)化改進，以??提髙刀具在極硬巖中的力學(xué)特性。增加了刀刃的寬??度，以避免滾刀尖刃楔形截面因鈍化而降低破巖效??率；優(yōu)化了刀刃角度，以提高滾刀整體強度；優(yōu)化刀具??過渡圓弧曲線，以提高滾刀抗沖擊性能。羊臺山隧道??所用的雙護盾ＴＢＭ刀具刃形的優(yōu)化如表１所示。??通過刀具的優(yōu)化改進，解決了雙護盾ＴＢＭ掘??不動的狀況。刀具優(yōu)化后刀盤轉(zhuǎn)速為６．６?ｒ／ｍｉｎ，推??力為１２?０００?ｋＮ，貫入度為２．６－４．０?ｍｍ／ｒ，掘進速度??為１８￣３５ｍｍ／ｍｉｎ。和刀具優(yōu)化前相

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3117757