隧道掘进机施工技术及管理培训

隧道掘进机施工技术及管理培训 2013年6月 刀盘 刀具与地质 目录 目录 第二部分 刀具的破岩机理 第四部分 刀盘的基本形式 第三部分 刀具的配置及其失效 第一部分 刀具的种类 第一部分 刀具的种类 盘形滚刀 单刃滚刀 双刃滚刀 三刃滚刀 多刃滚刀 第一部分 刀具的种类 刮刀 切削刀 切刀 面刮刀 周边刮刀 双层刮刀 周边保护刀 第一部分 刀具的种类 双层先行撕裂刀 先行撕裂刀 单层先行撕裂刀 贝形先行撕裂刀 羊角形先行撕裂刀 第一部分 刀具的种类 中心刀 第一部分 刀具的种类 仿形刀 超挖刀 第一部分 刀具的种类 特殊功能刀具及刀盘设计 可伸缩式 隐藏式 刀具 常压换刀设计 第一部分 刀具的种类 隐藏时状态 伸出时状态 第一部分 刀具的种类 刮刀 切削刀 切刀 的安装方式 第一部分 刀具的种类 1 主切削刀 主切削刀一般形状及其切削土体示意图 主切削刀的切削原理是盾构向前推进的同时 切削刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向 沿隧道前进方向 剪切力和径向 刀盘旋转切线方向 切削力 在刀盘的转动下 通过刀刃和刀头部分插人到地层内部 像犁子犁地一样切削地层 一般情况下 前角 后角 随切削地质特性不同变化 取值范围在5 20 之间 粘土地层稍大 砂卵石地层稍小 第一部分 刀具的种类 先行刀是先行切削土体的刀具 设计原理是 与切削刀组合协同工作 在切削刀切削土体之前先行切削土体 将土体切割分块 为切削刀创造良好的切削条件 主切削刀与主超前刀协同切削土体示意图 2 先行刀 超前撕裂刀 第一部分 刀具的种类 设置在刀盘中心位置 尺寸较大的鱼尾状的刀具 鱼尾刀的设计和布置原理是 使鱼尾刀最先切削土体 让盾构机先小圆切削土体后扩大到全断面切削土体 将鱼尾刀根部设计成锥形 使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来的土体增加一项翻转运动 如同犁地一般 这样既解决了中心部分土体的切削问题 改善了切削土体的流动性 又提高了盾构机整体掘进水平 鱼尾刀切削土体示意图如图所示 鱼尾刀切削土体示意图 3 鱼尾 中心 刀 第一部分 刀具的种类 4 贝型刀 砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层 若采用滚刀 因土体松散 在滚刀掘进挤压下 会产生较大变形 大大降低滚刀的切削效果 有时甚至丧失切削破碎能力 针对大粒径砂卵石地层的特性 使用贝型刀效果更好 其布置在刀盘盘圈前端面 用于切削大粒径卵石 第一部分 刀具的种类 滚刀结构示意图 Robbins 目录 目录 第二部分 刀具的破岩机理 第四部分 刀盘的基本形式 第三部分 刀具的配置及其失效 第一部分 刀具的种类 第二部分 刀具的破岩机理 刮刀 切削刀 的开挖方式与土的破坏机理 切削刀的基本切削过程是 切削刀通过刀刃的切削作用和前刀面的推挤作用使得被开挖土体产生应力与变形 其中刀刃的切削作用使切削层土体沿刀刃方向产生分离 前刀面的推挤作用使得已分离的土体产生变形而与母体分离形成土屑 刀具切削时 通常做两个方向的运动 沿开挖面的运动 它起着分离岩土的作用 切入开挖面的运动 它改变切削的厚度 如图3 10 切削刀工作原理图 第二部分 刀具的破岩机理 切削刀的开挖方式 a 流动型切屑 b 裂断型切屑 c 剪断型切屑 d 剥离型切屑 第二部分 刀具的破岩机理 滚刀在岩石面上连续做同心圆运动 轴压力 推力 使刀刃压入岩石 产生类似于静压破岩 滚动力 扭矩 使盘刀刀刃沿轨迹线连续滚压岩石 并在滚刀通过处对岩体产生侧向压力 使盘刀运动轨迹线周边的岩石不断产生崩裂 从而达到连续破岩 切削刀的开挖方式 第二部分 刀具的破岩机理 滚刀破碎的岩渣 第二部分 刀具的破岩机理 切刀 或刮刀 施力于岩土层上 靠刀具的刀刃从岩土体的外层分离岩土 并使之脱离母体达到破岩的一种机械破岩方式 切刀破岩机理示意图 切刀破岩机理 目录 目录 第二部分 刀具的破岩机理 第四部分 刀盘的基本形式 第三部分 刀具的配置及其失效 第一部分 刀具的种类 第三部分 刀具的配置及其失效 刮刀 软土 砂土 粘土刮刀 先行撕裂刀 软土 软岩刮刀 双刃滚刀 软土 软岩 中硬岩刮刀 单刃滚刀 硬岩 刀具配置 第三部分 刀具的配置及其失效 卵石地层 岩石地层 砂性地层 刮刀 先行撕裂刀 刮刀 先行撕裂刀 碎石刀 刮刀 滚刀 刮刀 刮刀 滚刀 地层与刀具配置设计 第三部分 刀具的配置及其失效 刀具的失效形式 滚刀的失效形式正常磨损刀圈断裂刀圈剥落 表面缺陷 刀圈卷刃 表面缺陷 刀圈移位漏油挡圈脱落偏磨 弦磨 多边弦磨刀体磨损 轮毂磨损 端盖磨损 轮毂磨损 完全损坏 刮刀的失效形式正常磨损断齿掉齿刀体折断 第三部分 刀具的配置及其失效 1 正常磨损刀具的正常磨损是指刀圈的磨损量超过了规定值 磨损量可用专用的量具进行测量 滚刀失效形式及原因 第三部分 刀具的配置及其失效 2 刀圈偏磨 弦磨如果滚刀在掘进工作面不转动 由于刀圈和掘进工作面的相对运动就会形成刀圈的偏磨 由于中心区滚刀线速度较小 承受载荷较大 中心区滚刀容易出现此现象 第三部分 刀具的配置及其失效 3 刀圈断裂推力过大或刀圈在比较硬的岩石上滚动就有可能使刀圈断裂 若一个刀圈有两处断裂 断裂的部分刀圈就有可能掉到土舱 边缘滚刀和正面区滚刀经常有此现象 第三部分 刀具的配置及其失效 4 表面缺陷如果有金属或其它坚硬物损坏了刀圈的局部表面 刀圈局部表面就会形成表面缺陷 5 环幅式磨损如果刀圈的工作面和掘进工作面充分接触摩擦 就会形成环幅式磨损 第三部分 刀具的配置及其失效 6 刀圈挡圈磨损或脱落挡圈是由两个半圆的钢环安装在滚刀轴的卡槽里焊接成一个完整的圆环 其作用是防止刀圈从滚刀轴上脱落 一旦刀圈挡圈脱落或焊接处磨损严重 就应该更换刀具 7 滚刀漏油由于密封件的损坏 就可能使密封油泄漏 从而导致油封座和轮毂的损坏 第三部分 刀具的配置及其失效 8 轮毂磨损刀盘和渣土不间断的摩擦 使得滚刀轮毂也发生严重磨损 9 油封座损坏由于漏油使得油封座损坏 10 轮毂或油封座损坏刀圈如果在金属物 掉了的刀圈或螺帽 上滚动 轮毂或油封座有可能被卡住 就会妨碍刀圈绕着滚刀中心轴自由转动 第三部分 刀具的配置及其失效 11 滚刀的多边形磨损在掘进时滚刀时转时不转 或者在某个点转动时间长在其它点转动时间短 就会产生这样的磨损 第三部分 刀具的配置及其失效 撕裂刀 正面区刮刀和边缘区刮刀的磨损及原因a 撕裂刀磨损正常磨损 齿刀切削土层和砂砾层所形成的磨损 异常磨损 由于换刀不及时在硬岩区的磨损 b 正面区刮刀磨损正常磨损 刮刀刮削土层 砂砾层和被滚刀挤碎的岩层时所形成的磨损 异常磨损 由于滚刀刀圈掉落 在刀盘同一圆周上的刮刀就直接承受掘进工作面的载荷 刮刀和掘进工作面的相对摩擦 就导致刮刀严重偏磨 第三部分 刀具的配置及其失效 第三部分 刀具的配置及其失效 硬岩掘进时推力及速度过大会造成刀具崩刃断裂粘土层掘进时泡沫 水等添加不合适即渣土改良效果不好会产生泥饼或刀具被渣土裹住无法转动软弱围岩掘进时 推力过大或刀盘转速过快会造成局部刀具过载 密封失效等 掘进参数及地质对刀具的影响 第三部分 刀具的配置及其失效 刀具的磨损检测装置 传感式 液压式 目录 目录 第二部分 刀具的破岩机理 第四部分 刀盘的基本形式 第三部分 刀具的配置及其失效 第一部分 刀具的种类 第四部分 刀盘的基本形式 盾构机刀盘分为三个区域 中心区 正面区和边缘区 刀盘的布局 第四部分 刀盘的基本形式 中心区 该区是刀盘布局的关键 既要考虑对砂土 粘土和较为破碎岩层的开挖和出土的适应性 又要兼顾到整个区间围岩的强度 因此该区采用先行撕裂刀和滚刀可以互换的方案 刀座设计成既可以安装先行撕裂刀 又可以安装滚刀 而且设计成背装式 即可以在刀盘后面对刀具进行更换 该区布置有6把双刃滚刀 或6把双刃先行撕裂刀 硬岩用滚刀 软土用先行撕裂刀 6把双刃滚刀的刀间距为180mm 正面区 该区采用刮刀与双刃滚刀 或单刃撕裂刀 组合的布局方式 共设64把刮刀和8把双刃滚刀 或单刃撕裂刀 刮刀在刀盘的四个方向分两列布置 其宽度使得每把刀的切割轨迹有所重叠 可使开挖土体清除干净 滚刀安装高度超刮刀高度35mm 双刃滚刀和单刃撕裂刀可以互换 硬岩用滚刀 软土用撕裂刀 第四部分 刀盘的基本形式 边缘区 该区设置了5把双刃滚刀 8把边缘刮刀和1把超挖刀 双刃滚刀用于对该区围岩的破坏 边缘刮刀用来校准洞径的尺寸 超挖刀则是用于盾构曲线施工和盾构姿态调整 在开挖时 刀盘边缘的线速度较高 磨损快 故而配置了8把边缘刮刀 5把双刃滚刀 且滚刀也因为刀盘在旋转时相对于中心区和正面区而言 滚动范围大 因而刀具布置较密 刀间距较中心区刀间距小 刀间距为100mm 该5把滚刀一般不因地质情况的变化而更换 硬岩和软土都采用 软土区刀具布置 刮刀64把 双刃先行撕裂刀6把 单刃先行撕裂刀8把 双刃滚刀5把 边缘刮刀8把和超挖刀1把 第四部分 刀盘的基本形式 刀盘的基本结构类型 辐条式