刀盘设计理念及变迁

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盾构机刀盘设计要点探究

盾构机刀盘设计要点探究

盾构机刀盘设计要点探究盾构机刀盘设计五花八门,主要设计依据是盾构隧道的地质条件。

但针对相同地质条件,各制造厂家基于各自的理念设计出的刀盘又不尽相同。

作为使用单位,在进行设计联络、设计评审时,如何入手,如何判定优劣呢?刀盘设计的适应性判断是考虑问题的出发点。

刀盘结构外形的差异并不重要,只要结构强度满足力学要求,即满足极限条件下的推力、扭矩的要求即可。

我们需要关心的是另外几方面的问题:一、刀盘开口率刀盘开口率是指刀盘留空面积占整个刀盘面积的百分比。

这部分留空面积,是切削渣土的运动通道。

渣土脱离土体后,在重力及刀具刮削作用下,沿刀盘开口流动到土仓。

搅拌后,从土仓底部螺旋输送机排出。

开口率的大小对应的是渣土排放的效率。

若取值过小,破碎(切削)的渣土不能及时进入土仓,滞留在刀盘前方,跟随刀盘做摩擦运动,随着温度升高,会固结在刀具、辐条等部位形成泥饼。

因此,在结构强度允许的情况下,开口率尽可能地取较大的值较好。

开口率的取值对应刀盘的常态转速。

开口率的计算公式:K=1/(r+1)其中:K——开口率(%)r——刀盘转速(rpm)刀盘转速是一个从0到Rmax的范围值。

通常是连续可调的。

但刀盘的开口率是固定的,一经设计、制造成型就不可更改。

因此,确定刀盘开口率需要预先评估针对隧道地质条件下刀盘的经常工作状态,根据刀盘的常态转速来确定刀盘的开口率。

岩土硬度高、结理发育差的地层,刀盘转速应较大。

相应的,对刀盤开口率要求就小。

这与高硬度岩土开挖效率低,出渣量小的施工形态是对应的。

反之,岩土硬度低、结理发育丰富地层(如全、强风化地层),刀盘转速应较小。

对刀盘开口率要求就大。

例如,我单位施工的莞惠城际轨道交通GZH-6项目隧道地质主要是弱风化混合片麻岩,岩体较硬。

对于这类地层,施工时刀盘常态转速的经验值在1.5~2rpm之间。

据此,计算出开口率的值K在40%~33%范围内。

根据强度优先的原则,采用辐条+面板的结构形式。

结合刀具的布置等其它因素,刀盘开口率最后结果值是31%。

切片刀盘简介

切片刀盘简介
切片刀盘简介
汇报人: 2024-01-01
目录
• 切片刀盘概述 • 切片刀盘的种类 • 切片刀盘的特点与优势 • 切片刀盘的应用领域 • 切片刀盘的维护与保养 • 切片刀盘的发展趋势与未来展

01
切片刀盘概述
切片刀盘的定义
01
切片刀盘是一种用于切割各种材 料的工具,通常由一个旋转的刀 盘和固定的工作台组成。
具备高精度和高稳定性的 特点,能够满足专业厨师 和食品加工企业的需求。
同时,工作台固定材料,确保切割的 精度和稳定性。
当刀盘旋转时,刀片上的切削刃对材 料施加压力,使其被切削成薄片或细 条。
02
切片刀盘的种类
按材质分类
不锈钢切片刀盘
采用优质不锈钢材料制作,具有 较高的硬度和耐腐蚀性,适用于
各种食材的切割。
碳钢切片刀盘
以碳钢为原材料,具有较高的锋利 度和耐用性,常用于切割较硬的食 材。
陶瓷切片刀盘
采用陶瓷材料制作,具有高硬度、 耐高温和无毒等优点,适用于切割 各类食材,尤其是一些需要保持原 汁原味的食材。
按用途分类
01ห้องสมุดไป่ตู้
02
03
家用切片刀盘
设计轻巧,操作简单,适 合家庭日常使用。
商用切片刀盘
尺寸较大,功率强劲,能 够高效地切割大量食材, 适合餐饮业和食品加工行 业使用。
专业切片刀盘
02
它利用高速旋转的刀片对材料进 行切割,可以广泛应用于食品、 木材、石材等领域。
切片刀盘的用途
切片刀盘主要用于将各种材料切成薄 片或细条,如蔬菜、水果、肉类、木 材等。
它能够快速、准确地完成切割任务, 提高生产效率,减少人工成本。
切片刀盘的工作原理

(精品)刀盘

(精品)刀盘

页岩 粘土 泥岩
刮刀;齿刀; 楔齿滚刀
中软岩 45--85 石灰岩 砂岩 大理石 火山岩 凝灰岩
中硬岩 85—180 白云石 片麻岩 花岗岩 片岩 长石
硬岩
>180
闪绿岩 硅岩 角闪岩 硬质粘土岩 玄武岩 燧石 砾岩
盘形滚刀; 楔齿滚刀
盘形滚刀; பைடு நூலகம்齿滚刀
盘形滚刀 球齿盘形滚刀
三、刀盘的分类
按结构形式分,一般分为两类:辐条式刀盘 和面板式刀盘; 按功能分,一般分为两类:软土刀盘和复合 式刀盘。
4)刀具高差
指不同刀具之间的高度差。很多时候为了改 善切削效果,采用不同的刀具和高度,例如 先行刀、主切刀、鱼尾刀就有不同的高度。
2、辐条式刀盘
3、面板式刀盘
辐条式刀盘与面板式刀盘的比较
hardox500
焊接耐磨层
8、刀具
目前使用的刀具一般有两类:一是切削类刀具, 二是滚动类刀具
1)、切削类刀具
刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具, 刮削刀具的种类繁多,目前盾构掘进机上常用的切削 刀具类有边刮刀、、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀、 等。
切刀、边刮刀
撕裂刀
贝壳刀
撕裂刀、切刀
滚刀结构
3、刀具工作原理
1)刮削类刀具的工作原理
在刀盘推力的作用下,刮刀嵌如岩渣或岩层中,刀盘带动刀具转动时刮削岩层, 在掌子面形成一环环犁沟,特点是效率高,刀盘转动阻力大。 在软土地层或滚 刀破碎后的渣土通过刮刀进行开挖,渣土随刮刀正面进入渣槽,因此刮刀既具有 切削的功能也具有装载的功能
鱼尾刀
仿形刀
仿形刀是为曲线掘进、转弯、纠偏设计 的,仿形刀安装在刀盘的边缘,通过一 个液压油缸来控制仿形刀的伸出量,从 而控制超挖范围

盾构刀盘结构设计与分析

盾构刀盘结构设计与分析

关键词:盾构;刀盘;结构设计;发展
中图分类号:U455.43
文献标识码:A
doi:10.13244/ki.jiwhr.20190158
1 研究背景
盾 构 是 以 土 质 为 主 地 质 条 件 下 , 隧 洞(道)全 断 面 开 挖 的 地 下 施 工 机 械 装 备 , 广 泛 用 于 水 利 水 电 隧洞、铁路公路隧道、城市地铁、市政等工程的施工。盾构刀盘属于钢结构焊接件,安装在盾构最 前端,是掘削刀具安装的载体。在盾构施工中,盾构刀盘连同其上的刀具一起推进并旋转,刀盘将 推力和转矩传递给每把刀具,使刀具对掌子面土体产生切削力并进行切削作业。刀盘刀具在地下施 工过程中会遇到不同种类的地质,如黏土、砂土、淤泥、卵砾石等多种地质的混合土体,作业条件 复杂恶劣,从而给盾构刀盘及刀具提出了严苛要求。由于盾构施工隧道地质地层的不同、隧道断面 形状和不同生产厂商秉承设计理念的不同等,出现了各式各样的盾构刀盘结构。因此,分析盾构刀 盘结构、刀具刀座、刀具布置和其它刀盘功能结构等的发展和面临的挑战,为盾构刀盘结构设计创 新发展提供借鉴就显得非常必要。
2 刀盘结构分析
2.1 刀盘三大功能 目前隧道施工使用的盾构刀盘主要包括三大功能:开挖功能、稳定功能和搅拌 功 能[1]。 刀 盘 结 构 设 计 过 程 中 , 前 两 大 功 能 是 刀 盘 设 计 需 重 点 考 虑 的 首 要 因 素 , 对 刀 盘 结 构 设 计 也 有 非常大的影响,而搅拌功能则是刀盘旋转切削地层时的附加功能,对结构设计影响较小。盾构刀盘 结构设计合理与否直接影响着盾构的开挖效果和掌子面稳定情况,三大功能也成为刀盘结构设计的 出发点。刀盘结构形式与隧道地质状况密切相关,为了实现刀盘的三大功能,不同地层应采用不同 的且与之相适应的刀盘结构设计形式。

石头刀柄的设计理念

石头刀柄的设计理念

石头刀柄的设计理念石头刀柄的设计理念石头刀柄作为一种刀具的组成部分,对于刀的使用者来说具有重要的意义。

一个好的石头刀柄不仅可以提升刀的舒适度和稳定性,同时也能增加刀的实用性和美观性。

在设计石头刀柄时,应该考虑到刀的使用功能和人体工学原理,以实现最佳的设计效果。

首先,在石头刀柄的设计中应该注重刀的使用功能。

刀是人类使用最久的工具之一,它的功能主要是用来切割、剪断和穿刺物体。

因此,石头刀柄的设计应该能够提供足够的握持力和舒适度,使得使用者可以更好地控制刀具,减少因手部滑动而导致的伤害。

同时,石头刀柄应该具备足够的耐磨性和耐腐蚀性,以确保长时间的使用不会导致刀柄材料的破损和老化。

其次,在石头刀柄的设计中应该考虑人体工学原理。

人体工学是研究人体与工作环境之间关系的学科,它主要研究人体在工作过程中的姿势、动作、力学特性等方面,以提高工作效率和保护身体健康。

因此,在设计石头刀柄时需要考虑到使用者的手型和手指的活动范围,以保证握持的舒适度和稳定性。

同时,石头刀柄的形状和大小也应该与不同人群的手型相适应,以便于更多的使用者能够得到良好的使用体验。

最后,在石头刀柄的设计中应该注重美观性。

石头刀柄作为刀具的装饰部分,它的外观设计应该能够吸引消费者的眼球,并且与整个刀具的风格相协调。

通过采用不同的材质和工艺,可以赋予石头刀柄独特的质感和纹理,使其更加美观大方。

同时,石头刀柄的颜色和形状也可以根据不同的需求进行设计,以展现不同的创意和个性。

综上所述,石头刀柄的设计应该注重刀的使用功能、人体工学原理和美观性。

通过合理的设计理念和创新的工艺,可以打造出更加实用、舒适和美观的石头刀柄,为使用者带来更好的使用体验。

刀具刀盘

刀具刀盘
a.软土刀盘 在软弱土地层一般只需配置切削型刀具,如切刀、 边刮刀、中心刀等即软土刀盘,图2所示。
图2
b.复合式刀盘 复合地层的组合方式非常复杂多样,但总的来说可 分为三大类:一类是在掘进断面上不同地层的组合;一
万方数据
2010.05建设机械技术与蕾理1 01
类是在掘进轴线方向上不同地层的组合;另一类是上述 两者兼而有之。在广州、南京、深圳的地铁修建中都遇到 了大量的复合地层。为了应对不同的地层条件,发明了复 合盾构技术。复合盾构技术是根据掘进面不同的地层条 件,盾构机采用不同的掘进模式,例如土压平衡模式、气 压平衡模式及非土压平衡模式等。在复合式地层,也要求 刀盘采用混合式设计,即在同一个刀盘上同时布置2种 或2种以上的类型的刀具,刀和滚刀并存,图3所示。
表3切深为60 mm时不同切削速度下的刀具切削力
切削速度/(mm/s)
100
300
500
1000
2000
3000
6000
最大切削力/N
1673.31 2004 06 2846 79 3967.15 10494.2 28497.4 71443 3
平均切削力/N
1088 70 1289 93
1498 62 2421.64 6966.83 12172.77 47007.86
(2)先行刀是先行切削土体的刀具,超前切刀布置,
(a)球齿滚刀
(”楔齿滚刀
圈4钢刀圈滚刀和球齿刀圈滚刀
2.2滚动刀具(滚刀) 滚动刀具是指不仅随刀盘转动,还同时作自转运动
的破岩刀。根据刀刃的形状滚刀可分为:齿形滚刀(钢齿 和球齿)、盘形滚刀。
根据安装位置滚刀可分为:正滚刀、中心滚刀、边滚 刀、扩孔滚刀(图5)。
——亩,一

盾构机械刀盘及刀具设计与优化

盾构机械刀盘及刀具设计与优化

盾构机械刀盘及刀具设计与优化随着城市地下空间的不断开发和利用,盾构机械在地铁、隧道等工程领域中得到了广泛应用。

盾构机械的刀盘及刀具是决定其施工质量和效率的重要因素之一。

本文将重点讨论盾构机械刀盘及刀具的设计与优化。

1. 刀盘设计1.1 刀盘结构设计刀盘是盾构机械的核心部件之一,其结构设计的合理性对盾构机械的工作效果有着重要的影响。

刀盘的结构设计应该考虑以下几个方面:1.1.1 刀盘刚度设计刀盘的刚度设计直接影响到刀具在施工过程中的稳定性和耐久性。

应该根据盾构机械的工作条件和土壤的物理特性,合理选择刀盘的材料和结构尺寸,确保刀盘具有足够的刚度。

1.1.2 刀盘模块化设计刀盘的模块化设计可以极大地提高刀具更换的效率,并且便于维护和保养。

刀盘的模块化设计应该考虑到刀具的安装和拆卸便捷性,同时也要保证刀具的工作性能。

1.1.3 刀盘防护设计刀盘的防护设计不仅能够保护刀具,在施工过程中还能够减少对环境的影响。

刀盘的防护设计应考虑到刀具的精度和平衡性,同时也要与盾构机械的其它部件协调配合。

1.2 刀盘传动系统设计刀盘传动系统是盾构机械的另一个重要部分,其设计的合理性对盾构机械的运行效果至关重要。

刀盘传动系统设计应该考虑以下几个方面:1.2.1 传动效率设计传动效率直接关系到盾构机械的工作效率。

刀盘传动系统的设计应该尽可能地提高传动效率,降低能量损耗。

1.2.2 齿轮设计齿轮是刀盘传动系统中常用的传动元件,其设计应考虑到负载分配、噪声控制等方面的需求。

合理选择齿轮的材料和结构尺寸,可以提高刀盘传动系统的可靠性和耐久性。

1.2.3 传动稳定性设计传动稳定性是刀盘传动系统设计时需要充分考虑的因素,合理选择传动比、减小晃动等措施,可以提高刀盘传动系统的稳定性。

2. 刀具设计与优化2.1 刀具材料选择刀具材料的选择直接影响到刀具的硬度、韧性和耐磨性等性能。

应根据盾构机械工作的土壤条件和设计要求,选择适合的刀具材料,以确保刀具有良好的工作性能和寿命。

刀盘设计理念及变迁概要

刀盘设计理念及变迁概要

盾构刀具盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。

本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理,同时针对不同的地层情况,提出刀具的具体配置方式。

针对盾构机在复合地层隧道掘进,解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。

结合工程实例,在砂卵石地层中(尤其是含大直径漂石)长距离隧道掘进的工况下,提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。

最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。

1 、引言盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容,其配置是否适合应用工程的地质条件,直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。

2 、刀具种类和切削原理2.1、切刀(齿刀,刮刀)切刀是软土刀具,布置在刀盘开口槽的两侧,其切削原理是盾构机向前推进的同时,切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,刀刃和刀头部分插入到地层内部,不断将开挖面前方土体切削下来。

切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。

2.2、先行刀(超前刀)先行刀是先行切削土体的刀具,超前切刀布置。

先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。

先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体,将土体切割分块,为切刀创造良好的切削条件。

先行刀的切削宽度一般比切刀窄,切削效率较高。

采用先行刀,可显著增加切削土体的流动性,大大降低切刀的扭矩,提高切刀的切削效率,减少切刀的磨耗。

在松散体地层,尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。

2.3、贝型刀贝型刀实质上是超前刀,盾构机穿越砂卵石地层,特别是大粒径砂卵石地层时,若采用滚刀型刀具,因土体屑松散体,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。

将其布置在刀盘盘圈前端面,专用于切削砂卵石。

2.4 、中心刀(鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀)在软土地层掘进时,因刀盘中心部位不能布置切刀,为改善中心部位土体的切削和搅拌效果,可在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀(羊角刀),一般鱼尾刀超前600 mm左右。

TBM刀盘设计综述

TBM刀盘设计综述
专 题 论 述
T B M刀盘 设计 综 述
李 杨
2 0 0 0 3 1 ; 青岛 2 6 6 1 0 9) ( 1 .中国船舶 重工集 团公司第7 0 4 研究 所,上海 2 .中船重工 ( 青岛 ) 轨道交通装备有 限公司 ,山东
[ 摘要 ] 分析T B M刀盘的结构形式,根据盘形滚刀的破岩机理和大直径滚刀在工程实际中的良好业 绩 ,说 明大直径滚刀是T B M发展方 向;根据平均刀间距的计算公式,确定滚刀数量及布置方式 ;根据安 装滚刀的线速度计算刀盘最大转速。为T B M刀盘的选型、刀具布置及动力配备提供重要依据 。 [ 关键 词 ] T B M刀盘 ;盘形 滚 刀 ;刀 间距 ;刀 盘转速 [ 中 图分 类号 ]U 4 5 5 . 3 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号 ] 1 0 0 1 — 5 5 4 X( 2 0 1 3 ) 0 6 — 0 0 7 4 — 0 4
如果 隧道 开 挖 截 面 是 圆 形 ,则 理论 开 挖 直径 ( 刀盘 直径 )与设 计成 洞后 隧道直 径 的关系 为
D = D o + 2( l + 2 + 3 ) ( 1 )
刀盘 直 径 ( 按 已磨 损边 刀 )可 根据 下式 估 算:
D = D o + 2( h + T) ( 2)
刀盘 上 的布置 ,应遵循 以下 两条原 则 :① 盘形 滚刀 在 刀 盘 石 类 型 、岩 石 物 理 力学 属 性 和 岩 体 节 理 分 布 等 因 素 。对 于 已确 定类 型 的岩 石 , 目前可 基本确 定一 个 最 佳值或 范 围 。
护盾 ;
③ 盾尾设 计类 型 ,即密封 盾尾 或开放 盾尾 ;
主参数的设计等 ,其 中刀具布置是关系到T B M掘

盾构机刀盘刀具的设计与优化

盾构机刀盘刀具的设计与优化

盾构机刀盘刀具的设计与优化盾构机是一种用来建设城市地下隧道的重要工程机械,而刀盘刀具又是盾构机中的核心部件之一。

刀盘刀具的设计与优化对盾构机的工作效率和质量至关重要。

在本文中,我们将探讨盾构机刀盘刀具的设计原则、优化策略以及一些新技术的应用。

首先,盾构机刀盘刀具的设计应考虑以下几个方面:刀具材料的选择、刀具形状的优化以及刀具的布置方式。

刀具材料应具有一定的硬度和耐磨性,以保证刀具在长时间工作中不易损坏。

常见的刀具材料有高速钢、硬质合金等。

刀具的形状优化主要是为了提高切削效率和降低切削力,一般采用多刀刀盘设计,以增加刀具数量和刀具布置的灵活性。

刀具的布置方式则需根据具体工程项目的要求和地质条件来确定,以确保刀具能够适应不同的地质环境。

其次,盾构机刀盘刀具的优化策略主要包括刀具的布置优化、刀具参数的优化以及刀具寿命的优化。

在刀具布置优化方面,可以采用非对称布局、间距调整等方法来改善刀具的使用效果。

刀具参数的优化则需要通过合理选择刀具的直径、刀具间距、刀具角度等,以提高切削效率和降低切削力。

刀具寿命的优化可以通过改进刀具材料、刀具涂层等方式来延长刀具的使用寿命,降低更换频率,从而提高盾构机的工作效率。

另外,近年来,一些新技术的应用也为盾构机刀盘刀具的设计与优化带来了新的机会。

其中,数值模拟技术是一种非常有效的方法。

通过建立盾构机工作的数值模型,可以对刀具受力情况进行仿真分析,预测切削力、刀具磨损情况等,从而指导刀具的设计与优化。

此外,激光测量技术也可以用于实时监测刀具的磨损情况,及时调整刀具参数,提高盾构机的工作效率。

在实际应用中,盾构机刀盘刀具的设计与优化需要结合具体工程项目的要求和地质条件进行深入研究。

同时,应重视刀具的维护和管理,定期进行刀具的检查、修复和更换,以确保刀具的正常工作和延长使用寿命。

总结起来,盾构机刀盘刀具的设计与优化是提高盾构机工作效率和质量的重要环节。

通过合理选择刀具材料、刀具形状以及刀具布置方式,优化刀具参数和刀具寿命,并结合新技术的应用,我们可以提高盾构机的工作效率,降低切削力,提高切割质量,从而为城市地下隧道的建设贡献力量。

刀盘

刀盘

耐磨复合钢板
hardox500
焊接耐磨层
8、刀具
目前使用的刀具一般有两类:一是切削类刀具, 二是滚动类刀具 1)、切削类刀具 刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具, 刮削刀具的种类繁多,目前盾构掘进机上常用的切削 刀具类有边刮刀、、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀、 等。
切刀、边刮刀
撕裂刀
例如:北京直径线,使用NFM的泥水盾构,由于刀盘结构及刀具配置不 合理,造成刀盘刀具的过度磨损,在推进67米后停机。
3、个性化 盾构在施工过程中会遇到各种不同地层,从淤 泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。刀盘刀具不 可能是千篇一律的,必须根据工程地质情况进 行个性化设计。
4、多样化 随着城市建设的加快,土地资源越来越珍贵, 为了节省空间,越来越多的异形盾构出现,刀 盘也随之变得各式各样。
沈阳
成都
辐条式刀盘,开口率68%,中间 支撑,中空式连接法兰,设有泡 沫和膨润土注入口。耐磨设计采 用耐磨焊条堆焊耐磨层方式。 配有94把重型切刀,36把撕裂 刀,周边保径撕裂刀6+12把, 中心鱼尾刀1把,仿形刀2把。 刀具布置也是遵循内少外多的原 则,保证刀具磨损的均匀性并利 于保径、防止刀盘过度收敛。
刀盘简介
卓兴建
一、概述
1、作用 开挖功能:对掌子面的地层进行开挖,开挖后的渣 土顺利通过渣槽,进入土舱; 稳定功能:支撑掌子面,具有稳定掌子面的功能;
搅拌功能:对土舱内的渣土进行搅拌,使渣土具有 一定的塑性,能通过螺旋输送机来调整控制土舱内 的压力。
2、重要性 刀盘是盾构机的关键部件之一,刀盘及刀 具的选择是否合适直接影响盾构掘进机的切削 效果和掘进速度,甚至关系到盾构施工的成败。
2)盘形滚刀工作原理 刀盘在纵向油缸施加的推力作用下,使其上的盘形滚刀压入岩石;刀盘在 旋转装置的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转,同时各滚刀还绕各自的刀轴 自转,使滚刀在岩面上连续滚压。刀盘施加给刀圈推力和滚动力(转矩), 推力使刀圈压入岩体,滚动力使刀圈滚压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪 切使岩体发生破碎,在岩面上切出一系列的同心圆(见图)

刀盘刀具应用分析概要

刀盘刀具应用分析概要
先行刀的磨损系数k采用刀具磨损系数的最大值,根据高低差度2.0和1个掘削轨迹上配置 3把刀具,设定磨损降低效果为0.693。 1条轨迹配置n把切削刀的场合,与1 条轨迹配置1把切削刀相比,摩擦系数K为n-0.333倍。 例如,n=3的场合,摩擦系数K= n-0.333=0.69倍,刀具寿命为1/0.69=1.45倍。 简单的说,最外圈的主切刀因回转半径最大,在旋转过程中所承受的线速度最大,即摩 擦力最大,在整个刀盘的所有刀具中,它的寿命最短。所以,目前在大盾构所有项目上, 刀盘刀具出现不同程度的问题。上面所述就是主要原因之一。
(1) 在盾构掘进方向,可以建立刀盘推力与各滚刀法向推力的平衡关系:
n
m
Fni
Fn'j F
i 1
j 1
Fni
F′nj Fnj
Ftj
刀盘推力F
刀盘、滚刀受力分析示意图
式中:Fni为第i把面刀的推力,F‘nj为第j把边刀沿隧道轴线方向的作 用力,F为刀盘推力,n为面刀数量,m为边刀数量。
在刀盘的设计理论中,一般假设每把滚刀(包括面刀和边刀)沿隧道轴线 方向上的作用力都相等,即平均分担刀盘的推力,则面刀法向推力为
细沙,粉细沙,中粗沙,粗砂, 砾沙,卵砾
洪积层的沙质粘土,残积土, 泥岩等。
②风化岩层
主要指各类基岩地层,其特性侏罗系 较安定,岩性以中微风化为主抗压强度大 ,发育裂隙小,微透水单轴抗压强度较大 ,如:微风化花岗岩。 目前国内在盾构隧 道碰到最硬的达到236MPa(二氧化硅含量 均要达到70-80左右)。微风化砂岩也要达 到90MPa左右。但岩石自稳性极好。
2)、大刀盘面板与地层的摩擦阻力扭矩: T2
T2
2 3
c 1
D 3

盾构机刀盘设计与刀具优化分析

盾构机刀盘设计与刀具优化分析

盾构机刀盘设计与刀具优化分析引言:盾构机刀盘是现代隧道工程中不可或缺的工具,其设计和刀具的优化分析对于提高隧道工程的效率和质量至关重要。

本文将会就盾构机刀盘的设计要点和刀具的优化分析进行详细探讨,希望能够为相关从业人员提供有价值的参考。

一、盾构机刀盘设计要点1.适宜的刀盘直径选择:刀盘直径的选择需要根据具体的隧道工程情况进行合理的选定。

通常情况下,刀盘直径不宜过大,以免给隧道掘进带来过大的应力。

同时,刀盘直径也要足够大,以确保刀盘能够顺利穿越地下障碍物。

2.刀盘结构的设计:刀盘结构的设计需要考虑刀盘的整体强度和稳定性。

首先,需要选择适宜的刀盘材料,以确保其正常工作状态下不会发生破损。

其次,刀盘的结构应该具备合理的刚性和刚度,以能够对复杂的地质情况和地下水力进行有效的抵抗。

3.刀盘导向系统的设计:刀盘导向系统是刀盘在掘进过程中的重要支撑系统,其设计的合理与否直接影响着刀盘的准确定位和稳定性。

因此,需要在设计中充分考虑刀盘导向系统的刚度和韧性,以确保刀盘能够准确地控制掘进方向并避免出现误差。

二、刀具的优化分析1.刀具材料的选择:刀具材料的选择直接影响着刀具的使用寿命和切削效率。

通常情况下,刀具应选择硬度较高、耐磨性能好的材料,以确保刀具在长时间的切削过程中不会出现过快的磨损和损坏。

2.刀具结构的优化:刀具结构的优化主要包括刀具形状和刀具排列方式的设计。

在刀具形状方面,需要选择适合具体地质条件的刀具形状,以确保切削效果的良好。

在刀具排列方式上,需要根据地质情况和工程要求进行合理的选择,以避免切削过程中的堵塞和卡刀现象。

3.刀具切削参数的优化:刀具切削参数的优化是提高切削效率和减少刀具磨损的关键。

在设计中,应合理选择切削速度、进给量和切削深度等参数,以确保刀具在长时间的切削过程中保持稳定的磨损状态和高效的切削效果。

结论:盾构机刀盘设计和刀具的优化分析对于隧道工程的顺利进行和质量的保障具有重要意义。

通过合理的刀盘设计和刀具优化分析,可以提高隧道工程的效率和质量,降低工程风险,为隧道工程从业人员提供更好的工作条件。

盾构机刀盘换刀方案

盾构机刀盘换刀方案

盾构机刀盘换刀方案一、换刀概述由于沈阳地质复杂,硬岩较多,对盾构刀具的磨损比较大。

盾构很难在不换刀具的情况下掘进整条隧道,所以要做好盾构换刀的准备。

换刀分为计划换刀与非计划换刀两种。

计划换刀指的是根据地质情况作出的换刀决定,非计划换刀指的是工作人员在盾构掘进过程中,通过检查发现刀具磨损情况非常严重,已经不能正常掘进,而作出的换刀决定。

计划换刀一般在地层强度发生很大变化的情况下进行。

由于刀具根据其位置与工作原理,可分为片式割刀/撕裂刀与边缘刮刀。

片式割刀/撕裂刀主要用于切削土层④-5,⑤-5圆砾层。

在地层强度变化后,现有刀具不足以满足盾构正常掘进,一般要进行软硬刀具的更换。

还有就是盾构要穿越特殊地段,在此地段很难进行刀具更换,或进行刀具更换的危险很大。

这时要在穿越特殊地段前,进行刀具的新旧更换,以防万一。

二、换刀计划根据刀盘磨损情况,计划在左右线隧道联络通道处,利用将来联络通道施工场地开挖竖井进行换刀。

同时根据刀具及刀盘磨损情况对刀盘进行加工改造。

三、竖井开挖方法及主要技术措施(一)施工总体规划1、施工准备:施工前做好施工用临时水、电、风管布设;平整、硬化施工场地;测量放样及桩位复核、导线网布设;施工场地围挡;管线物探、改移及保护,建筑物保护,补充地质勘察。

2、施工顺序施工周边降水——锁扣圈施工——土方开挖1)施工周边降水:在竖井周边施工区域内,首先进行施工降水作业,降水井井深40米,井径600mm,满足地下水位在竖井底板以下。

2)锁口圈施工:竖井锁口圈施工完成后,进行提升塔架架设,提升塔架架设完成后,即进行竖井开挖施工。

3)土方开挖:土方开挖采用人工开挖,提升塔架出土,在现场堆土场存放,夜间集中外运,运输设备为自卸汽车;分层开挖,并及时打设小导管后安装格栅挂网喷射混凝土。

(二)施工方法及主要技术措施施工竖井平面为矩形,净空尺寸为3×7m。

平面图如下图图1施工竖井平面图1、锁口圈施工1).锁口圈基坑开挖,按设计要求地表下两米范围内采用人工开挖,防止破坏已有管线,如发现基坑内有管线,通知业主及有关部门,调查与切改管线。

盾构机刀盘与刀具的设计与分析

盾构机刀盘与刀具的设计与分析

盾构机刀盘与刀具的设计与分析盾构机是一种用于地下隧道开挖的机械设备,它的核心部件是刀盘和刀具。

刀盘是盾构机的主要工作部位,而刀具则是刀盘上的切削工具。

盾构机刀盘与刀具的设计与分析是为了提高盾构机的工作效率和安全性,下面将对这方面的内容进行讨论。

首先,盾构机刀盘与刀具的设计应考虑以下几个方面。

首先是刀盘的结构设计,包括刀盘直径、刀盘壳体的材料和强度设计。

刀盘直径的选择需要考虑隧道的尺寸和地质条件,以确保刀盘能够适应不同的工作环境。

刀盘壳体的材料选择应具有足够的强度和耐磨性,以保证刀盘的工作寿命和使用安全。

其次是刀盘上的刀具布置设计,包括刀具的数量、布局和角度。

刀具的数量应满足施工需要,布局应合理,角度的选择要考虑到土层特性和切削力的分布。

最后是刀盘与盾构机的连接设计,要确保刀盘能够与盾构机紧密连接,传递切削力和承受土压力。

其次,对于盾构机刀盘与刀具的分析,首先需要进行刀盘的载荷分析。

通过对刀盘受力情况的分析,可以确定刀盘的结构和材料,以确保其具有足够的强度来承受土压力和切削力。

其次是刀具的选择和分析。

不同的地质条件和隧道要求需要使用不同类型和材料的刀具。

刀具的选择应考虑到切削效率、耐磨性和经济性等因素。

此外,还需要对刀具的切削性能进行评估和分析,以提高切削效率和减少能耗。

最后是切削力的分析。

切削力对于刀具和刀盘的设计非常重要,因为过大或过小的切削力都会影响刀具的使用寿命和切削效率。

因此,对切削力的分析和评估可以指导刀具和刀盘的设计和优化。

此外,还可以运用有限元分析等工具对刀盘和刀具进行力学仿真分析,以评估其强度和刚度等性能指标。

通过仿真分析,可以发现潜在的结构问题和设计缺陷,并对刀盘和刀具的设计进行改进和优化。

总结起来,盾构机刀盘与刀具的设计与分析是为了提高盾构机的工作效率和安全性。

通过合理的设计和有效的分析,可以优化刀盘和刀具的结构,提高其强度和耐久性,以适应不同的地质条件和工作要求。

同时,对刀盘和刀具进行力学仿真分析,可以发现潜在的问题并进行改进和优化。

盾构刀盘原理及刀具布置

盾构刀盘原理及刀具布置

盾构刀盘原理及刀具布置刀盘是盾构的主要工作部件,不同地质地层应采用不同的刀盘结构形式及刀具布置,刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败,影响盾构掘进的速度和效益,本文结合本标段盾构刀盘形式及刀具布置,浅谈对盾构刀盘的认识。

1、引言盾构是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备,它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点,在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。

刀盘是盾构机的关键部件之一,是盾构主要工作部件。

盾构在地下开挖中会遇到各种不同地层,从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。

在开挖中刀盘受力复杂,工作环境恶劣,是需要重点检查和维修的部位。

刀盘结构关系到盾构的开挖效率、使用寿命及刀具费用。

盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的关系,不同的地层应采用不同的刀盘结构形式,盾构刀盘设计是盾构关键技术,采用合适的刀盘类型是盾构顺利施工的关键因素。

2、盾构刀盘的主要功能开挖功能:对掌子面的地层进行开挖,开挖后的渣土顺利通过渣槽,进入土舱;稳定功能:支撑掌子面,具有稳定掌子面的功能;搅拌功能:对土舱内的渣土进行搅拌,使渣土具有一定的塑性,能通过螺旋输送机来调整控制土舱内的压力。

3、刀具工作原理对于不同地层的开挖,盾构的刀具采用不同型式:开挖地层为硬岩时,采用盘形滚刀;地层为较软岩石时,采用齿刀;地层为软土或破碎软岩时,可采用切刀(或刮刀)。

不同类型刀具的工作原理如下:3.1滚刀工作原理安装在刀盘上的盘形滚刀在盾构千斤顶的作用下紧压在岩面上,随着刀盘的旋转,盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转,同时绕自身轴线自转。

盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下,在掌子面上切出一系列的同心圆。

当推力超过岩石的强度时,盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎,刀尖贯入岩石,掌子面上岩石被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽。

随着沟槽深度的增加,岩体表面裂纹加深扩大,当刀具压力超过岩石的剪切和拉伸强度时,相邻同心圆沟槽间的岩石成片崩落,完成盘形滚刀的破岩过程,如图1。

切片刀盘简介介绍

切片刀盘简介介绍

VS
切片刀盘具有抗磨损性和耐腐蚀性, 可以适应各种塑料材料的切割,同时 保证切割质量和效率。
其他行业应用
切片刀盘还可应用于陶瓷、玻璃等材料行业,进行精细切片和加工。
在科学研究领域,切片刀盘可用于对各种材料进行微观切片和分析,为科学研究提供重要的工具和支 持。
05
切片刀盘的选用和注意事 项
选用考虑因素
01 02
材质
选用切片刀盘时,需要考虑其材质。常见的材质有碳钢、不锈钢和硬质 合金等。不同材质具有不同的硬度、耐磨性和抗腐蚀性等特性,应根据 使用需求进行选择。
尺寸
根据需要切片的物料尺寸,选择合适大小的切片刀盘。过大或过小的刀 盘可能会导致无法有效切片或损伤刀盘。
03
刀片类型
切片刀盘通常配备不同类型的刀片,如平刀片、圆刀片和斜刀片等。选
轴承和轴
用于支撑刀盘和刀片,确保其旋转精度和稳 定性。
刀片
安装在刀盘上,通常由高速钢或硬质合金制 成。
防护罩
用于保护操作者免受飞溅物料和刀片旋转产 生的危险。
02
切片刀盘的种类和特点
圆盘式切片刀盘
01
02
03
结构特点
圆盘式切片刀盘是一种常 见的切片刀盘,主要由上 下两个圆盘组成,刀片安 装在上下圆盘之间。
对行业的影响和贡献
提升生产效率
01
切片刀盘在生产过程中能够提高切割效率和精度,从而提升生
产效率。
降低成本
02
通过技术创新和优化设计,降低切片刀盘的制造成本,从而降
低整个生产过程的成本。
推动行业发展
03
切片刀盘作为高精度切割的核心部件之一,其技术的不断提升
将推动整个行业的发展。

软地层刀盘-原理与设计

软地层刀盘-原理与设计
不 安全 感 。因此 . 门研 制 了进 入挖 掘 室 的可伸 展 防护板 专
19 正 9 0
之 间都 有几 厘 米刀具 的
作 业 问隙 。
即使这个 间
图 4格劳霍 尔茨隧道 ,18 年 ,冰碛、磨砾 层、 98 石块
隙最小. 也
足 以 造 成
第 一台 安装
封 闭式 刀 盘
泥水 盾构 7 年代末和 8 年代初 ,欧洲建造 了第一台带压缩气囊 O O 的泥水盾构 . 构思是使支护泥浆与隧道开挖面尽最大可能进 行交换和接触 开发这种掘进机是用于挖掘地下水位以下的 渗水沙砾和砂砾 。 因此 . 刀盘设计为轮辐形 . 或在刀盘臂中 部安装简单 的四棱刀. 或在刀盘臂外缘安装切削刀。 这种类 型的刀盘在沙砾和砂砾中特别有效 . 甚至后来设计 用于混合
图 5米尔海姆鲁尔隧道 ,19 年 ,沙岩、粘土石 90
于大气条件下更换刀具。 这种刀盘在掘进过程 中为开挖 面提 供 了良好的支护 . 但缺点是 , 在压缩空气下进入挖掘室 时大
的开 挖 面完全 暴 露 。
在任何情况
下. 开挖 面
与 刀盘面板
即使这种滤渣 。 压缩空气的支护原理充分地发挥作 用. 也不能向进入挖掘室 的人员提供机械防护。 这意味着 . 当隧 道掘进机 的直径超过 67 米时存在风险 . 进入挖掘室时产生
维普资讯
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是开挖面的挖掘方法 , 从设备的角度来说 。 是刀盘和刀具的
配置。 本文论述了这两种隧道掘进机刀盘设计的共同之处以
及不同点。

大直径常压换刀刀盘设计及关键技术思考

大直径常压换刀刀盘设计及关键技术思考

大直径常压换刀刀盘设计及关键技术思考发表时间:2018-08-23T14:02:23.020Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第10期作者:张世伟张家年张琳[导读] 随着我国区域经济发展速度越来越快,交通运输对跨区域经济发展的作用更加凸现。

中铁工程装备集团有限公司设计研究总院郑州 450016摘要:本文结合汕头苏埃海湾隧道地质情况,对用于该地层的常压换刀刀盘进行了针对性设计,并对刀盘结构进行了有限元分析,刀盘结构设计满足工程使用要求,为常压刀盘结构设计进一步优化提供参考依据。

关键词:常压刀盘;结构设计;常压换刀;有限元分析前言随着我国区域经济发展速度越来越快,交通运输对跨区域经济发展的作用更加凸现。

经济社会的快速发展要求城市之间、地域之间建设更多的跨江、跨海隧道工程,来增加区域联合的紧密程度,如南京长江隧道、渤海海底隧道等工程都是跨区域经济发展的急迫要求。

目前大埋深、高水压、长距离及复杂地质的地下隧道工程正在陆续开展,对隧道施工装备的需求量巨大[1]。

大型长距离跨海隧道装备必须能适应高水压、复杂地质环境的考验,具备较高的施工效率和高可靠性。

刀盘是盾构机的关键部件之一,具有开挖地层、稳定掌子面、搅拌渣土等功能[2],在使用过程中会遇到各种不同地层,从淤泥、黏土、砂层到软岩及硬岩等,良好的刀盘结构设计是盾构能否顺利施工的关键因素[3]。

1 汕头苏埃海湾地质概况本工程为汕头市重要的过海通道,位于已建海湾大桥和礐石大桥之间,起点位于龙湖区天山南路与金砂东路交叉口,终点位于虎头山山脚。

线路全长6.68km,分东线和西线两条隧道,盾构段东西线线间距23.3m~29.7m。

其中西线隧道长度3047.5米。

隧道从围堰始发井始发,全线基本在海面下进行掘进,如图1所示,隧道穿越地层主要有淤泥、淤泥质土、淤泥混沙、中粗砂以及三段基岩凸起,始发段局部有孤石,三段基岩凸起中风化花岗岩95.27MPa,微风化花岗岩136.04MPa,局部210MPa,最大水土压力合算近5公斤。

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盾构刀具盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。

本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理,同时针对不同的地层情况,提出刀具的具体配置方式。

针对盾构机在复合地层隧道掘进,解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。

结合工程实例,在砂卵石地层中(尤其是含大直径漂石)长距离隧道掘进的工况下,提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。

最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。

1 、引言盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容,其配置是否适合应用工程的地质条件,直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。

2 、刀具种类和切削原理2.1、切刀(齿刀,刮刀)切刀是软土刀具,布置在刀盘开口槽的两侧,其切削原理是盾构机向前推进的同时,切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,刀刃和刀头部分插入到地层内部,不断将开挖面前方土体切削下来。

切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。

2.2、先行刀(超前刀)先行刀是先行切削土体的刀具,超前切刀布置。

先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。

先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体,将土体切割分块,为切刀创造良好的切削条件。

先行刀的切削宽度一般比切刀窄,切削效率较高。

采用先行刀,可显著增加切削土体的流动性,大大降低切刀的扭矩,提高切刀的切削效率,减少切刀的磨耗。

在松散体地层,尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。

2.3、贝型刀贝型刀实质上是超前刀,盾构机穿越砂卵石地层,特别是大粒径砂卵石地层时,若采用滚刀型刀具,因土体屑松散体,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。

将其布置在刀盘盘圈前端面,专用于切削砂卵石。

2.4 、中心刀(鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀)在软土地层掘进时,因刀盘中心部位不能布置切刀,为改善中心部位土体的切削和搅拌效果,可在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀(羊角刀),一般鱼尾刀超前600 mm左右。

鱼尾刀的设计和配置方式如下:其一让盾构分两步切削土体,利用鱼尾刀先切削中心部位小圆断面土体,而后扩大到全断面切削土体,即将鱼尾刀设计与其它切刀不在一个平面上,即鱼尾刀超前切刀布置,保证鱼尾刀最先切削土体;其二是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,在切向、径向运动的基础上,又增加一项翻转运动,这样既可解决中心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性和搅拌效果,又大大提高盾构整体掘进效果。

在纯硬岩地层掘进时,到盘中心位置布置双刃或三刃滚刀。

2.5、仿形刀(或超挖刀)盾构机一般设计两把仿形刀(一把备用),布置在刀盘的边缘上。

施工时可以根据超挖多少和超挖范围的要求,从边缘径向伸出和缩回仿形刀。

仿形刀伸出最大值一般在70~150 mm之间。

盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时,通过仿形超挖切削土体创造所需空间,保证盾构机在超挖少、对周边土体干扰小的条件下,实现曲线推进和顺利转弯及纠偏。

滚刀超挖刀柱形超挖刀2.6、滚刀和刮碴板在纯硬岩地层掘进时,采用滚刀破岩。

滚刀破岩的原理是依靠刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。

滚刀的类型、数量、布置方式、位置、超前量根据岩层的强度和整体性、掘进距离、含砂量等特点确定。

穿越松散地层但有大粒径的砾石(粒径大于400mm)、并且含量达到一定比例时,也可采用滚刀型刀具。

在隧道地质条件复杂多变、岩石(强度不算太高)与一般土体(或粘土或砂土)交错频繁出现的情况,也有可能采用滚刀型刀具,即在复合式盾构机中采用。

滚刀分为齿形(球齿、楔齿)滚刀和盘形滚刀2.6.2 、滚刀刀圈的材质是滚刀能否胜任掘进硬岩的关键。

盘形滚刀根据刀圈不同一般有以下4种类型(1)耐磨层表面刀圈:适用于掘进硬度40MPa的紧密地层,硬度80~100MPa的断裂砾岩、砂岩、砂粘土等地层。

(2)标准钢刀圈:适用于掘进硬度50~150MPa的砾岩、大理石、砂岩、灰岩地层。

(3)重型钢刀圈:适用于掘进硬度120~250MPa的硬岩,硬度80~150MPa的高磨损岩层,如花岗岩、闪长岩、斑岩、蛇纹石及玄武岩等地层。

(4)镶齿硬质合金刀圈适用于掘进硬度高达150~250MPa的花岗岩、玄武岩、斑岩及石英岩等地层。

2.6.3 、刮碴板的作用是将滚刀破碎的岩碴,及时排出,防止滚刀对岩碴的二次破碎,保护滚刀。

前刮碴板主要铲装刀盘前方的落碴,铲装量大,磨损较快,后刮碴板主要铲装下护盾推进中从隧道底部堆积起来的碴石,铲装量小,磨损较小。

3 、刀具配置方式刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况,进行针对性设计,不同的工程地质特点,采用不同的刀具配置方案,以获得良好的切削效果和掘进速度。

根据地质条件特点,可以大致分为四种地层:软弱土地层;砂层、砂卵石地层;风化岩及软硬不均地层;单纯的纯硬岩地层。

3.1、软弱土地层如南京、上海、杭州等地,其地质条件主要以淤泥、粘土和粉质粘土为主,在软弱土地层一般只需配置切削型刀具,如:切刀、周边刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。

以南京地铁盾构为例,刀盘采用面板式结构,装有1把鱼尾形中心刀,120把切刀,16把周边刮刀及1把仿形刀。

切刀安装在开口槽的两侧,覆盖了整个进碴口的长度。

刮刀安装在刀盘边缘。

由于刀盘需要正反旋转,因此切刀的布置也在正反方向布置,为了提高切刀的可靠性,在每个轨迹上至少布置2把。

在周边工作量相对较大,磨损后对盾构切口环尺寸影响较大,在正反方向各布置了8把刮刀。

考虑到刀盘的受力均匀性,刀具布置具有对称性。

刀具安装采用螺栓固定,便于更换。

在切刀或刮刀的刃口和刃口背面镶嵌有合金和耐磨材料,以延长刀具的使用寿命,切刀的破岩能力为20MPa,可以顺利地通过进出洞端头的加固地层。

3.2 、砂层、砂卵石地层如北京、成都其地质条件主要以砂,卵石地层为主,如遇到粒径较大的砾石或漂石,应配置滚刀进行破碎。

在砂层、砂卵石地层施工时,需设置(宽幅)切刀、周边刮刀、先行刀(重型撕裂刀)、中心刀、仿形刀等刀具。

切刀是主刀具,用于开挖面大部分断面的开挖;周边刮刀也称保径刀,用于切削外周的土体,保证开挖断面的直径;先行刀在开挖面沿径向分层切削,预先疏松土体,降低切刀的冲击荷载,减少切削力矩,同时重型撕裂刀用于破碎强度较低和粒径较小的卵石和砾石;中心刀用于开挖面中心断面的开挖,起到定心和疏松部分土体的作用;仿形刀用于曲线开挖和纠偏。

滚刀用于破碎粒径较大的砾石或漂石。

3.3 、风化岩及软硬不均地层如广州、深圳,上软下硬、地质不均的复合地层,且局部岩石的单轴抗压强度较高(150-200Mpa),除配置切削型刀具外包括宽幅切刀、先行刀,还需配置滚刀,因而刀盘结构相对复杂。

对于岩层首先通过滚刀进行破岩,且滚刀的超前量应大于切刀的超前量,在滚刀磨损后仍能避免切刀进行破岩,确保切刀的使用寿命。

在曲线半径小的隧道掘进时,为了保证盾构的调向和避免盾壳被卡死,需要有较大的开挖直径,因此刀盘上需配置滚刀型的仿形刀(或超挖刀)。

3.4 、单纯的纯硬岩地层如秦岭1线隧道,隧道断面范围内以混合片麻岩和混合花岗岩两种岩石为主,刀具全部选用滚刀,无任何齿刀。

有时,在刀盘面板周边开口处配备刮碴刮刀板。

4、刀具配置的差异性在复合地层施工中,刀具配置的差异性主要表现在滚刀和先行刀的配置数量和刀具的高度、组合高度差等方面。

例如,海瑞克公司刀盘滚刀和固定先行刀高出面板175mm和140mm,三菱公司刀盘滚刀和固定先行刀高出面板90mm和70mm。

两种刀具的高差为3 5mm和20mm,前者的设计较好,具体表现为刀具高对防止泥饼的形成有利,高度差大有利于破岩。

滚刀的刀间距过大和过小都不利于破岩,间距过大,滚刀间会出现“岩脊”现象,间距过小,滚刀间会出现小碎块现象,降低破岩功效。

在复合地层中周边滚刀的间距一般小于90mm,正面滚刀的间距为100~120mm(参照国内外施工实例,岩石强度高时,滚刀的间距应控制在70~90mm的范围内比较合理)。

5、复合地层中刀具配置的“矛盾”现象硬岩地层只需滚刀,但有时必须安装切刀(或刮碴板),切刀在破硬岩过程中几乎没有作用,由于贯入度和高度差的原因,产生瞬间冲击荷载,切刀被磨平或被崩断。

在复合地层中,有些砂、卵石地层或同一断面中有硬岩和软岩,所以刀盘必须配备切刀和先行刀以对应非硬岩的需要。

同理,在软岩和软土地情况下,本不需安装滚刀,但在由于可能存在部分硬岩,又必须安装滚刀,导致滚刀严重损坏,失去破岩功能。

6 、砂卵石地层中(尤其含大直径漂石)长距离隧道掘进的工况下,刀具配置新的设计理念和思路北京地铁9号线06标段,盾构单线隧道长度约为1238m,地层主要为卵石层、圆砾层、强风化~中风化砾岩层、强风化粘土岩,局部为粉质粘土层和细砂层。

开挖面围岩不稳定,粘土岩和强风化砾岩的单轴抗压强度为0.3~2.0Mpa,为极软岩。

详勘报告中推测大于40 0mm粒径卵石含量为15%~40%,隧道附近基坑内有1500×2000mm漂石,不排除有粒径更大的漂石存在,且随机分布。

随机取样卵石和砾石的单轴抗压强度为120~187 Mpa,石英和长石含量为70%~95%。

盾构厂家针对本标段的地层在刀具配置方面提出了新的设计理念和思路。

为了使刀具能够充分发挥作用,盾构机设计使用了3130 mm大直径轴承,配备了1200kw的驱动动力,使刀盘的托困扭矩为774t.m,转速可达0~3.2rpm,同时在刀盘面板和周边焊接碳化铬超硬耐磨板和耐磨网。

刀具布置方面(初步预案),开口槽密排宽幅切刀100把(带耐磨合金头)、面板上配备大横断面高耐磨双层碳化钨重型撕裂刀(先行刀)31把、刀盘外周和边缘位置配备双刃(17”)滚刀10把,中心锥形刀1把。

滚刀和重型撕裂刀采用刀盘后装式,可通过刀盘内的转接箱方便地进行拆卸、互换。

刀具的破岩原理,利用刀盘高速转速产生的冲击惯性能量,通过滚刀和大横断面重型撕裂刀进行卵石、砾石和漂石的刀盘前“锤击”破碎。

但由于是在软岩地层中掘进,卵石、砾石和漂石在基岩内不能被固定,不能提供给滚刀足够的转动力矩和滚刀切岩的支撑力,导致滚刀破岩失效。

7 、刀具配置设计时应考虑的因素7.1、实际施工时会遇到各种复杂地层,地质资料提供的只是部分的钻探资料,不能完全准确反映实际地质情况,因此在进行刀具配置设计时必须考虑对地质进行充分的分析和研究,刀具配置要有一定的富余和能力储备;7.2、不同的工程地质需配置不同的刀具,软土地层只需配置切削型刀具;砂卵石地层除配置切刀外,还需配置先行刀;风化岩及软硬不均地层除配置切削型刀具外,还需配置先行刀、滚刀;在复合地层中,要保证不同种类刀具相互可换性;7.3 、刀具配置要覆盖整个开挖断面,为保证刀盘受力均衡,运转平稳,刀具要对称性布置;切刀要正反方向布置,同时要确保每个轨迹有2把切刀;对切刀排列方式进行选择,整体连续排列或牙型交错排列;通过周边刀保证开挖直径;保证滚刀纯滚动,要考虑周边滚刀的安装角度,同时增加周边滚刀的数量;7.4 、刀具安装通过螺栓固定或设计转接箱,便于安装、拆装、更换和修理方便;7.5、通过合理选择耐磨材料和合金镶嵌技术;对刀盘和开口槽进行耐磨处理;对加泥、加泡沫系统进行合理设计,减少刀具掘进磨损和冲击,提高刀具的耐久性,延长刀具的使用寿命;7.6 、适应城市繁华地区施工的需要,综合合理选择刀具种类和尺寸,确定刀具的超前量、相互高差,尽可能减少刀盘旋转刀具切削土体过程对周边土体及环境的扰动,尽量使各种刀具磨损均匀,充分发挥各种刀具的切削性能;7.7 、配备刀具磨损监测和报警装置,如液压式、电磁式、超声波探测式。

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