成都地铁富水砂卵石地层泥水平衡盾构-杨书江
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中铁隧道集团
成都地铁富水砂卵石地层
泥水平衡盾构适应性研究
杨书江 中铁隧道股份有限公司， 郑州 450000
主要内容
一 、泥水平衡盾构的适应性分析 二 、泥水控制模式 三 、刀盘和刀具的适应性 四 、颚式破碎机的适应性 五 、排碴能力的适应性
中铁隧道集团
六 、结束语
中铁隧道集团 成都地铁一号线一期工程盾构隧道长18.5Km，分为4个标段，其中盾构4标总 长4900.43单线延米，含省体育馆站～倪家桥站～桐梓林站～火车南站站三个区 间。区间隧道下穿火车南站民房、股道群、机场高速立交桥、二环路人南立交 桥等建筑物，地下管线密集。
中铁隧道股份
(3) 国外有配置撕裂刀进行砂卵石地层施工的成功案例，为了适应成 都砂卵石地层的掘进，现场试验了包括撕裂刀在内的各种刀具，可能由于 材质或工艺的原因，一直未达到理想的效果，需要进一步研究。
4、颚式破碎机的适应性
为了破碎进入泥水仓的漂石，使其 能通过排碴管排出。在气垫仓的底部、排 碴管的前面安装了一台双颚板式破碎机， 碎石机上方左右两侧分别安装一根进浆管 冲洗破碎区域避免堵塞。破碎机最大破碎 粒径400mm，破碎机后隔栅尺寸为 140×140mm，小于140mm的卵石不经破碎 直接送入泥浆管，有利于减轻破碎机的工 作强度，延长使用寿命。
地下孔隙水主要赋存于砂卵石土层中，含水层总厚度18.2～23.8m，为强透 水层，渗透系数12.53 ～ 27.4m/d，枯水期地下水位埋深3 ～ 5m，丰水期 2 ～ 4m。
为了研究盾构法施工在富水砂卵石地层中的适应性问题，为后续地铁工程 的施工提供借鉴经验，盾构4标左线隧道采用土压平衡盾构施工，右线隧道采用 泥水平衡盾构施工。下面以海瑞克S367泥水平衡盾构机为例，探讨其在砂卵石 地层的施工适应性。
5、 排碴能力的适应性 5.1排碴设备的配备
中铁隧道股份
为了确保开挖的碴土能够顺利排出，泥浆必须保持一定的流速使砂卵石处 于悬浮状态。根据盾构机的最大推进速度，可以计算进浆泵和排浆泵所需的流 量，在不同的地层中，同样的泥浆流量，输送的碴土量会有所不同。 根据本工程的地质资料，各盾构制造商根据各自的经验提供了不同的泥浆 系统参数，见表1：泥浆系统参数表。
中铁隧道集团
直接控制模式下，泥水仓泥浆压力通过调节送、排泥泵转速或调节送、排泥管 路上的控制阀开度来进行。当泥泵控制距离长而产生延迟效应不便于控制泥浆压力 时，常用调节控制阀来进行泥浆压力调节。
(2) 间接控制模式
盾构掘进时有时由于泥浆的流失，长距离控制、开关阀门的延迟效应或推进速度的 变化，进、排泥浆量会失去平衡，气液接触面就会出现上下波动现象。泥水加压间 接控制模式是建立在直接控制模式的基础上，通过调节气垫仓的气囊压力来对掘进 时泥水仓内压力的波动进行补偿或缓解，使泥水压力更趋于所需的目标值。S367盾 构机采用间接控制模式，间接控制模式更有利于保持开挖面的稳定。
刮刀刀座螺纹孔磨掉的可以把螺栓套焊接在磨损的位置，为了防止螺纹套 在焊接过程中变形，必须用二氧化碳保护焊并且间断焊接。
(3) 刀盘中心部位由于没有开口，在含泥岩的砂卵石层掘进时容易形成泥 饼。
3、刀盘和刀具的适应性
3.2.2 刀具
中铁隧道股份
在掘进过程中刀具磨损异常严重，出现过仅掘进100米全盘刀具报废的情 况。在砂卵石地层采用双刃滚刀作为主要的破岩刀具，由于卵石随刀盘的转动 而移动，无法为刀具破岩提供足够的反力，同时两个刀刃之间容易夹入卵石， 造成刀刃崩裂或刀具卡住从而造成刀具偏磨。同时由于刀具难以一次性完成破 岩，造成卵石在滚刀的多次碾压下才能破碎，事实上增加了刀具的破岩工作量。 在施工中先后试验了贝壳刀、羊角刀、撕裂刀等多种刀具，目前正在根据试验 结果进行刀具工艺和材质的优化。 靠刀盘外周3个刀位的齿刀磨损尤为严重，由于齿刀采用插入式装配，变 形后拆卸困难。左线隧道采用加宽齿刀并与刀盘平面布置，使用寿命较长。 刮刀采用3颗螺栓固定，在刀盘转动时由于卵石的冲击容易导致螺栓断裂， 刮刀脱落，造成刀盘磨损。左线隧道的6孔、8孔刮刀使用效果明显高于泥水盾 构的3孔刮刀。 刮刀、齿刀上镶嵌高强度合金齿，在使用中刀体母材磨损使合金齿镶嵌深 度变浅，造成合金齿脱落。建议提高母材的强度或者取消合金齿直接在刀体外 周焊接耐磨钢板，在钢板上加焊耐磨格栅，同样可以提高刀具的使用寿命。
盾构掘进426米后，由于滚刀偏磨造 成了刀盘的损坏，在距刀盘中心1555mm 和2385mm处分别磨出一道宽180mm、深 24mm和宽320mm、深50mm的圆环沟槽，采 用耐磨钢板进行了焊接修复，表面用耐 磨焊条焊成50Χ 50mm菱形耐磨网格，网 格堆焊高度7～8mm，宽度12～14mm。
中铁隧道股份
图为泥浆拌合站
１、泥水平衡盾构的适应性分析 1.2具备长距离掘进的能力
中铁隧道集团
S367盾构机提高了刀盘、刀具的耐磨损性能。另外泥水的冷却润滑作用， 理理论上可以延长刀具的使用寿命。
盾构长距离掘进时，为满足检查更换刀具的要求，盾构机具备带压进仓功 能。砂卵石地层透气性强，泥水盾构能够有效形成泥膜，保持泥水仓内压力的 稳定，带压作业安全性相对于土压平衡盾构要高。
4、颚式破碎机的适应性 4.2 需进一步研究的课题
(1) 碎石机的工况
中铁隧道股份
碎石机的设计理念是对个别石块进行破碎以满足排浆管的输送，其工作 不是常态的。在砂卵石地层中掘进，由于大粒径卵石含量的增多，碎石机的 工作强度随之增大，在掘进过程中碎石机必须始终处于工作状态，否则卵石 极易沉积在气垫仓的底部，造成碎石机格栅处的堵塞。由此可见，碎石机的 设计工况与砂卵石地层中的实际使用工况是不一致的。 (2) 碎石机的使用寿命
主轴承有两套密封系统，具备自动润滑、密封和检测功能。
中铁隧道集团
盾尾密封采用三道钢丝刷及八个油脂注入管道，在密封刷中注入密封油脂以 防止盾壳外面的水或砂浆进入盾构。
2、泥水控制模式
2.1泥水控制模式分类
泥水控制模式分为两种，欧洲盾构 机以间接控制为主，日本盾构机以直接 控制为主。 (1) 直接控制模式
中铁隧道股份
由于碎石机液压油管断裂，导致整个系 统进入了泥浆，碎石机压力降低，部分配件 磨损。检查后发现油管是从接碎石机油缸的 钢管接头断裂的，断定在油缸运动时，积聚 的卵石把油管接头挤断。用钢板将钢管接头 位置尽量封闭，在封闭腔内填充有弹性的海 绵并充满油脂，很好的保护了油管。
4、颚式破碎机的适应性
中铁隧道股份
4.1使用中的问题及处理
由于碎石机在砂卵石地层中的使用强度远远超过其它地层，施工中碎石 机的润滑系统、密封系统以及钢结构等多次受到不同程度的损坏。
4、颚式破碎机的适应性
(1) 润滑系统的改造 碎石机采用集中润滑系统，新机调试时 供油管路压力25bar。在使用过程中发现部分 油脂管路压力只有10bar，进仓检查后发现6 根油脂管路全部断裂。将管路改到设备内部 的加工孔位置，并将之前的管路堵住，到目 前为止，未再出现该问题。 (2) 碎石机油管的保护
1.3具备处理大卵石和漂石的能力
配备双刃盘形滚刀做为破岩的主要刀具，同时可与撕裂刀、羊角刀等互换。 在气垫仓内排泥管的前端安装了双颚板式碎石机，可对进入仓内的卵石进行二 次破碎，防止泥水输送管路堵塞。 对刀具不能破碎的漂石，采用带压进仓的方式处理。
１、泥水平衡盾构的适应性分析
1.4具备良好的密封功能
中铁隧道股份
中铁隧道股份
中铁隧道股份
中铁隧道股份
3、刀盘和刀具的适应性
3.3 需进一步研究的课题
中铁隧道股份
(1) 为解决砂卵石地层磨损性大的问题，必须提高刀盘刀具的耐磨性能。比如在刀盘面板和外缘焊接hardox耐磨钢 板并加焊耐磨网格，对进碴口周圈进行硬化处理并堆焊耐磨材料；在滚刀刀体、齿刀和切刀的正面堆焊耐磨材料等。 (2) 鉴于碎石机的破碎效率和管路的排碴效率均较低，建议尽可能的将大块卵石在刀盘前破碎。
由于碎石机故障频繁，已严重影响了盾构机性能的发挥，制约了施工的 顺利进行。必须根据碎石机的使用工况，从设计和选材上提高各部件的耐久 性，从而提高碎石机的使用寿命。 (3) 碎石机的工作效率
碎石机设计能力是每分钟动作4次，实际仅能达到每分钟2次多一点，直 接造成排碴不畅，应针对砂卵石地层的特点，进行相关工艺改进，提高碎石 机的工作效率。
１、泥水平衡盾构的适应性分析 1.１具备良好的稳定地层能力
中铁隧道集团
泥水平衡盾构的工作机理是：泥水在压力作用下渗入地层，在开挖面形成不透 水泥膜，泥膜有效隔离地层并起密封作用，均质易流动的泥水把压力均匀的传递到 开挖面，从而确保开挖面的稳定，防止地表沉降。 盾构机采用面板式刀盘，控制进入泥水仓的卵石粒径，对开挖面起到一定的支 撑作用，具有稳定开挖面的功能。
3、刀盘和刀具的适应性 3.1刀盘设计和刀具选型
(1) 结构设计
中铁隧道集团
刀盘开挖直径6280mm，采用面 板型结构形式，可以防止开挖面的 过度坍塌，有利于开挖面的稳定。
(2) 开口形式 为对称分布的八个长条孔， 开口处焊接非封闭的耐磨隔条，将粒径小于400mm的卵石放入泥水仓，有效减 轻刀具的负荷，有利于减少换刀次数实现长距离掘进。当全部安装滚刀时开口 率为28%，安装齿刀时开口率可以达到30%。 (3) 刀具选型 刀具选用6把双刃中心滚刀、13把双刃滚刀、64把齿刀、16把边刮刀。
隧道主要穿越〈3-7〉卵石土层，部分地段穿越〈4-4〉卵石土层，卵石含 量高达55～80%，卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩，单轴抗压强度 65.5 ～ 184MPa，最大值为206MPa。卵石粒径以30～70mm为主，局部80～ 120mm，地层中粒径大于200mm的漂石含量占0～22.3%（重量比），全线已发现 最大漂石粒径达670 mm，大粒径卵石含量较高且局部富集成群。
3、刀盘和刀具的适应性
中铁隧道股份
刀盘外圈原有三条宽40mm、厚60mm的耐磨条，磨损量约为22mm，为了避免 刀盘继续被磨损，加焊厚度为25mm的耐磨钢板，规格为160mm×80 mm和160 mm×140mm，焊接材料之间距离为80 mm。 (2) 刀座 由于刀具磨损严重，造成刀座的磨损，在施工过程中多次进行了刀座的修 复工作。 除刀具异常损坏等特殊情况外，滚刀刀座一般磨损不大，但由于U型 块高出刀座约15mm，因此磨损比较严重，在刀座周边贴焊厚25 mm的耐磨钢板， 可以很好地起到保护U型块的作用。 齿刀刀座由于变形或磨损过度，一般难以修复，采用气刨将原刀座刨掉后 重新焊上新的刀座。
中铁隧道集团
泥水缓冲气压室
压缩空气管路
泥水仓 进泥管路
气压仓
半隔板 排泥管路
半隔板开口
隔板
2、泥水控制模式
2.2使用效果分析
中铁隧道股份
砂卵石粒径大、质量重，流动比较困难。由于采用间接控制模式，盾 构机刀盘到位于碎石机格栅后面的排碴泵吸口距离增大，泵的吸力因此降低， 降低了排碴速度。若采用直接控制模式，将可以大大的缩短碴土从开挖面切 削后到排碴泵吸口的距离，提高出碴能力。 在砂卵石地层中采用直接控制模式，则碎石机必须安装在泥水仓内，但 在大量卵石包裹下碎石机能否正常工作尚存疑问。如果碎石机出现故障，必 须将泥水仓内的碴土清空才能维修，实施难度和风险较大。 在成都砂卵石地层中不宜采用直接控制模式。
(3) 油缸杆密封磨损严重
Biblioteka Baidu
中铁隧道股份
碎石机油缸长期在含卵石的泥浆中运行，油缸杆密封磨损快，造成漏 油、系统被污染，油缸杆的耐磨性能有待提高。每次更换油缸用时均在 24小时以上，尽量选择在常压作业或停机时间长时更换。
(4) 碎石机齿板和油缸连接销子的脱落
碎石机齿板和油缸采用螺栓连接，使用140米后螺栓断裂造成销子脱 落。后来取消了螺栓，采用焊接处理，由于销子在卵石中磨损严重再次 导致脱落。 在最近这次脱落后，更改了销子的结构和安装形式，把销子更换成了一 个大螺栓，为防止松动安装了两个有锁紧作用的螺母，并在锁紧螺母上安装 了三个定位螺母进行固定，使用效果较好。
3、刀盘和刀具的适应性
3.2 实际应用情况
中铁隧道股份
滚刀破岩机理是滚压破碎，即在破岩过程中，以其通过线为起点，逐渐产 生拉伸力，从而将岩石破碎。但在砂卵石地层中，由于卵石是移动的，无法为 刀具破岩提供足够的反力，卵石从剥离开挖面到破碎费时较多，加剧了刀具的 磨损，进而造成刀盘的磨损。
3.2.1刀盘 (1) 面板
成都地铁富水砂卵石地层
泥水平衡盾构适应性研究
杨书江 中铁隧道股份有限公司， 郑州 450000
主要内容
一 、泥水平衡盾构的适应性分析 二 、泥水控制模式 三 、刀盘和刀具的适应性 四 、颚式破碎机的适应性 五 、排碴能力的适应性
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六 、结束语
中铁隧道集团 成都地铁一号线一期工程盾构隧道长18.5Km，分为4个标段，其中盾构4标总 长4900.43单线延米，含省体育馆站～倪家桥站～桐梓林站～火车南站站三个区 间。区间隧道下穿火车南站民房、股道群、机场高速立交桥、二环路人南立交 桥等建筑物，地下管线密集。
中铁隧道股份
(3) 国外有配置撕裂刀进行砂卵石地层施工的成功案例，为了适应成 都砂卵石地层的掘进，现场试验了包括撕裂刀在内的各种刀具，可能由于 材质或工艺的原因，一直未达到理想的效果，需要进一步研究。
4、颚式破碎机的适应性
为了破碎进入泥水仓的漂石，使其 能通过排碴管排出。在气垫仓的底部、排 碴管的前面安装了一台双颚板式破碎机， 碎石机上方左右两侧分别安装一根进浆管 冲洗破碎区域避免堵塞。破碎机最大破碎 粒径400mm，破碎机后隔栅尺寸为 140×140mm，小于140mm的卵石不经破碎 直接送入泥浆管，有利于减轻破碎机的工 作强度，延长使用寿命。
地下孔隙水主要赋存于砂卵石土层中，含水层总厚度18.2～23.8m，为强透 水层，渗透系数12.53 ～ 27.4m/d，枯水期地下水位埋深3 ～ 5m，丰水期 2 ～ 4m。
为了研究盾构法施工在富水砂卵石地层中的适应性问题，为后续地铁工程 的施工提供借鉴经验，盾构4标左线隧道采用土压平衡盾构施工，右线隧道采用 泥水平衡盾构施工。下面以海瑞克S367泥水平衡盾构机为例，探讨其在砂卵石 地层的施工适应性。
5、 排碴能力的适应性 5.1排碴设备的配备
中铁隧道股份
为了确保开挖的碴土能够顺利排出，泥浆必须保持一定的流速使砂卵石处 于悬浮状态。根据盾构机的最大推进速度，可以计算进浆泵和排浆泵所需的流 量，在不同的地层中，同样的泥浆流量，输送的碴土量会有所不同。 根据本工程的地质资料，各盾构制造商根据各自的经验提供了不同的泥浆 系统参数，见表1：泥浆系统参数表。
中铁隧道集团
直接控制模式下，泥水仓泥浆压力通过调节送、排泥泵转速或调节送、排泥管 路上的控制阀开度来进行。当泥泵控制距离长而产生延迟效应不便于控制泥浆压力 时，常用调节控制阀来进行泥浆压力调节。
(2) 间接控制模式
盾构掘进时有时由于泥浆的流失，长距离控制、开关阀门的延迟效应或推进速度的 变化，进、排泥浆量会失去平衡，气液接触面就会出现上下波动现象。泥水加压间 接控制模式是建立在直接控制模式的基础上，通过调节气垫仓的气囊压力来对掘进 时泥水仓内压力的波动进行补偿或缓解，使泥水压力更趋于所需的目标值。S367盾 构机采用间接控制模式，间接控制模式更有利于保持开挖面的稳定。
刮刀刀座螺纹孔磨掉的可以把螺栓套焊接在磨损的位置，为了防止螺纹套 在焊接过程中变形，必须用二氧化碳保护焊并且间断焊接。
(3) 刀盘中心部位由于没有开口，在含泥岩的砂卵石层掘进时容易形成泥 饼。
3、刀盘和刀具的适应性
3.2.2 刀具
中铁隧道股份
在掘进过程中刀具磨损异常严重，出现过仅掘进100米全盘刀具报废的情 况。在砂卵石地层采用双刃滚刀作为主要的破岩刀具，由于卵石随刀盘的转动 而移动，无法为刀具破岩提供足够的反力，同时两个刀刃之间容易夹入卵石， 造成刀刃崩裂或刀具卡住从而造成刀具偏磨。同时由于刀具难以一次性完成破 岩，造成卵石在滚刀的多次碾压下才能破碎，事实上增加了刀具的破岩工作量。 在施工中先后试验了贝壳刀、羊角刀、撕裂刀等多种刀具，目前正在根据试验 结果进行刀具工艺和材质的优化。 靠刀盘外周3个刀位的齿刀磨损尤为严重，由于齿刀采用插入式装配，变 形后拆卸困难。左线隧道采用加宽齿刀并与刀盘平面布置，使用寿命较长。 刮刀采用3颗螺栓固定，在刀盘转动时由于卵石的冲击容易导致螺栓断裂， 刮刀脱落，造成刀盘磨损。左线隧道的6孔、8孔刮刀使用效果明显高于泥水盾 构的3孔刮刀。 刮刀、齿刀上镶嵌高强度合金齿，在使用中刀体母材磨损使合金齿镶嵌深 度变浅，造成合金齿脱落。建议提高母材的强度或者取消合金齿直接在刀体外 周焊接耐磨钢板，在钢板上加焊耐磨格栅，同样可以提高刀具的使用寿命。
盾构掘进426米后，由于滚刀偏磨造 成了刀盘的损坏，在距刀盘中心1555mm 和2385mm处分别磨出一道宽180mm、深 24mm和宽320mm、深50mm的圆环沟槽，采 用耐磨钢板进行了焊接修复，表面用耐 磨焊条焊成50Χ 50mm菱形耐磨网格，网 格堆焊高度7～8mm，宽度12～14mm。
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图为泥浆拌合站
１、泥水平衡盾构的适应性分析 1.2具备长距离掘进的能力
中铁隧道集团
S367盾构机提高了刀盘、刀具的耐磨损性能。另外泥水的冷却润滑作用， 理理论上可以延长刀具的使用寿命。
盾构长距离掘进时，为满足检查更换刀具的要求，盾构机具备带压进仓功 能。砂卵石地层透气性强，泥水盾构能够有效形成泥膜，保持泥水仓内压力的 稳定，带压作业安全性相对于土压平衡盾构要高。
4、颚式破碎机的适应性 4.2 需进一步研究的课题
(1) 碎石机的工况
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碎石机的设计理念是对个别石块进行破碎以满足排浆管的输送，其工作 不是常态的。在砂卵石地层中掘进，由于大粒径卵石含量的增多，碎石机的 工作强度随之增大，在掘进过程中碎石机必须始终处于工作状态，否则卵石 极易沉积在气垫仓的底部，造成碎石机格栅处的堵塞。由此可见，碎石机的 设计工况与砂卵石地层中的实际使用工况是不一致的。 (2) 碎石机的使用寿命
主轴承有两套密封系统，具备自动润滑、密封和检测功能。
中铁隧道集团
盾尾密封采用三道钢丝刷及八个油脂注入管道，在密封刷中注入密封油脂以 防止盾壳外面的水或砂浆进入盾构。
2、泥水控制模式
2.1泥水控制模式分类
泥水控制模式分为两种，欧洲盾构 机以间接控制为主，日本盾构机以直接 控制为主。 (1) 直接控制模式
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由于碎石机液压油管断裂，导致整个系 统进入了泥浆，碎石机压力降低，部分配件 磨损。检查后发现油管是从接碎石机油缸的 钢管接头断裂的，断定在油缸运动时，积聚 的卵石把油管接头挤断。用钢板将钢管接头 位置尽量封闭，在封闭腔内填充有弹性的海 绵并充满油脂，很好的保护了油管。
4、颚式破碎机的适应性
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4.1使用中的问题及处理
由于碎石机在砂卵石地层中的使用强度远远超过其它地层，施工中碎石 机的润滑系统、密封系统以及钢结构等多次受到不同程度的损坏。
4、颚式破碎机的适应性
(1) 润滑系统的改造 碎石机采用集中润滑系统，新机调试时 供油管路压力25bar。在使用过程中发现部分 油脂管路压力只有10bar，进仓检查后发现6 根油脂管路全部断裂。将管路改到设备内部 的加工孔位置，并将之前的管路堵住，到目 前为止，未再出现该问题。 (2) 碎石机油管的保护
1.3具备处理大卵石和漂石的能力
配备双刃盘形滚刀做为破岩的主要刀具，同时可与撕裂刀、羊角刀等互换。 在气垫仓内排泥管的前端安装了双颚板式碎石机，可对进入仓内的卵石进行二 次破碎，防止泥水输送管路堵塞。 对刀具不能破碎的漂石，采用带压进仓的方式处理。
１、泥水平衡盾构的适应性分析
1.4具备良好的密封功能
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3、刀盘和刀具的适应性
3.3 需进一步研究的课题
中铁隧道股份
(1) 为解决砂卵石地层磨损性大的问题，必须提高刀盘刀具的耐磨性能。比如在刀盘面板和外缘焊接hardox耐磨钢 板并加焊耐磨网格，对进碴口周圈进行硬化处理并堆焊耐磨材料；在滚刀刀体、齿刀和切刀的正面堆焊耐磨材料等。 (2) 鉴于碎石机的破碎效率和管路的排碴效率均较低，建议尽可能的将大块卵石在刀盘前破碎。
由于碎石机故障频繁，已严重影响了盾构机性能的发挥，制约了施工的 顺利进行。必须根据碎石机的使用工况，从设计和选材上提高各部件的耐久 性，从而提高碎石机的使用寿命。 (3) 碎石机的工作效率
碎石机设计能力是每分钟动作4次，实际仅能达到每分钟2次多一点，直 接造成排碴不畅，应针对砂卵石地层的特点，进行相关工艺改进，提高碎石 机的工作效率。
１、泥水平衡盾构的适应性分析 1.１具备良好的稳定地层能力
中铁隧道集团
泥水平衡盾构的工作机理是：泥水在压力作用下渗入地层，在开挖面形成不透 水泥膜，泥膜有效隔离地层并起密封作用，均质易流动的泥水把压力均匀的传递到 开挖面，从而确保开挖面的稳定，防止地表沉降。 盾构机采用面板式刀盘，控制进入泥水仓的卵石粒径，对开挖面起到一定的支 撑作用，具有稳定开挖面的功能。
3、刀盘和刀具的适应性 3.1刀盘设计和刀具选型
(1) 结构设计
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刀盘开挖直径6280mm，采用面 板型结构形式，可以防止开挖面的 过度坍塌，有利于开挖面的稳定。
(2) 开口形式 为对称分布的八个长条孔， 开口处焊接非封闭的耐磨隔条，将粒径小于400mm的卵石放入泥水仓，有效减 轻刀具的负荷，有利于减少换刀次数实现长距离掘进。当全部安装滚刀时开口 率为28%，安装齿刀时开口率可以达到30%。 (3) 刀具选型 刀具选用6把双刃中心滚刀、13把双刃滚刀、64把齿刀、16把边刮刀。
隧道主要穿越〈3-7〉卵石土层，部分地段穿越〈4-4〉卵石土层，卵石含 量高达55～80%，卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩，单轴抗压强度 65.5 ～ 184MPa，最大值为206MPa。卵石粒径以30～70mm为主，局部80～ 120mm，地层中粒径大于200mm的漂石含量占0～22.3%（重量比），全线已发现 最大漂石粒径达670 mm，大粒径卵石含量较高且局部富集成群。
3、刀盘和刀具的适应性
中铁隧道股份
刀盘外圈原有三条宽40mm、厚60mm的耐磨条，磨损量约为22mm，为了避免 刀盘继续被磨损，加焊厚度为25mm的耐磨钢板，规格为160mm×80 mm和160 mm×140mm，焊接材料之间距离为80 mm。 (2) 刀座 由于刀具磨损严重，造成刀座的磨损，在施工过程中多次进行了刀座的修 复工作。 除刀具异常损坏等特殊情况外，滚刀刀座一般磨损不大，但由于U型 块高出刀座约15mm，因此磨损比较严重，在刀座周边贴焊厚25 mm的耐磨钢板， 可以很好地起到保护U型块的作用。 齿刀刀座由于变形或磨损过度，一般难以修复，采用气刨将原刀座刨掉后 重新焊上新的刀座。
中铁隧道集团
泥水缓冲气压室
压缩空气管路
泥水仓 进泥管路
气压仓
半隔板 排泥管路
半隔板开口
隔板
2、泥水控制模式
2.2使用效果分析
中铁隧道股份
砂卵石粒径大、质量重，流动比较困难。由于采用间接控制模式，盾 构机刀盘到位于碎石机格栅后面的排碴泵吸口距离增大，泵的吸力因此降低， 降低了排碴速度。若采用直接控制模式，将可以大大的缩短碴土从开挖面切 削后到排碴泵吸口的距离，提高出碴能力。 在砂卵石地层中采用直接控制模式，则碎石机必须安装在泥水仓内，但 在大量卵石包裹下碎石机能否正常工作尚存疑问。如果碎石机出现故障，必 须将泥水仓内的碴土清空才能维修，实施难度和风险较大。 在成都砂卵石地层中不宜采用直接控制模式。
(3) 油缸杆密封磨损严重
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碎石机油缸长期在含卵石的泥浆中运行，油缸杆密封磨损快，造成漏 油、系统被污染，油缸杆的耐磨性能有待提高。每次更换油缸用时均在 24小时以上，尽量选择在常压作业或停机时间长时更换。
(4) 碎石机齿板和油缸连接销子的脱落
碎石机齿板和油缸采用螺栓连接，使用140米后螺栓断裂造成销子脱 落。后来取消了螺栓，采用焊接处理，由于销子在卵石中磨损严重再次 导致脱落。 在最近这次脱落后，更改了销子的结构和安装形式，把销子更换成了一 个大螺栓，为防止松动安装了两个有锁紧作用的螺母，并在锁紧螺母上安装 了三个定位螺母进行固定，使用效果较好。
3、刀盘和刀具的适应性
3.2 实际应用情况
中铁隧道股份
滚刀破岩机理是滚压破碎，即在破岩过程中，以其通过线为起点，逐渐产 生拉伸力，从而将岩石破碎。但在砂卵石地层中，由于卵石是移动的，无法为 刀具破岩提供足够的反力，卵石从剥离开挖面到破碎费时较多，加剧了刀具的 磨损，进而造成刀盘的磨损。
3.2.1刀盘 (1) 面板