大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究
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０ 引言
随着城市化建设进程和地下空间开发力度的不断 加大，超大型泥水盾构工法在穿越江、河、湖、海等复杂 水文地质环境的隧道工程中得到广泛应用［１－４］。隧道 施工过程中面临诸如黏土类、淤泥质类、砂土类、砾卵 石类及岩石类等复杂多变的地质条件，尤其对同一工 程，在不同地段或者同一断面，盾构可能穿越既有软土 类又有卵砾石类和岩石类的复合地层，对盾构刀盘刀 具的选型及其地层的适应性提出了很高要求。同时，
ＳｔｕｄｙｏｆＣｕｔｔｅｒｈｅａｄａｎｄＣｕｔｔｉｎｇＴｏｏｌＳｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｕｔｔｉｎｇＴｏｏｌ ＲｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＬａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒＳｈｉｅｌｄｕｎｄｅｒＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣｏｎｄｉｔｉｏｎ
ＣＨＥＮＪｉａｎ
（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１４ｔｈＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ２５００１４，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
刀具作为易磨损件，需要经常性更换，因而刀具更换效 率是决定整个盾构隧道工程施工进度的重要因素。在 以往盾构施工过程中，更换刀具需通过人闸进入远高 于大气压力的开挖舱进行带压换刀作业，这一过程往 往存在以下缺点：１）带压进舱更换刀具对操作人员要 求高，作业风险极大，对操作人员健康非常不利；２）操 作人员在开挖舱内工作时间受限，作业效率低［５－７］。
第 １期 陈健： 大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究
１１１
质条件（如 全 断 面 砂 层、富 水 卵 石 层 等 ），总 结 相 应 的 施 工 措 施，研 究 带 压 换 刀 技 术 的 可 行 性 和 技 术 要 点［８－１０］，对换刀过程中刀盘前方周围地层和刀盘舱内 气密性要求、开挖舱气压的设定所存在的风险进行充 分的分析与论证［１１］，总结 带 压 换 刀 作 业 安 全 管 控 措 施［１２－１３］。然而目前针对“上软下硬”复合地质条件所 开展的研究还不够深入，总结也不够全面。
当前，盾构刀盘刀具选型与带压换刀技术伴随着 工程的开展得到了一定的研究，并针对不同的工程地
收稿日期：２０１７－０７－来自百度文库１；修回日期：２０１７－１１－２７ 作者简介：陈健（１９７３—），男，山东泗水人，２００７年毕业于石家庄铁道学院，建筑与土木工程专业，本科，教授级高级工程师，现从事隧道与地下工程 尤其是大盾构及水下盾构隧道施工领域的技术研究及管理工作。Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｊｉａｎ１０１８＠１６３．ｃｏｍ。
大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究
陈 健
（中铁十四局集团有限公司，山东 济南 ２５００１４）
摘要：由于盾构在软土地层和岩石地层的刀具切削原理和配置形式不同，对于不同地质，尤其复合地质刀盘刀具的适应性配置与 磨损刀具的安全更换一直是当前大型盾构施工中遇到的技术难题。针对武汉地铁 ８号线越江隧道工程及其特殊的水文地质，分析 大直径泥水盾构在软土和硬岩复合地层中刀盘刀具的选型配置，创新采用复合刀盘设计理念，并开发应用常压条件下滚刀齿刀互 换技术，最后针对不同地质条件给出了刀具配置方案。通过采取以上措施，延长了刀具使用寿命，提高了刀具更换效率，降低了施 工风险，实现了在复杂地层隧道的顺利穿越。 关键词：大直径盾构；复合地质；刀盘刀具选型；常压换刀；刀具适应性配置 ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－４４９８．２０１８．０１．０１４ 中图分类号：Ｕ４５５．３＋９ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９６－４４９８（２０１８）０１－０１１０－０８
０ 引言
随着城市化建设进程和地下空间开发力度的不断 加大，超大型泥水盾构工法在穿越江、河、湖、海等复杂 水文地质环境的隧道工程中得到广泛应用［１－４］。隧道 施工过程中面临诸如黏土类、淤泥质类、砂土类、砾卵 石类及岩石类等复杂多变的地质条件，尤其对同一工 程，在不同地段或者同一断面，盾构可能穿越既有软土 类又有卵砾石类和岩石类的复合地层，对盾构刀盘刀 具的选型及其地层的适应性提出了很高要求。同时，
ＳｔｕｄｙｏｆＣｕｔｔｅｒｈｅａｄａｎｄＣｕｔｔｉｎｇＴｏｏｌＳｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｕｔｔｉｎｇＴｏｏｌ ＲｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＬａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒＳｈｉｅｌｄｕｎｄｅｒＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣｏｎｄｉｔｉｏｎ
ＣＨＥＮＪｉａｎ
（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１４ｔｈＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ２５００１４，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
刀具作为易磨损件，需要经常性更换，因而刀具更换效 率是决定整个盾构隧道工程施工进度的重要因素。在 以往盾构施工过程中，更换刀具需通过人闸进入远高 于大气压力的开挖舱进行带压换刀作业，这一过程往 往存在以下缺点：１）带压进舱更换刀具对操作人员要 求高，作业风险极大，对操作人员健康非常不利；２）操 作人员在开挖舱内工作时间受限，作业效率低［５－７］。
第 １期 陈健： 大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究
１１１
质条件（如 全 断 面 砂 层、富 水 卵 石 层 等 ），总 结 相 应 的 施 工 措 施，研 究 带 压 换 刀 技 术 的 可 行 性 和 技 术 要 点［８－１０］，对换刀过程中刀盘前方周围地层和刀盘舱内 气密性要求、开挖舱气压的设定所存在的风险进行充 分的分析与论证［１１］，总结 带 压 换 刀 作 业 安 全 管 控 措 施［１２－１３］。然而目前针对“上软下硬”复合地质条件所 开展的研究还不够深入，总结也不够全面。
当前，盾构刀盘刀具选型与带压换刀技术伴随着 工程的开展得到了一定的研究，并针对不同的工程地
收稿日期：２０１７－０７－来自百度文库１；修回日期：２０１７－１１－２７ 作者简介：陈健（１９７３—），男，山东泗水人，２００７年毕业于石家庄铁道学院，建筑与土木工程专业，本科，教授级高级工程师，现从事隧道与地下工程 尤其是大盾构及水下盾构隧道施工领域的技术研究及管理工作。Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｊｉａｎ１０１８＠１６３．ｃｏｍ。
大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究
陈 健
（中铁十四局集团有限公司，山东 济南 ２５００１４）
摘要：由于盾构在软土地层和岩石地层的刀具切削原理和配置形式不同，对于不同地质，尤其复合地质刀盘刀具的适应性配置与 磨损刀具的安全更换一直是当前大型盾构施工中遇到的技术难题。针对武汉地铁 ８号线越江隧道工程及其特殊的水文地质，分析 大直径泥水盾构在软土和硬岩复合地层中刀盘刀具的选型配置，创新采用复合刀盘设计理念，并开发应用常压条件下滚刀齿刀互 换技术，最后针对不同地质条件给出了刀具配置方案。通过采取以上措施，延长了刀具使用寿命，提高了刀具更换效率，降低了施 工风险，实现了在复杂地层隧道的顺利穿越。 关键词：大直径盾构；复合地质；刀盘刀具选型；常压换刀；刀具适应性配置 ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－４４９８．２０１８．０１．０１４ 中图分类号：Ｕ４５５．３＋９ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９６－４４９８（２０１８）０１－０１１０－０８