關于復合地層中盾構機刀具磨損的優(yōu)化研究

張義敬 山東易斯特工程工具有限公司

引言：隨著我國盾構技術的不斷提升，盾構施工已經(jīng)擁有較為成熟的施工工法，其主要應用于公路隧道或者是地鐵隧道中。目前，隨著地鐵隧道的不斷建設，盾構施工迎來了新的挑戰(zhàn)和困難。在盾構穿層中，盾構會經(jīng)過軟硬不夠均勻的復合地層，這就給掘進工作帶來了一定的難題，尤其是遇到下部為高強度巖石，下部又為粉砂性地層時，盾構刀具的磨損就會更加嚴重，進而會出現(xiàn)盾構偏離設計軸，嚴重則會導致地面塌陷。對于此問題的解決十分有必要，基于此，本文針對相關問題進行分析，以供參考。

一、盾構機刀具磨損的影響分析

主要包括以下幾點：盾構機主要是由主機和后配套設備組合而成，盾構刀盤主要是負責施工中的開挖環(huán)節(jié)，其會借助盾構刀具對需要施工的土體切割，因此我們可以看出，刀具的鋒利程度會嚴重影響到盾構機的前進速度。在復合地層施工中，土質(zhì)會很復雜，相關人員需要慎重選擇刀具。在實際的施工中，如果地層比較復雜，盾構刀具的磨損就會加快，長此以往，就會使其快速的老化。另外，在長期的探索中，有關盾構機盾構磨損規(guī)律已初步完善，但是對于土層的刀具磨損還沒得到完善，其中，對于刀具負荷以及磨損速度等一些總要因素的研究還比較缺乏，這就會使盾構機在實際作業(yè)中，就算是選擇了合適的盾構刀具，但也不能夠完全的判斷出刀具的具體更換時間，所以說，在盾構刀具的長時間使用中，如果對于刀具更換不及時就會使其喪失自身的作用，從而會影響整個施工進度。最后，我國相關工作者對于盾構刀具的研究還比較少，部分施工單位購買的盾構刀具主要是來自國外，這樣就會使工程成本增加。長期以往，盾構作業(yè)以及地下施工受到嚴重的限制。

二、盾構刀具磨損的主要原因

對于盾構機刀具的磨損問題而言，我們以某地鐵工程施工為例進行相關研究。本工程總長度為1311米，主要地質(zhì)為花崗巖以及粘性土，巖石的強度較高，使用盾構機進行此作業(yè)難度也比較大，因此施工就會出現(xiàn)各種問題。

1.地形條件復雜。在我國地下施工中，大多數(shù)施工主要是復雜地層。在本工程中，最為多的就是花崗巖，這種巖石的強度高，使用單一的方式不能將其進行破壞，所以說，需要借助風鉆進行鉆孔并要配備膨脹炸藥進行爆破施工，這種方法很容易將刀具磨損。另外，在滾刀作用下，刀具始終處于巖石的磨損之下，而且還會有較大的顆粒物，磨損程度就會更加突出。

2.刀具配置變化。除了受到地層的影響，相關人員的操作也會影響到刀具的磨損，在此工程中，刀具更換次數(shù)為兩次，導致刀具底座出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，所以滾刀在換刀后并沒有安裝，這就使盾構機在進行中發(fā)生刀具脫落的問題，雖然沒有降低盾構機巖石破裂，加大了刀具的側(cè)向壓力，從而導致刀盤的損壞。

3.對掘進參數(shù)進行設置。一般情況下，盾構機的掘進推力需要控制在1200t以下，部分施工單位為了追求施工進度，將施工周期縮短，就會將施工推力設置到1200t以上，如果操作不夠合理，這樣不僅不能將施工效率增加，還會使刀具嚴重破壞，最為常見的就是導致刀具固定螺栓的崩裂。

三、提升復合地層盾構機刀具磨損的相關措施

1.合理選擇盾構刀具。如果地層不同，所選用的盾構刀具也是不一樣的。所以在刀具配置中，需要根據(jù)地層的構成選擇合適的刀具。對于軟弱土層而言，刀具的配置主要是以切刀和刮刀為主，刀盤可以采用面板式的，同時，也可以在切刀和刮刀刃口處選擇耐磨的材料，從而就會增加刀具的耐磨性，并對刀具的使用周期延長。對于復雜的地形而言，可以選擇魚尾刀，仿形刀，主要是利用多種刀具的不同優(yōu)勢促使盾構機作業(yè)有序完成。

2.重視刀具參數(shù)設計。刀具磨損程度會受參數(shù)設計的影響，就需要對刀具和盾構機參數(shù)進行一定的優(yōu)化。對于滾刀磨損的問題，可以增加滾刀轉(zhuǎn)動力矩，也可以在滾刀刀鼓上配合耐磨材料，從而防止礦物顆粒對刀具的磨損；對于切削刀的磨損而言，可以對刮刀制作材料進行改進，同時采用渣土流動狀態(tài)的幾何形狀來進行刮刀制作。

3.對掘進貫入度控制。在進行盾構掘進中，需要對盾構掘進貫入度進行控制，在受復合地層軟硬不均地層影響下，盾構機由原來的軟土地層段自動掘進改為手動掘進，在掘進中還要關注刀盤扭矩的變化程度，如果發(fā)現(xiàn)刀盤扭矩變大，就要停止掘進或者是降低掘進的速度，在刀盤扭矩降下來的時候，就要用千斤頂對速度加推，對于掘進貫入度而言，需要防止因貫入度過大導致刀刃出現(xiàn)疲勞磨損，一般情況下，掘進貫入度需要控制在每分鐘三到十毫米。

結(jié)語：綜上，在盾構施工中，刀具磨損對盾構機的影響比較大。因此，在實際中，需要進一步完善刀具的配置，還要借助復雜地形土質(zhì)特點進行刀具的選用，這樣才可以不斷的提升盾構機的工作效率，保證刀具的使用壽命，從而就不會因為刀具損壞而影響整個工程的進度。