基于全斷面中風化灰巖刀盤優化設計

牛朋朋（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

1 工程性質與場地條件

1.1 工程概況

徐州城市軌道交通 6 號線一期工程 SGTJ 6103 標段黃河東路站—商聚路西站區間為盾構工法施工，擬投入 2 臺復合土壓平衡式盾構機組織施工。本區間起于黃河東路站，止于商聚路西站，盾構區間長度為 2 249.53 m。線路出黃河東路站后沿中山北路向南鋪設，線路基本沿規劃路向西鋪設。線間距約 12～15 m，縱坡采用“人”字坡。

區間平面設R＝450、600、550 三組曲線；豎向設“人”字坡，線路先以 0.500 0%、1.400 0% 上坡，然后以0.530 0%、2.806 9%、0.500 0% 下坡。

1.2 工程地質條件

黃河東路站—商聚路西站區間主要穿越全斷面 11-2-3 中風化灰巖，單軸抗壓強度平均值為 74 MPa，隧道埋深7.9～39.8 m，隧道最大坡度 2.806 9%，最小曲線半徑為450 m。

2 六幅條輻板式刀盤針對性設計

2.1 刀盤結構設計

針對徐州市巖溶特殊地層盾構掘進要求，刀盤設計滿足即可安裝撕裂刀，也可安裝滾刀，黃河東路站—商聚路西站區間采用六幅條輻板式刀盤結構，以適應高強度中風化灰巖施工需求。

2.2 刀具設計

刀盤刀具設置為 4 把 17 寸雙聯滾刀，刀高 175 mm，刀距 85 mm；26 把 18 寸正面單刃滾刀，刀高 175 mm，刀間距 75～80 mm，具備較強的破巖能力；13 把 18 寸邊緣單刃滾刀最外側軌跡 3 把，有效延長滾刀掘進距離；4 把切削刀，刀高 130 mm，刀間距 165 mm；12組邊緣刮刀，刀高 130 mm，提高刮刀軌跡全斷面覆蓋。

單個滾刀載荷值為 250 kN，刀盒總載荷值高達 10 750 kN。

2.3 刀具配套設計

3 個磨損檢測，液壓式磨損檢測；刀盤開口率控制在30% ～ 35%；刀盤耐磨措施為刀盤面板及外周板焊接耐磨板，其余易磨損部分堆焊耐磨網格（60 mm×60 mm，高度 5 mm，寬度 5 mm）；超挖刀取消后設置 1 把刀軌跡線為 6 425 mm 的保徑刀，形成保徑刀三級設置，一級為6 440 mm 刀跡線，二級為 6 432 mm 刀軌跡線，三級為6 425 mm 刀軌跡線，確保保徑刀完好工作，降低了制造成本，保障了刀盤的正常工作效率，一定程度上減少刀盤結構磨損幾率；因中心刀采用端蓋式結構形式，為避免刀具在掘進過程中出現非正常磨損或損壞，在中心刀處設置一個磨損檢測裝置，保證中心刀工作效率及異常情況的及時判斷，從而確保盾構掘進過程安全順利；依據復合式刀盤盾構掘進過程中滾刀及刮刀對應的工作機理和失效臨界值，結合類似工程中盾構機貫入度的經驗數據，刀具高差確定為 45 mm，以便充分發揮滾刀對巖面的破碎作用和刮刀對破碎后渣土的刮削效果。

3 結 語

本文針對黃河東路站—商聚路西站區間硬巖地質刀盤優化設計，對刀盤結構和刀具配置及刀具配套做了詳細解析，便于黃河東路站—商聚路西站區間長距離掘進過程中，減少換刀頻率，增加刀具的使用效率，為該硬巖長區間做好技術支持，從而降低掘進產生的內外風險和施工成本，總體而言，基于徐州地區中風化灰巖地層，適用六幅條輻板式刀盤破巖掘進總結出最優刀盤結構及刀具設置，為類似工程施工具有借鑒和指導作用。