复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策VIP专享VIP免费

文章编号:1009-6582(2006)04-0072-06复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策竺维彬王晖鞠世健(广州市地下铁道总公司,广州510380)摘要通过系统地总结和分析约40台次混合式盾构机在复合地层中掘进近100km的滚刀磨损情况,对滚刀磨损做了定性分类,并根据滚刀磨损的影响因素,提出滚刀磨损的对策,以期指导今后复合地层施工中盾构机刀盘刀具选择、配置及盾构掘进。关键词复合地层盾构滚刀磨损原因分析对策中图分类号:U455.3+9文献标识码:A1滚刀磨损分类对于滚刀的磨损,依据其形态特征、磨损程度,分类如下:1.均匀磨损滚刀刀圈周边各部位的磨耗程度基本上是一致的,称为均匀磨损。2.非均匀磨损滚刀刀圈周边各部位的磨耗程度不一致,即发生了偏磨,称为不均匀磨损。依据偏磨形态,分为弦偏磨和刃偏磨。(1)弦偏磨弦偏磨有单边偏磨、多边偏磨、轴承磨损三种情况。①单边偏磨滚刀安装后没有跟随刀盘转动而自转,或在安装初期发生了短暂自转,此后一直停止自转,导致滚刀刀圈单边弦磨损(图1)。②多边偏磨发生单边弦偏磨→偏磨角部应力集中引发瞬间面转动一个角度→第二边偏磨,⋯⋯,如此循环,形成多边磨损(图2)。某盾构区间滚刀最多有11边偏磨。③轴承磨损当滚刀发生弦偏磨后没有及时发现,未能及时更换刀具,导致偏磨日益严重,以至磨到滚刀的轴承位置使得整把滚刀报废(图3)。这种磨损不仅仅造成刀具损坏,还会造成刀盘严重磨损(图4)。修改稿返回日期:2005-12-22个人简介:竺维彬,男,教授级高级工程师,总经理.图1滚刀单边偏磨Fig.1Single-sideabrasion图2滚刀多边偏磨Fig.2Multi-sideabrasionofdisccutters图3滚刀轴承磨损Fig.3Abrasionofaxlebearing·27·第43卷第4期2006年8月现代隧道技术ModernTunnellingTechnologyVol.43No.4Aug.2006图4刀盘外圈磨薄穿孔Fig.4Outerringofdiscabradedthinwithholes(2)刃偏磨从磨损形状来看,刀刃角两侧不均匀磨损,与刀圈法线方向成不同角度,刀尖缘呈不规则的曲线。(3)弦、刃均偏磨即滚刀同时发生弦和刃偏磨的情况。3.刀圈崩裂滚刀刀圈径向开裂或崩角,使滚刀失去破岩能力,一旦受力较大,还会发生刀圈掉落舱内的情况(图5)。图5刀圈崩裂Fig.5Fractureofouterring2滚刀磨损的影响因素2.1地质因素影响滚刀磨损的重要地质因素主要有:岩石强度、硬度、研磨性、断裂带及地层的节理、裂隙发育程度、造岩矿物种类、开挖断面的地质均匀程度等。其中岩石强度、硬度、研磨性与滚刀磨损速度呈正比关系;岩石节理、裂隙越发育,刀具破岩越容易,对刀具的磨损也小;而开挖断面越不均匀,岩性变化越快,滚刀越容易发生不均匀磨损,在某些特殊情况下甚至对刀盘造成损坏性影响。需要特别指出的是,造岩矿物种类对滚刀磨损有很大影响。岩石破碎时,首先是在矿物颗粒交界面处产生破碎,多数情况下颗粒本身不破碎。因此,岩石上的矿物与破碎下来的矿物颗粒都在磨损刀具,并且矿物颗粒的硬度越大,则磨损作用愈大。造岩矿物与岩石研磨性的关系如表1所示。一般而言,滚刀的研磨性随岩石中石英含量的增大而增大,如图6所示。表1造岩矿物与研磨性关系Table1Relationshipbetweenrock-formingmineralsandrockabrasiveness岩石单位功磨损量/(10-7m3/s)砂质灰岩0.5含铁石英岩1.5长石砂岩5.1花岗岩6.1石英质砂岩102图6石英含量与磨损量关系Fig.6Relationshipbetweenquartzcontentandrockabrasiveness粘粒和粉粒含量多少,虽然不会对滚刀磨损造成直接影响,但当粘粒和粉粒含量高时,很容易产生泥饼[1],从而间接造成滚刀偏磨。2.2滚刀结构功能和破岩能力滚刀的磨损,还取决于本身的结构功能和对岩土的适应性或破岩性能。(1)各部件质量滚刀由刀圈、轮毂、轴及轴承密封等构成(图7),各部件质量情况均会对滚刀磨损产生不利影响,如轴承或轮毂材质差,长时间工作后会使轮毂损坏变形(图8),甚至发生轴承弯曲的情况,影响正常转动;轴承密封质量差,当满舱掘进、且土压较高的状态下,水、土很容易进入轴承,造成密封失效(图9),刀具无法转动或被彻底卡死;刀圈质量及其与轮毂的接合质量差,会造成刀圈崩裂、崩角。(2)滚刀装配扭矩滚刀装配扭矩即保证滚刀刀圈转动的最小扭·37·复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策矩。装配扭矩过大,会造成滚刀无法...