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0、引言
    盾構(gòu)機(jī)在砂、卵石地層中施工磨損大一直是困擾盾構(gòu)施工的難題。由于磨損大需經(jīng)常進(jìn)行刀盤、螺旋機(jī)的修理和刀具的更換，而砂、卵石地層的穩(wěn)定性差又制約著頻繁的刀具更換與修理，為解決這一難題對砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)機(jī)耐磨性及刀具適用性進(jìn)行了研究。
    有關(guān)盾構(gòu)機(jī)的耐磨性及刀具適用性的探索自盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用于隧道施工就沒有停止過。如：文獻(xiàn)對成都地鐵采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)刀盤刀具的耐磨性進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)對適合成都砂卵石地層的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了探索；文獻(xiàn)以成都地鐵一號線為例，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行刀盤選型及設(shè)計，并且對刀盤3種基本工況作了有限元分析，驗證了刀盤選型和設(shè)計理論的適用性；文獻(xiàn)對北京鐵路地下直徑線泥水盾構(gòu)刀盤、刀具適應(yīng)性進(jìn)行了分析。為解決成都砂、卵石地質(zhì)刀具、刀盤和螺旋輸送機(jī)磨損大等問題，本文就盾構(gòu)機(jī)的耐磨性和刀具的適用性進(jìn)行了研究和實踐，特別提出了關(guān)于滾刀應(yīng)用在成都大粒徑砂、卵石地層中先行刀的作用，使得盾構(gòu)機(jī)具有更耐磨、更適用和更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。
1、成都砂、卵石地層盾構(gòu)施工的特點(diǎn)
1.1卵礫石多、粒徑大、硬度高、強(qiáng)度大
    成都地鐵盾構(gòu)隧道主要穿越砂，卵石地層，粒徑30—100 mm的卵石含量占65%~75%，粒徑100~130 mm的約占10%。卵礫石硬，強(qiáng)度高，單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)150MPa，最大可達(dá)到180MPa。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，對盾構(gòu)刀盤、刀具、螺旋機(jī)等會產(chǎn)生較大的磨損與破壞。
1.2流動性差、磨琢性大
    砂、卵石流動性差，對刀具、刀盤和螺旋輸送機(jī)的磨琢性大。該地層和鋼鐵之間的摩擦因數(shù)一般都在0.4之上，最高可達(dá)0.7。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中渣土不易流進(jìn)土倉，在土倉內(nèi)的渣土又不易排出，并造成推力和扭矩的增大和刀盤、刀具、螺旋輸送機(jī)磨損的增大。
1.3砂、卵石地層富水、透氣性大、穩(wěn)定性差
    成都地層富水，枯水期地下水埋深一般在3—5m，豐水期一般在1~3m。沙、卵石地層顆粒之間的空隙大、透氣性大，巖體松散，沒有黏聚力，卵石塊在地層中起骨架作用，刀盤旋轉(zhuǎn)切削時，極易破壞地層中原有的穩(wěn)定而產(chǎn)生坍塌，引起地層損失和圍巖擾動。砂、卵石地層自穩(wěn)能力差，難以保住氣壓，給進(jìn)倉作業(yè)造成困難。
2、砂、卵石地層盾構(gòu)施工存在的問題
2.1  刀具、刀盤和螺旋輸送機(jī)磨損嚴(yán)重
    由于砂、卵石地層穩(wěn)定性差，盾構(gòu)施工需采用土壓平衡模式掘進(jìn)。由于砂、卵石地層細(xì)顆粒含量少、透氣性好，塑流化改良效果差，很難實現(xiàn)氣壓模式掘進(jìn)，為防止掌子面的坍塌，掘進(jìn)中土倉內(nèi)堆積了大量砂、卵石，并包裹著刀盤及刀具。因砂、卵石的硬度高、磨琢性大，使刀具、刀盤和螺旋輸送機(jī)磨損嚴(yán)重，降低了刀盤、刀具和螺旋輸送機(jī)的使用壽命，使盾構(gòu)機(jī)需經(jīng)常修理刀盤、螺旋輸送機(jī)及更換刀具，不能長時間連續(xù)工作。在最初成都砂、卵石地層的盾構(gòu)施工中，各施工單位的盾構(gòu)刀盤、刀具、螺旋輸送機(jī)等都產(chǎn)生了較大的磨損與損壞，其中僅刀具消耗每延米就達(dá)7 000元左右。
2.2刀具的更換及刀盤、螺旋機(jī)修理困難
    成都的砂、卵石地層富水、穩(wěn)定性差，在常壓下掌子面不穩(wěn)定不適合開倉進(jìn)行刀具的更換。由于地層卵礫石多、粒徑大、透氣性大，無法實現(xiàn)真正意義上的渣土改良；因地層漏氣嚴(yán)重，很難保住氣壓，難以實現(xiàn)在保壓條件下進(jìn)倉進(jìn)行刀具更換和刀盤、螺旋輸送機(jī)的修理，給正常和連續(xù)的盾構(gòu)施工造成困難。
3、盾構(gòu)機(jī)耐磨性及刀具適用性研究
3.1 問題的提出
    針對砂、卵石地層盾構(gòu)施工中存在的刀具、刀盤、螺旋輸送機(jī)磨損嚴(yán)重以及刀具更換和刀盤、螺旋輸送機(jī)修理困難這些難題，為保證盾構(gòu)施工生產(chǎn)的正常有序進(jìn)行和提高盾構(gòu)機(jī)的利用率，有必要對砂、卵石地層中盾構(gòu)施工耐磨性和刀具的適用性進(jìn)行研究。
3.2研究方向和著眼點(diǎn)
    圍繞著磨損性大的刀具、刀盤和螺旋輸送機(jī)開展研究工作，從降低砂、卵石的磨琢性人手，加強(qiáng)易磨損部位的保護(hù)，選用適用性更強(qiáng)的刀具和保護(hù)措施，提高刀具、刀盤和螺旋輸送機(jī)的耐磨性和抗磨性，從而達(dá)到延長零部件使用壽命和提高盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)效率的目標(biāo)。