提高盾构机盘型滚刀在砂卵石地层施工中的使用寿命研究.pptxVIP

目录 图示_03 　 在含有漂石的砂卵石地层，盾构机推进时，其盘形滚刀的破岩机理与在硬岩地层中的破岩机理有着显著的不同，刀具的磨损情况也有巨大的差异。 　　该类地层对传统的刀具磨损十分严重，刀具消耗量大，出现大量的滚刀偏磨（特别是边缘滚刀）、刀圈断裂等非正常破损现象。由此需要带来频繁的换刀或采取地层加固等相应措施，换刀安全等一系列问题，导致施工成本增加。 　　针对该地层的特点，如何选择合适的盘形滚刀并做相应的改进研究，以提高盘形滚刀的使用寿命，是我们必须解决的技术难题。 图示_03 　　 滚刀在硬岩施工中，岩石在滚刀刀刃的压力作用下，形成压应力区域。压力超过岩石所能承受的应力极限时，岩石产生爆裂，其裂隙向四周扩散。当两个刀刃的距离（刀间距）达到适合的尺寸时，其间的岩石呈片状剥离，这就是传统的破岩机理。 　 在砂卵石地层条件下，滚刀的破岩机理与硬岩破岩机理有很大的差异。它是利用刀盘高速转动产生的冲击能量，通过滚刀对卵石、砾石和漂石的刀盘前方进行“锤击”破碎的。由于开挖面土石成分的不均匀分布，造成了整体抗压强度不高，滚刀只是将卵石和漂石击碎或挤碎，以及对土层的松动，而不完全是对土层的破碎。滚刀的受力情况是不均匀的，因此它的磨损情况也有别于在硬岩地层中的磨损。相比而言，滚刀受到更多的刮削磨损和冲击磨损。 　　 图示_03 　　在整体松散的砂卵地层中掘进，刀圈深深地贯入到岩层中，不但外圆（齿顶）接触岩层受到磨损，刃口侧面也受到极大的磨损；刀圈受到磨损的同时，石英含量很高的砂和卵石也会直接作用于滚刀刀体表面，从而对刀体也产生严重磨损。 滚刀在此地质条件下使用，除了正常的磨损外，还存在大量的非正常磨损，特别是边缘滚刀，其主要表现为滚刀的偏磨、刀圈断裂、刀体过度磨损等。 　　 刀 圈 断 裂 刀 体 变 形 滚 刀 的 偏 磨 磨损的主要表现 图示_03 滚 刀 的 偏 磨 滚刀的偏磨主要是因为启动扭矩过大。滚刀在该地质中使用时，由于是在软岩地层中掘进，卵石、砾石和漂石在基岩内不能被固定，不能提供给滚刀足够的转动力矩和滚刀切岩的支撑力，造成滚刀不转，导致偏磨，其明显特征为：刀圈其余部位几乎没有磨损，刀体、端盖无明显受到撞击和变形状况，刀圈无断裂，刀具没有漏油和进泥现象。 图示_03 刀 体 变 形 在整体松散的砂卵地层，不但刀圈的磨损，而且刀体的表面也磨损严重，特别是在富含石英的砂粒和坚硬的鹅卵石，对刀圈和刀体都产生巨大的磨损。而传统的滚刀刀体材质为42CrMo，硬度约为HRC28～32，不具备很高的抗磨性，当刀盘转速为2转/Min时，对于直径为6.28m的刀盘，边缘滚刀的线速度约为0.65m/s，若撞击上漂石或大块的鹅卵石则造成刀体变形，导致滚刀不转，形成偏磨，其明显特征为：刀圈已产生一定程度的均匀磨损，刀体则磨损严重并有明显的受撞击痕迹，刀体与端盖之间卡死。 图示_03 刀 圈 断 裂 传统的硬岩滚刀刀圈，多采用材质相当于美国标准的牌号H13合金工具钢，为了达到一定的耐磨性，常见的热处理硬度为HRC56～58。如果对材料的成分、锻造工艺、热处理工艺等质量控制出现偏差，容易造成刀圈的脆性增加，在大的卵石和漂石的高速撞击下，造成刀圈断裂，特别是刀圈经磨损到一定程度后强度变弱时，更容易出现裂损现象。 图示_03 控 制 启 动 扭 矩 刀 体 加 厚 刀 圈 改 进 技 术 对 策 渣 土 改 良 改 进 刀 具 安 装 图示_03 根据滚刀在砂卵地层中与硬岩中破岩机理的差异性，刀圈的截面尺寸和性能指标应作出相应的改进： ①为了提高刀圈的耐磨性和使用寿命，将刀刃宽由3/4吋增加到28mm或更大，同时提高其抗冲击能力，如图1所示。 ②由于砂卵地层中石英含量高，其显微硬度高、磨耗性高，为了提高刀圈对付石英的抗磨性，材料成分中适当提高钒、铌、钨、钼、镍、铬等合金元素的含量，同时控制好锻造工艺和热处理工艺，以达到细化晶粒、提高其抗冲击性能。 　③由于滚刀在砂卵地层中使用，受到的撞击很大，因此不宜为了提高其耐磨性而片面的提高其硬度，必须兼顾其具备抗冲击性的能力。 图示_03 ⑵ 刀 体 加 厚 由于刀体在砂砾石中使用，会受到严重磨损和撞击，故刀体应具备较强的耐磨性和抗冲击能力： 　①刀体应采取耐磨处理，如表面堆焊高性能耐磨材料、提高刀体的硬度（淬火至HRC46以上，或表面渗碳、碳氮共渗等处理）。 ②提高刀体的厚度和强度，以便提高刀体的抗冲击变形能力。 图示_03 ⑶ 控 制 启 动 扭 矩 严格控制好滚刀的启动扭矩，单刃滚刀不宜超过25N.m。如果在特别松软的地层，对于单刃滚刀，开挖面无法提供足够的反力来克服启动扭矩和阻力扭矩，可适当考虑采用双刃滚刀，以便提高转动力矩。 图示_03