文档介绍：盾构穿越硬岩的刀盘配置与换刀技术
龚彬
(中铁五局城通分公司)
摘要: 大连地铁103标七十九中站~西安路站盾构区间右线以中风化钙质板岩为主,岩石强度在50Mpa左右,属于中硬质岩层,局部为辉绿岩,强度在90Mpa以上,对刀盘刀具提出了很高的要求。结合施工场地的实际情况,通过盾构机的刀盘重新配置,制定可靠的换刀方案,为工程的顺利进行提供了相应支持。本文通过对相关过程进行总结,对以后的工程提供经验。
关键词: 硬岩刀盘配置换刀技术
1 工程概况
大连地铁103标盾构隧道区间起于七十九中学站后端,经长兴街沿西南方向至西安路站前端,,,在中间设联络通道一处。区间沿线原始地貌为马栏河二级阶地,现为街道。沿线高层建筑物密集,管线、管道众多。本区间范围内上覆第四系人工堆积层()、第四系上更新统冲洪积层、下伏震旦系长岭子组钙质板岩、中生代燕山辉绿岩等。右线主要穿越的地质条件为中风化钙质板岩,天然抗压强度在50MPa以上。地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水,局部地段基岩裂隙水与海水相互连通。
该工程选用了具备三种模式的复合式土压平衡盾构机,由中铁隧道装备有限公司生产。
2 硬岩地层刀具的配置基本原则
(1)从刀盘设计开始,就要考虑采用滚刀进行破岩,切刀及边刮刀进行刮渣和装载。滚刀和切刀高低搭配,滚刀超前切刀35-45mm。
(2)刀具安装对称,尽量减小刀盘对主轴承产生的偏载。
(3)布置刀具的数量应该随直径的增大而增多,保证刀具的磨损尽量均匀。
(4)考虑到地质情况的复杂性,滚刀座可以安装撕裂刀。
(5)超挖刀位置选用滚刀。
(6)考虑地层对刀盘具有较大的磨损性,在刀盘辐条面板及大圆环前后端面堆焊网格状耐磨材料的同时,在刀盘外周也焊上耐磨硬质合金周边保护刀,延长刀盘的使用寿命。
3 大连地铁盾构刀具的配置
大连地铁地质情况经勘测:主要为全断面中风化钙质板岩,局部穿越全断面中风化绿辉岩,局部上半断面有全、强风化钙质板岩侵入。隧道顶板上部分别覆盖全、强、中风化钙质板岩及卵石层。穿越的中风化岩大部分岩体较完整,局部较破碎。全断面的全、强风化岩(破碎)地层,由于全、强风化岩侵入而形成的上软下硬地层,以及破碎地层会增加刀具异常损坏的几率,经常形成大直径石块,这种石块对刀具会造成很大的冲击,由于石块的冲击作用,软岩刀具很容易因为冲击而产生崩刃。同时这种石渣也会对刀具耐磨性提出很高的要求。当然由于硬质合金的耐磨性很好,可以抵抗这种强磨损地质,但它会造成刀具基体的造成严重磨损,造成刀具提前失效。全断面中风化绿辉岩造成盾构刀具的强力磨损,尤其是中风化绿辉岩中伴随着强风化钙质板岩,这种严重不对称的地质状况将集中强力磨损和强大冲击于一身,是施工中最担心的地质,很容易造成刀具寿命的缩短。
基于以上情况,大连地铁刀具配置计划如下:
(1)滚刀采用的轴承为TIMKEN公司生产的重型轴承,浮动密封采用原装意大利GNL品牌。
(2)滚刀装配时启动扭矩调整为28-35Nm。
(3)刀盘配置单刃滚刀34把,含一把扩挖刀,双刃滚刀4把,正面刮刀46把,,刮刀高120mm,最大刀间距90mm.
(4)根据地质状况中地下水略带承压性,水量中等的特性,同时地层破碎情况,采用带压滚刀,