关于复合地层中盾构机刀具磨损的优化研究

张义敬 山东易斯特工程工具有限公司

引言：随着我国盾构技术的不断提升，盾构施工已经拥有较为成熟的施工工法，其主要应用于公路隧道或者是地铁隧道中。目前，随着地铁隧道的不断建设，盾构施工迎来了新的挑战和困难。在盾构穿层中，盾构会经过软硬不够均匀的复合地层，这就给掘进工作带来了一定的难题，尤其是遇到下部为高强度岩石，下部又为粉砂性地层时，盾构刀具的磨损就会更加严重，进而会出现盾构偏离设计轴，严重则会导致地面塌陷。对于此问题的解决十分有必要，基于此，本文针对相关问题进行分析，以供参考。

一、盾构机刀具磨损的影响分析

主要包括以下几点：盾构机主要是由主机和后配套设备组合而成，盾构刀盘主要是负责施工中的开挖环节，其会借助盾构刀具对需要施工的土体切割，因此我们可以看出，刀具的锋利程度会严重影响到盾构机的前进速度。在复合地层施工中，土质会很复杂，相关人员需要慎重选择刀具。在实际的施工中，如果地层比较复杂，盾构刀具的磨损就会加快，长此以往，就会使其快速的老化。另外，在长期的探索中，有关盾构机盾构磨损规律已初步完善，但是对于土层的刀具磨损还没得到完善，其中，对于刀具负荷以及磨损速度等一些总要因素的研究还比较缺乏，这就会使盾构机在实际作业中，就算是选择了合适的盾构刀具，但也不能够完全的判断出刀具的具体更换时间，所以说，在盾构刀具的长时间使用中，如果对于刀具更换不及时就会使其丧失自身的作用，从而会影响整个施工进度。最后，我国相关工作者对于盾构刀具的研究还比较少，部分施工单位购买的盾构刀具主要是来自国外，这样就会使工程成本增加。长期以往，盾构作业以及地下施工受到严重的限制。

二、盾构刀具磨损的主要原因

对于盾构机刀具的磨损问题而言，我们以某地铁工程施工为例进行相关研究。本工程总长度为1311米，主要地质为花岗岩以及粘性土，岩石的强度较高，使用盾构机进行此作业难度也比较大，因此施工就会出现各种问题。

1.地形条件复杂。在我国地下施工中，大多数施工主要是复杂地层。在本工程中，最为多的就是花岗岩，这种岩石的强度高，使用单一的方式不能将其进行破坏，所以说，需要借助风钻进行钻孔并要配备膨胀炸药进行爆破施工，这种方法很容易将刀具磨损。另外，在滚刀作用下，刀具始终处于岩石的磨损之下，而且还会有较大的颗粒物，磨损程度就会更加突出。

2.刀具配置变化。除了受到地层的影响，相关人员的操作也会影响到刀具的磨损，在此工程中，刀具更换次数为两次，导致刀具底座出现破坏现象，所以滚刀在换刀后并没有安装，这就使盾构机在进行中发生刀具脱落的问题，虽然没有降低盾构机岩石破裂，加大了刀具的侧向压力，从而导致刀盘的损坏。

3.对掘进参数进行设置。一般情况下，盾构机的掘进推力需要控制在1200t以下，部分施工单位为了追求施工进度，将施工周期缩短，就会将施工推力设置到1200t以上，如果操作不够合理，这样不仅不能将施工效率增加，还会使刀具严重破坏，最为常见的就是导致刀具固定螺栓的崩裂。

三、提升复合地层盾构机刀具磨损的相关措施

1.合理选择盾构刀具。如果地层不同，所选用的盾构刀具也是不一样的。所以在刀具配置中，需要根据地层的构成选择合适的刀具。对于软弱土层而言，刀具的配置主要是以切刀和刮刀为主，刀盘可以采用面板式的，同时，也可以在切刀和刮刀刃口处选择耐磨的材料，从而就会增加刀具的耐磨性，并对刀具的使用周期延长。对于复杂的地形而言，可以选择鱼尾刀，仿形刀，主要是利用多种刀具的不同优势促使盾构机作业有序完成。

2.重视刀具参数设计。刀具磨损程度会受参数设计的影响，就需要对刀具和盾构机参数进行一定的优化。对于滚刀磨损的问题，可以增加滚刀转动力矩，也可以在滚刀刀鼓上配合耐磨材料，从而防止矿物颗粒对刀具的磨损；对于切削刀的磨损而言，可以对刮刀制作材料进行改进，同时采用渣土流动状态的几何形状来进行刮刀制作。

3.对掘进贯入度控制。在进行盾构掘进中，需要对盾构掘进贯入度进行控制，在受复合地层软硬不均地层影响下，盾构机由原来的软土地层段自动掘进改为手动掘进，在掘进中还要关注刀盘扭矩的变化程度，如果发现刀盘扭矩变大，就要停止掘进或者是降低掘进的速度，在刀盘扭矩降下来的时候，就要用千斤顶对速度加推，对于掘进贯入度而言，需要防止因贯入度过大导致刀刃出现疲劳磨损，一般情况下，掘进贯入度需要控制在每分钟三到十毫米。

结语：综上，在盾构施工中，刀具磨损对盾构机的影响比较大。因此，在实际中，需要进一步完善刀具的配置，还要借助复杂地形土质特点进行刀具的选用，这样才可以不断的提升盾构机的工作效率，保证刀具的使用寿命，从而就不会因为刀具损坏而影响整个工程的进度。