目前盾构机刀具按切削原理划分,一般公认有滚刀和切削刀两种类型(根据隧道围岩性质不同、切削目的不同,这两类刀具还可进一步细分)。滚刀的切削原理主要是刀具依靠挤压破岩,一般用于岩石隧道的掘进。当虽然穿越松散地层但有大粒径的砾石(粒径大于400mm)、并且含量达到一定比例时,也可采用滚刀型刀具。另在隧道地质条件复杂多变、岩石(强度不算太高)与一般土体(或粘土或砂土)交错频繁出现的情况,也有可能采用滚刀型刀具,海南微型盾构刀具定制,即在复合式盾构机中采用。 切削刀的切削原理则主要是盾构机向前推进的同时,刀具随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向(沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力,不断将开挖面前方土体切削下来。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂卵石、砂土,海南微型盾构刀具定制、粘土等松散体地层,海南微型盾构刀具定制。切刀安装在刀盘开口槽的两侧,用来切削未固结的土壤,把切削土刮入土仓中。海南微型盾构刀具定制
盾构刀盘的主要功能:开挖功能:对掌子面的地层进行开挖,开挖后的渣土顺利通过渣槽,进入土舱;稳定功能:支撑掌子面,具有稳定掌子面的功能;搅拌功能:对土舱内的渣土进行搅拌,使渣土具有一定的塑性,能通过螺旋输送机来调整控制土舱内的压力。盾构滚刀的工作原理:安装在刀盘上的盘形滚刀在盾构千斤顶的作用下紧压在岩面上,随着刀盘的旋转,盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转,同时绕自身轴线自转。盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下,在掌子面上切出一系列的同心圆。当推力超过岩石的强度时,盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎,刀尖贯入岩石,掌子面上岩石被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽。随着沟槽深度的增加,岩体表面裂纹加深扩大,当刀具压力超过岩石的剪切和拉伸强度时,相邻同心圆沟槽间的岩石成片崩落,完成盘形滚刀的破岩过程。海南微型盾构刀具定制盾构刀具的工作条件非常苛刻,因此应分别对盾构刀具的材料和制造工艺进行研究。
刀具外形及其作用如前所述,刀具的外形必须适应施工地质的特点,并且刀具在切削断面不同的位置其作用及 要求均不同,因此应对刀具进行设计。针对北京地铁隧道穿越三种主要地层的特点,刀具设计时 应考虑以下几个要素。 刀具在砂、砂卵石地层中的切削效率,即如何减少切削阻力,保证切削土体的流动性。 通过刀具外形的改变,减少刀具掘进磨损,提高刀具的耐久性。 适应 365JT 城市繁华地区施工的需要,尽可能减少刀盘旋转刀具切削土体过程对周边土体 及环境的干扰,如振动、噪音等。 如何从材料和设计方面,对解决盾构机在砂卵石地层掘进时刀具的磨损(包括撞击掉块等) 提出切实可行的措施,保证盾构机刀具长距离掘进的可靠性。
盾构刀具破岩机理: 刮削类刀具的工作原理: 在刀盘推力的作用下,刮刀嵌入岩渣或岩层中,刀盘带动刀具转动时刮削岩层,在掌子面形成一环环犁沟。其特点是效率高,刀盘转动阻力大。 在软土地层或滚刀破碎后的渣土通过刮刀行开挖,渣土随刮刀正面进入渣槽,因此刮刀既具有切削的功能也具有装载的功能。 盘形滚刀工作原理 刀盘在推进油缸施加的推力作用下,使盘形滚刀压入岩石; 刀盘在旋转装置的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转,同时各滚刀还绕各自的刀轴自转,使滚刀在岩面上连续滚压。 刀盘施加给刀圈推力和滚动力(转矩),推力使刀圈压入岩体,滚动力使刀圈滚压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎,在岩面上切出一系列的同心圆。盾构刀具在施工前要根据工程特性,选择与之相适的掘进模式和掘进参数。
切刀是盾构机切削开挖面上体的主刀具。切刀用于开挖非岩质或软土地层;粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。切刀在切削和剥离土体时,其切削原理是:盾构机向前推进的同时,切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向(沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力,使得切刀的刀刃和刀头插入到地层内部,从而不断将土体切削下来。先行刀是先行切削土地的刀具。先行刀在主要是协同其他刀具进行开挖。先行刀顾名思义是先行,所以它先于切刀切削土体,将土体切割分块,避免切刀先行切削到地层,起到保护作用。先行刀一般位于面板上,切削宽度一般比切刀窄,能够增加土体的流动性,从而降低切削刀的扭矩,提高切削效率。先行刀分为贝壳刀和撕裂刀。盾构刀具如果气密性不足,就会引发渗油和漏油的问题,甚至会损坏轴承。海南微型盾构刀具定制
盘型滚刀在测试时,要先进行目测,查看刀圈中是否存在裂纹,刀具是否存在渗油和漏油等问题。海南微型盾构刀具定制
刀具是盾构机重要的部件,其直接影响着盾构施工进度。所以必须根据工程地段岩石的不同强度和地质特点以及刀具在不同岩石中表现出的破岩机理来对刀具进行设计和选择。为了适应从软土到硬岩不同地层的开挖,目前设计出多种刀具与之适应。盾构机刀具类型分为两大类:滚刀和切削刀。而切削刀的种类繁多,包括:切刀、齿刀、边刮刀、先行刀、仿形刀、鱼尾刀。其中,滚刀和齿刀的刀座形式相同,根据不同的地质类型,两种刀具可以互换。滚刀用于掘进纯岩地层;伴有大粒径的砾石(粒径大于400mm)并且含量达到一定比例的松散地层;岩石(强度不是太高)与一般土体(松土或砂土)交错频繁出现的复杂地层。采用滚刀破岩时,其破岩原理是:刀盘旋转带动刀具扫过开挖面,此时滚刀挤压周边的岩石,使其表面形成裂纹继而与开挖面脱落,使得岩石成功破碎。滚刀按刀具形状的不同分为:盘形滚刀和齿形滚刀;而根据安装位置不同分为:正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔滚刀;按照刀圈的数量分为单刃滚刀、双刃滚刀和三刃滚刀。在风化的砂岩和泥岩等软岩地层时,一般采用双刃滚刀;在较硬岩中采用单刃滚刀。海南微型盾构刀具定制
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