不同地质条件下的盾构选型

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,让,世,界,更,畅,通,盾构机设备选型,中交天和机械设备制造有限公司,目录,目录,引言,选型,的主要内容,选型,的基本原则,选型,的依据,选型,的步骤,选型,的主要方法,刀,盘结,构型式选择,刀,盘刀具选择,刀盘驱动部简单介绍,自从,1825,年布鲁诺尔在,英国泰晤士河,下首次使用盾构,技术,开挖隧道以来，盾构,技术经历,了近,200,年发展,历程。,当前,盾构法能够适用于,任何,水文地质条件下的施工,，无论,是松软的，坚硬的，,有地下水,的，无地下水的，,地下,暗挖隧道工程都可用,盾构法。,盾构法创始人,法国工程师布鲁诺尔,一 引言,布鲁诺尔发明的世界上第一台盾构仅掘进,458m,长的隧道就历时,18,年,(1825,1843),，施工中经历了,5,次特大洪水，牺牲了,6,条生命。,一 引言,1828,年,1,月,12,日泰晤士河底隧道施工时发生涌水,目前，盾构法隧道施工技术在世界许多,国家,不断得到发展，但在推广与应用,上也出现了,一些施工事故。,据,统计，,80%,以上事故是因盾构的选型,失误,所引起，不仅影响了整个工程的工期,，还,造成了极大的经济损失和不必要的,人员伤亡,。,一 引言,广州地铁一号线,经过风化岩石地层，由于盾构机械的不适应性，在此地层段掘进速度低、刀具磨耗严重、地表沉降大、出现泥饼现象等等，甚至还导致三栋,3,4,层楼房坍塌。,一 引言,广州地铁二号线,由于盾构刀具配置不合理，刀具凸出刀盘面板层次不协调，装备扭矩不足，导致刀盘经常形成泥饼，盾构掘进速度缓慢。,一 引言,广州地铁三号线,施工时,遇上软下硬地层，掘进异,常困难，导致地表房屋大量损坏，最大开裂缝宽达,12cm,。,一 引言,房屋开裂,防洪堤坍塌,地表下沉,广州地铁四号线,小新区间左线施工时，由于刀盘与地层适应性不好，盾构在江底施工时，刀盘刀具磨损严重，最后不得已采用在右线相同位置开挖横通道，到左线刀盘部位进行刀盘面板修复。,500m,的过江段施工，带压换刀,12,次，月均进度仅,72.3m,。,一 引言,刀盘磨损严重,开挖横通道,刀盘修复,深圳铁一号线,施工中三次遇到地质突变，一次为上软下硬地质，两次为孤石侵入隧道。导致刀盘面板,14,处被磨穿；滚刀严重的弦磨和损坏；所有切刀刮刀损坏。,一 引言,盾构施工与工程地质、水文地质、地形,地貌,、地面建筑、地下管线与构筑物、,隧道结构,、线路线型等因素息息相关，,盾构机应该,依据这些具体条件来,“量身定做”。,盾构,施工能否成功，关键取决于盾构的,选型,，取决于盾构能否适应现场的施工环境。,一 引言,1,、选型需要解决的问题,二 选型的主要内容,盾构机选型必须解决以下三个技术问题：,（,1,）支护：用什么支护形式来支护正面土体，确保在盾构机推进中，保持开挖面的稳定。（稳得住）,（,2,）开挖：用什么刀具开挖正面土体。（掘得进）,（,3,）排土：开挖下来的土渣，用什么排土方式迅速排出，使土舱内渣土排出速度与开挖速度相符。（排得出）,2,、选型的主要内容,二 选型的主要内容,（,1,）机型选择：软土式还是复合式、泥水式还是土压式、闭胸式还是敞开式；,（,2,）主要部件选择：刀盘、刀具、螺旋输送机等；,（,3,）主要参数计算：刀盘直径、开口率、转速、扭矩、功率，推力，掘进速度，铰接，螺旋输送机功率等；,（,4,）后配套设备选择。,3,、掘进机的相关分类,二 选型的主要内容,隧道掘进机,的大类,软土隧道掘进机,盾构机,岩石隧道掘进机,TBM,硬岩掘进机,盾构机的,“类型”,分为泥水盾构机和土压盾构机。,二 选型的主要内容,泥水盾构机,复合式盾构,机,TBM,软土式盾构,机,软土式土压平衡盾构机,二 选型的主要内容,适用地质条件：未,固结成岩的软土,、某些,半固结成岩及全风化和强风化,围岩地质。,刀盘特点：仅,安装软土,刀具,(,鱼尾刀、切,刀、刮刀,),，无需滚刀。,复合式土压平衡盾构机,二 选型的主要内容,适用地质条件：,既,适用于软土、又,适用于软硬不均、全断面硬岩的复杂地层。,刀盘特点：,既,安装有,软土刀具,，如切刀和刮刀，,又可安装硬岩用滚刀，且滚刀与切削刀可相互更换。,3,、盾构机的掘进模式,二 选型的主要内容,盾构机的,“模式”是指掘进操作方式。,土,压平衡盾构的 “模式”可分为土压平衡,模式,、半敞开式、敞开式三种。,泥水,盾构的“模式”可分为泥水平衡模式,(,也称,直接控制模式,),和气垫模式,(,也,称气泡舱模式,),两种,。,二 选型的主要内容,敞开式模式,土压平衡模式,半敞开式,-,加气辅助模式,土压平衡模式,二 选型的主要内容,（,1,）适应的工况,a,、洞身处于自稳定性差的地层；,b,、当地层可能有较大涌水时；,C,、断裂、构造破碎带、断层及溶洞等不良地质地段；,d,、过重要建筑物。,（,2,）土仓压力的控制方法,a,、通过螺旋输送机来控制排土量的模式；,b,、通过推进速度来控制进土量的模式。,半敞开模式,二 选型的主要内容,（,1,）适应的工况,a,、当洞身处于软硬不均地段。,b,、具有一定自稳能力和地下水的压力不太高（小于,1.5bar,）的地层，其防止地下水渗入的效果取决于压缩空气的压力。,（,2,）半敞开式模式的实现,a,、稳定正面的部分压力由压缩空气来实现，气压控制标准值为静水压力值与松散土柱压力值之和；,b,、利用气压和泥阻止涌水和坍塌。,敞开模式,二 选型的主要内容,（,1,）适应的工况,a,、能够自稳、地下水少的地层。,（,2,）敞开式模式的实现,a,、盾构机切削下来的碴土进入土仓内，即刻被螺旋输送机排出。,b,、土仓内仅有极少量碴土，基本处于清空状态，掘进中刀盘和螺旋输送机扭矩较小。；,b,、停机时人员可以随时进入土仓。,泥水平衡模式盾构机,二 选型的主要内容,泥水盾构具有二种模式,:,即泥水平衡模式和气垫平衡模式。,泥水平衡模式,二 选型的主要内容,泥水平衡模式其原理是通过刀盘来切削掌子面的围岩，位于地面的送泥泵将浆液送入开挖仓，排泥泵将刀盘切削下来并经搅拌的泥浆泵送至地面的泥水处理系统进行分离，通过控制送排泥量来使开挖仓维持一定的压力，这个压力即可平衡掌子面的水压和土压，保证掌子面的稳定。,气垫平衡模式,二 选型的主要内容,气垫平衡模式机理：开挖仓内的泥水压力通过气压调节方式进行控制。,三 盾构选型的原则,1.,安全适应性,2,.,技术先进性,3.,经济,合理性,四 盾构选型的依据,1,、盾构盾构选型的依据：,（,1,）工程地质、水文地质条件,颗粒级配，抗压强度，含水率，渗透系数，地下水位,砾石直径，压密特性，孔隙水压等；,（,2,）隧道长度、隧道平纵断面及横断面形状和尺寸等设计参数；,（,3,）周围环境条件,地上及地下建构筑物分布，地下管线埋深及分布，沿线河流、湖泊、海洋的分布，沿线交通情况、施工场地条件，气候条件，水电供应情况等；,（,4,）隧道施工工程筹划及节点工期要求；,（,5,）宜用的辅助工法；,（,6,）技术经济比较。,五 盾构选型的主要步骤,2,、盾构选型主要步骤,（,1,）在对工程地质、水文地质条件、周围环境、工期要求、经济性等充分研究的基础上选定盾构的类型；对敞开式、闭胸式盾构进行比选；,（,2,）根据地层的渗透系数、颗粒级配、地下水压、环保、辅助施工方法、施工环境、安全等因素对土压平衡盾构和泥水盾构进行比选；,（,3,）根据详细的地质勘探资料，对盾构各主要功能部件进行选择和设计：如刀盘驱动型式，刀盘结构型式、开口率，刀具种类与配置，螺旋输送机的形式与尺寸等；,五 盾构选型的主要步骤,（,4,）主要技术参数计算，主要包括刀盘直径、开口率、转速、扭矩、驱动功率、推力、掘进速度，螺旋输送机功率、直径、长度，送排泥管直径，送排泥泵功率、扬程等；,（,5,）根据地质条件选择与盾构掘进速度相匹配的盾构后配套施工设备。,六 盾构选型的主要方法,3,、根据地层的渗透系数进行选型,（,1,）渗透系数是土渗透性强弱的定量指标，定义为单位水力梯度下的单位流量，表示水通过土体空隙的难易程度，量纲为距离,/,时间，常用,m/s,，即水每秒钟透过土体空隙的距离。,（,2,）渗透系数越大，土体透水性越强，即土中空隙越大，土体越松散；反之则土体越密实。通常，渗透系数越大，地层含水量亦越大，即为富水地层。,六 盾构选型的主要方法,k,10,-7,m/s ,土压式,10,-7,m/s,k,10,-4,m/s ,土压、泥水式,k,10,-4,m/s ,泥水式,六 盾构选型的主要方法,常见土的渗透系数参考表,六 盾构选型的主要方法,根据地层渗透系数与盾构的关系，若地层以各种级配富水的砂层、砂砾层为主时，宜选用泥水盾构，其他地层宜选用土压平衡盾构。,六 盾构选型的主要方法,4,、根据地层的颗粒级配进行选型,颗粒级配指组成土体的各种粒径颗粒所占的数量，有连续级配与间断级配之分。,一般来说,，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的流塑体，容易充满土仓的每个部位，在土仓中可以建立压力，以平衡开挖面的土体，此时，选择土压平衡盾构比较,适宜。,相反,，砂卵石等粗颗粒含量多的地层，土渣无法均布于土仓中，,不宜建立,土压平衡模式，此时以泥水平衡盾构较为适宜。,六 盾构选型的主要方法,大体上当岩土粉粒和粘粒的总量达到,40,以上时，通常会选用土压平衡盾构机，相反的情况选择泥水盾构。,粉粒的绝对大小通常以,0.075mm,为界。,土压盾构,泥水盾构,六 盾构选型的主要方法,5,、根据水压进行选型,当水压较大时，若采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌，引起地表沉降甚至塌陷。,六 盾构选型的主要方法,水压,0.3Mpa,泥水式,或增大螺旋输送机长度或采用二级螺旋输送机,水压,0.3Mpa,土压式,盾构选型依据,-,地质、水文,渗透系数,渗透系数,渗透系数,k,10,-7,m/s ,土压式,10,-7,m/s,k,10,-4,m/s ,土压、,泥水式,k,10,-4,m/s ,泥水式,粘土、粉土含量,40% ,土压式,粘土、粉土含量 ,40% ,泥水式,水压,0.3MPa ,土压式,水压,0.3MPa ,泥水式,六 盾构选型的主要方法,六 盾构选型的主要方法,6,、根据隧道断面与环境因素选型,隧道断面,环境因素,大型、超大断面,泥水式盾构,中小型断面,土压式盾构,泥水式盾构,环保性能较差,土压式盾构,环境适用性强,六 盾构选型的主要方法,7,、按盾构机横截面的形状分类,超小型,盾构,18,m,六 盾构选型的主要方法,各类盾构适用情况,土,压式盾构：粉土、粘土、淤泥质粉土,层，对于,沙砾含量较多而不具有流动性的土质，需添加泡沫、泥浆等添加,材料；,泥水,式盾构：河底、海底等高水压的中、粗砂、砾石、卵石地层，含水量高的各种不稳定地层、易发生涌水的地层，有时需配合采用辅助工,法。,确保,安全！,归纳,1,、刀盘的主要功能,七 刀盘结构型式选择,开,挖土体并将土送入土仓；,稳定、支撑,掌子面；,搅拌,土体，,改善碴土,的流塑性便于排出。,要求,：提高开挖速度，确保开挖面,稳定。,设计,要素：刀盘的结构形式、刀盘支承方式、,刀盘,开口率、刀具的布置等。,2,、刀盘的结构形式,七 刀盘结构型式选择,刀盘的结构形式主要有面板式和辐条式两种。,面板式刀盘,辐条式刀盘,采用面板式刀盘时，由于泥土流经刀盘面板的开口进入土仓，盾构掘进时土仓内的土压力与开挖面的土压力之间产生压力降，且压力降的大小受面板开口的影响不易确定，从而使得开挖面的土压力不易控制。,七 刀盘结构型式选择,七 刀盘结构型式选择,可更换式先行刀,8,连中心先行刀,磨损检测刀,刮刀,注入口保护刀,导向刀,保护刀,七 刀盘结构型式选择,刀盘外周耐磨板,刀具磨损检测,刀盘磨损检测,刀盘注入口保护刀,面板式刀盘的特点,七 刀盘结构型式选择,优点,：一是以面板支撑掌子面，确保掌子面的稳定，二是通过刀盘的开口限制进,入土,仓的卵石粒径；,缺点,：由于受刀盘面板的影响，开挖面土压测量土压，因而土压管理困难；由于受面板开口率的影响，碴土进入土仓不顺畅、易粘结、堵塞、结泥饼；且刀具负荷大，刀盘扭矩大,，,刀,盘及刀具易磨损。,辐条式刀盘的特点,七 刀盘结构型式选择,优点,：辐条式刀盘仅有几根辐条，土、砂流动顺畅，有利于防止粘土附着，不易,粘结,和堵塞；由于没有面板的阻挡，碴土从开挖面进入土仓时没有土压力的衰减，,开挖,面土压,=,测量土压，因而能对土压进行有效的管理，能有效地控制地面沉降；同时刀具负荷小，寿命长。,缺点,：不利于保证开挖面的稳定；不便于安装,滚刀。,辐条式刀盘也能安装滚刀，对挖掘地质针对性设计。考虑在淤泥质,粘,土、粘土、粉质粘土地层中掘进时，防止刀盘中心及面板上结泥饼，以降低刀盘扭矩，刀盘开口率较大，中心部基本为敞开式，并且区间有卵石层，考虑刀具的耐磨性，所以在外周布置了,8,把单刃滚刀。右图为北京地铁,14,号线,07,标设计的刀盘。,七 刀盘结构型式选择,辐条式刀盘上的滚刀一般设计成与先行刀可互换式，可根据地质的需要将滚刀换装成先行刀。同时，辐条式刀盘也可设计成可互换的刀盘，在辐条之间安装可拆卸的面板，即可变为辐条,+,面板式刀盘。,七 刀盘结构型式选择,七 刀盘结构型式选择,滚刀刀盘,(32%),1,、刀盘开口率：,32%,，中心开率为,38%,2,、刀盘配置：滚刀总刃数,42,，刃间距为,86mm,，全部为单刃滚刀，仿形刀,1,把，主切削刀,88,把，外周保护刀,16,把，刀箱保护刀,12,把。,3,、适用地质：,含砾粉质粘土与粉土、强风化粉细砂岩、强、中风化粉细砂岩、粉质粘土强风化粉细砂岩、中风化凝灰岩、粉砂互层、中粗砂夹砾卵石、强中风化泥岩。此刀盘在,南京机场段,DJ-XK02,标段、南京地铁四号线工程,TA12,标有过实际使用业绩，最高月进度为,541M,。,3,、业绩案例,七 刀盘结构型式选择,3,、业绩案例,滚刀刀盘,(34%),1,、刀盘开口率：,34%,，中心开率为,38%,2,、刀盘配置：滚刀总刃数,42,，刃间距为,86mm,，双刃滚刀,1,把，其余全部为单刃滚刀，焊接型先行刀,28,把，仿形刀,1,把，主切削刀,56,把，外周保护刀,20,把，刀箱保护刀,12,把。,3,、适用地质：,含砾粉质粘土与粉土、强风化粉细砂岩、强、中风化粉细砂岩、粉质粘土强风化粉细砂岩、中风化凝灰岩、粉砂互层、中粗砂夹砾卵石、强中风化泥岩。此刀盘佛山地铁,2,号线一期工程,湖涌站绿岛湖站,区间使用。,七 刀盘结构型式选择,3,、业绩案例,软土刀盘（,27%,）,1,、刀盘开口率：,27%,，中心开率为,30%,2,、刀盘配置：滚刀总刃数,58,，刃间距为,89mm,单刃滚刀,40,把，双刃滚刀,9,把，超挖滚刀,1,把，主切削刀,130,把，外周保护刀,12,把，刀箱保护刀,30,把。,3,、适用地质：淤泥质黏土、黏土、粉质黏土、中砂、弱风化花岗岩、全风化花岗岩，岩石单轴抗压强度最大约,149MPa,。 此刀盘施工于,珠海市区至珠海机场城际轨道交通工程,。,七 刀盘结构型式选择,3,、业绩案例,8m,软土刀盘（,68%,）,1,、刀盘开口率：,68%,2,、刀盘配置：鱼尾刀,1,把，切削刀,96,把，先行刀,46,把，仿形刀,1,把。,3,、适用地质：,黏土、砂质淤泥、粉 砂、粉质粘土、流泥、圆砾、回填片石。此刀盘在,秦山核电厂扩建项目排水隧道岩土工程,有使用业绩，最高月进度为,322m,。,七 刀盘结构型式选择,3,、业绩案例,软土刀盘,(,辐条面板式,)(50%),1,、刀盘开口率：,50%,2,、刀盘配置：鱼尾刀,1,把，切削刀,86,把，先行刀,42,把，外周保持刀,12,把，仿形刀,2,把，一备一用。,3,、适用地质：淤泥质,粘,土、粘土、粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土、粉砂、极细砂、中粗砂。,此刀盘在上海、苏州、无锡、天津、北京、南昌有广泛使用，并且其他盾构机公司制造的软土盾构机上都有采用此形式，此刀盘施工于,武汉市轨道交通三号线,12,标。,八 刀盘刀具选择,对于盾构机来说,掘削系统,即是掘削刀盘及其驱动系统。掘削系统对于盾构机的施工效果有着决定性的影响,而且选择的差异对盾构机造价也有着很大的影响,刀盘选型可以影响到总造价的,4,8,尤其掘削设备的装备扭矩是盾构机最基本的参数之一。,盾构机掘削刀盘,即作转动的盘状掘削器，由掘削地层的刀具、稳定掘削面的面板、出土槽口、刀盘驱动部等构成。,八 刀盘刀具选择,盾构机刀具可根据运动方式、布置位置和方式及形状等进行分类。按切削原理划分，盾构机的刀具一般分为,切削刀,和,滚刀,两种，其余形式的刀具为辅助刀具。切削刀又分为,齿刀,、,刮刀,和,先行刀,等。,1,、盾构刀具的分类,按运动方式分类,按安装方式分类,八 刀盘刀具选择,滚刀圈,滚刀,三连、二连滚刀,八 刀盘刀具选择,切削刀的实物照片,周边刮刀,周边刮刀,(,背面,),周边刀安装位置,八 刀盘刀具选择,切削刀的实物照片,先行刀,八 刀盘刀具选择,2,、刀具的选择,对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同型式：开挖地层为硬岩时，采用滚刀；地层为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀,(,或刮刀,),。,卵石层,(N40),砂砾卵石,(10N40),洪积土,(,砂质土,),(10N25),冲击粘土,(0N10),标准贯入值,八 刀盘刀具选择,3,、刀具的作用及切削机理,切削,刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，切削刀一般形状如左下图所示。一般情况下，,(,前角,),与,(,后角,),值随切削地层特性不同变化，取值范围在,5,20,度之间，粘土地层稍大，砂卵石地层稍小。,切削刀一般形状示意图,切削刀,八 刀盘刀具选择,切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、布局将对开挖效果有重要影响。切削刀切削土体的示意见下图。对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切刀和刮刀进行开挖。碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽，因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。,切削刀切削土体示意图,八 刀盘刀具选择,先行刀,顾名思义,，先行刀即为先行切削土体的刀具。先行刀在设计中主要考虑与切削刀组合协同工作。刀具切削土体时，先行刀在切削刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切削刀创造良好的切削条件。据其作用与目的，先行刀断面一般比切削刀,断面小,。,采用先行刀,，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少切削刀的磨耗。在松散体地层，尤其是砂卵石地层使用效果十分明显。,先行,刀刀具形状及与切削刀协同切削土体的示意图见左下图。,先行刀,八 刀盘刀具选择,贝壳刀,(,也称撕裂刀,),实质上是先行刀，盾构机穿越砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体属松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。采用贝壳刀，将其布置在刀盘前端面，专用于切削砂卵石，可较好地解决盾构机切削土体,(,砂卵石,),的难题。,盘圈贝型刀实物照片,盘圈贝型刀示意图,八 刀盘刀具选择,鱼尾刀,采用,大刀盘全断面切削土体，布置在刀盘不同位置的切削刀，从刀盘外周至中心，运动圆周逐渐减小，中心点理论上可以视为零，相应土体流动状态也是越来越差。而且中心支撑部位,(,直径约,1.5 m),不能布置切削刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可考虑在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。,鱼尾刀示意图,八 刀盘刀具选择,根据经验，鱼尾刀的设计和布置可应用,两个技巧,：,其一让盾构机分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位小圆断面,(,直径约,1.5 m),土体，而后扩大到全断面切削土体,，即将鱼尾刀设计与其他切削刀不在一个平面上，一般鱼尾刀先行,600 mm,左右，保证鱼尾刀最先切削土体；,其二是将鱼尾刀根部设计成锥形,，使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来的土体，,在切向、径向运动的基础上，又增加一项翻转运动,(,如同犁地一般,),：这样既可解决中心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性，又大大提高盾构机整体掘进水平。,鱼尾刀切削土体示意图,八 刀盘刀具选择,仿形,刀,盾构机一般设计两把仿形刀,(,一把备用,),，布置在辐条的两端。施工时，可以根据超挖多少和超挖范围的要求，从辐条两端径向伸出和缩回仿形刀，达到仿形切削的目的。仿形刀伸出最大值一般在,80,130mm,之间。盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削土体创造所需空间，保证盾构机在超挖少、对周边土体干扰小的条件下，实现曲线推进和顺利转弯及纠偏。,八 刀盘刀具选择,滚刀,随着,城市轨道路网的延伸及建设力度的加大，盾构区间不仅需穿越常见的软弱地层，同时还需在部分硬岩地段中通过。因此在刀具选择上既要考虑在软岩中开挖的需要，也要考虑在硬岩中的要求。一般认为刮刀适用于土层及部分软岩,，滚刀适用于,硬岩，其中单刃滚刀能用在强度很高的岩石,中。,单刃滚刀,二连滚刀,三连滚刀,八 刀盘刀具选择,滚刀的破岩机理：,安装在刀盘上的滚刀在千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。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沟槽。当推力超过岩石的强度时，滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状裂纹，进一步加压，当滚刀间距,S,满足一定条件时，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，滚刀完成一次破岩过程,。,八 刀盘刀具选择,硬岩滚刀破岩主要分为以下几个步骤：,挤压,阶段,：滚刀在高推力作用下，切入岩石表面,(,切入深度,1,10/15mm,，取决于岩体强度,),，同时岩面产生局部变形及很高的接触应力。并在此应力作用下，刀刃与岩石接触部分的岩体产生,粉碎区,，即应力核心区。此核心区深度越深、范围越大对提高破岩效率越明显。,八 刀盘刀具选择,起,裂阶段,：沿粉碎区周边应力大于岩体的抗拉强度或抗剪强度时，便产生张拉裂缝。该裂缝是滚刀能否破岩的先诀条件。在应力核心区下层是应力过渡区，该区为应力衰减区，对岩体裂缝的产生不起控制性作用。在刀刃正下方分布有主裂缝，由于其方向与破岩方向一致，因此也不能显著地提高破岩效率，但能加大下个循环中压入阶段应力范围。,八 刀盘刀具选择,破碎阶段,：当相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互连通时，表面部分岩体便被裂缝分割，形成碎片并脱离开挖面。,八 刀盘刀具选择,影响裂缝能否形成的直接因素有：,岩石硬度,：,在,刀具挤压阶段，必须保证刀具硬度要高于岩石硬度，才能切入岩石表面，形成必要深度的应力核心区,。,抗压强度：,刀具切入岩石表面后，当应力大于岩石抗压强度,(,单向应力条件,),或抗压强度与地层主应力组合值,(,三向应力条件,),时才能形成粉碎区，以保证裂缝产生位置具有一定深度,。,抗拉强度,：,是裂缝形成的力学原因。,九,刀盘驱动部简单介绍,刀盘支座,土仓,盾构本体,油脂,刀盘主密封件,油脂注入管路,传动小齿轮,驱动水冷电机,主轴承,轴承箱,九,刀盘驱动部简单介绍,刀盘主驱动说明,中交天和主轴承,密封内、外周密封各采用三道，每道密封有,8,个注脂口，共用,16,道，每道密封圈又有,4,个密封腔，动压力可以达到,1.0MPa,可以有效地隔离土砂进入主轴承密封圈，自采用本密封形式以来的盾构机还没有出现过主轴承在掘进过程中损坏的现象。,中交天和,采用,大、小齿轮外啮合的驱动方式，与某些制造商采用内啮合有所不同，采用外啮合后，刀盘驱动的扭矩大会较内啮合的大，,同时我,司是采用电机驱动的方式,，效率高。,九,刀盘驱动部简单介绍,主驱动轴承说明,：,中交天和刀盘驱动采用的是齿轮外啮合的方式，在刀盘掘进过程中，土仓隔板是不旋转的，这与其他某些公司有很大的区别，并且在土仓胸骨板上设备有两个固定搅拌棒，刀盘在旋转时牛腿对土仓内的土进行有效的搅拌，增加土砂的流动性，更好的防止土仓内渣土结泥饼，且两个固定搅拌棒上设置有高压喷水口，可以对刀盘背面或牛腿进行冲洗，减少刀盘及牛腿的结泥饼现象。这样可以大幅降低掘进阻力，比欧系刀盘降低,30%-50%,扭矩。,九,刀盘驱动部简单介绍,A,A,主动齿轮,内环,外环,滚柱,护圈,密封件,A,A,刀盘支座,土仓,主轴承,型 式：三列,滚柱,轴承,轴承外形,：,2950 mm,重 量,：,约,6800 kg,九,刀盘驱动部简单介绍,序号,性能,电机驱动,液压驱动,1,效率,电能直接转化为机械能驱动刀盘，效率高。,电能转化为机械能，机械能转化为液压能，再由液压能转换为机械能驱动刀盘，效率低。,2,经济性,由于效率高，电能节约，更经济。,效率低，能耗大，相对使用成本较高。,3,机械维修,维修简单。,由于液压系统管路复杂，密封容易出问题，维护复杂。,4,速度控制,使用变频技术的使用，对调节控制的反应更灵敏，物别是在阻力矩有微小波动的地层状况下工作时，速度控制容易。,改变液压系统的流量，控制速度。,5,结构尺寸,由于减速箱比较大，减速机的尺寸较大,机内空间相对小些。,体积相对小，盾构机内的空间会变大。,6,台车空间,不需要液压马达所需的液压动力系统及台车的空间。,需要搭载液压泵装置、油箱、液压控制阀等设备的台车。,电机驱动与液压驱动优缺点对比表,九,刀盘驱动部简单介绍,电机驱动与液压驱动优缺点对比表,序号,性能,电机驱动,液压驱动,7,噪音,噪音只来源于驱动电机，因此噪音小。,噪音发生在驱动液压马达、液压泵、液压泵的驱动电机等，因此噪音大。,8,机内温度,由于采用水冷电机，冷却性能好，机内温度稳定。,采油用冷却的方法，冷却性能差，机内温度高。,9,启动扭矩,启动扭矩大。,启动扭矩小。,欢迎各位专家、领导来我司考察,谢谢！,让世界更畅通,