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近距离斜穿车站富水圆砾地层盾构换刀技术及刀具磨损分析
摘要
在机械化盾构施工中，盾构机刀具的磨损是一个无法避免的问题，尤其对于地层性质较差的情况更是如此。本文通过对富水圆砾地层的磨损情况进行分析，并研究了近距离斜穿车站盾构换刀技术，提出了有效的改进措施，以延长刀具寿命和提高机械化盾构施工效率。
关键词：盾构机，刀具磨损，富水圆砾地层，换刀技术
Abstract
Inmechanizedshieldtunneling,thewearofshieldmachinecuttingtoolsisaninevitableproblem,especiallyforpoorstrataconditions.Thispaperanalyzesthewearconditionofthefullwaterroundgravelformationandstudiesthetechnologyofreplacementofshieldmachinecuttingtoolsinclosedistanceslantingstation.Effectiveimprovementmeasuresareputforwardtoprolongtheservicelifeofcuttingtoolsandimprovetheefficiencyofmechanizedshieldtunnelingconstruction.
Keywords:shieldmachine,toolwear,fullwaterroundgravelformation,replacementtechnology
1.引言
随着城市化进程的加快，城市轨道交通建设水平不断提高，地下隧道建设的规模和数量也不断增加。机械化盾构是近年来隧道施工中常用的一种工法。它以盾构机为主要装备，凭借其高效率、低噪音、环保等特点，在城市轨道交通、水利水电、矿山等领域广泛应用。然而，盾构机的刀盘刀具经常因地层质量差、石质等原因而磨损，从而影响了机械化盾构施工的工效和工期。因此，研究盾构机刀具的磨损及其寿命延长的问题具有重要的现实意义。
2.富水圆砾地层的盾构刀具磨损情况
富水圆砾地层是阳江地区常见的地质构造，经常出现在城市隧道施工过程中。其物理力学性质良好，但为一个含水量较高的石质地层，其特点是硬度大、粗糙度高、石头大小不一、易掉落，因此使盾构机在钻掘过程中容易出现刀具磨损和被卡住等问题。
在富水圆砾地层施工中，盾构刀具采用硬质合金材料，耐磨性好，但是由于石头大小不一，且含有少量硬度高的岩屑，刀具容易遭受撞击、折断和磨损。特别是在斜穿车站工作面，由于线路走向的大角度发生变化、引出线外接，盾构机在曲线段工作时，刀具的磨损不仅比直段大，而且分布也比较不均匀。
盾构机刀具磨损分为两种类型：刀片磨损和刀片切削边泥尘磨损。刀片磨损主要是由于石屑物质撞击和切削作用导致的刀片表面磨损；刀片切削边泥尘磨损则是由于切削润滑不良和岩石颗粒物质的砂石磨损所致。在阳江某地铁2号线盾构隧道的施工概况中，盾构刀具的刀片磨损比例占总磨损量的50%，刀片切削边泥尘磨损比例占总磨损量的50%。
3.近距离斜穿车站盾构换刀技术
机械化盾构换刀技术是针对盾构作业期间易于磨损、折断或失效的刀具而推出的技术。它通过换刀或修复刀具的方法来保证盾构机的正常施工。近距离斜穿车站盾构的换刀技术是目前比较先进的换刀方式。其主要特点是可以在不影响盾构机施工进度的情况下完成换刀工作，缩短换刀工作时间，提高机械化盾构施工效率。
换刀技术的步骤如下：首先，确定换刀点，确定刀具磨损量和换刀时机。然后，将盾构机停放在合适的换刀位置上。接着，装设吊桥或制作拼接板进行换刀作业。最后，对更换后的刀具进行正常的调试和检验，确保刀具高效稳定的运转。
4.刀具磨损的解决策略
为了延长盾构刀具的使用寿命，需要采取以下措施。
（1）合理的钻掘参数：控制盾构的刀轴转速、切割进给和切削阻力，减少刀具的磨损。
（2）切割液体的选择和管理：采用合适的切割液，保证切削情况良好，并定期更换。
（3）磨损预防：加装耐磨板，防止石屑撞击和电气张力分布不均导致的刀具磨损。
（4）刀具尺寸与材质设置：根据地层特点，选择合适的刀具尺寸和材质，避免低档硬质合金材料带来的磨损和断裂。
（5）盾构机刀具维护保养：定期对盾构机刀具进行维护，清理石屑和脏物，润滑刀盘，提高刀具使用寿命。
5.结论
总之，机械化盾构作业中，盾构机刀具的磨损问题是不可避免的。而需要对刀具磨损情况进行全面分析，找到导致刀具磨损的原因，提出有效的解决方案。近距离斜穿车站盾构换刀技术有效地提高了机械化盾构施工效率，是实际应用中的一种先进的工艺。