2024-11-01
盧慶亮
（濟(jì)南重工集團(tuán)有限公司）
摘 要：隨著國(guó)內(nèi)軌道交通建設(shè)的不斷推進(jìn)
關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)
0 引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速推進(jìn)
1 工程概況
1.1 工程概述
該區(qū)間長(zhǎng)997 m
，共投入2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)同時(shí)施工。盾構(gòu)隧道為標(biāo)準(zhǔn)單洞單線圓形斷面，線間距11.90～17.8m共計(jì)穿越18處建
1.2 工程地質(zhì)
該區(qū)間地質(zhì)地層復(fù)雜
2 刀具失效及原因分析
2.1盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)配置
風(fēng)化程度不均孤石群地層：總推力12000～15000kN；扭矩2000～2500kN·M
，掘進(jìn)速度8～10mm/min，貫入度2～3mm/r，轉(zhuǎn)速1.0～1.6r/min；全斷面硬巖、局部裂隙地層：總推力12000～13000 kN；扭矩1400～1 600kN·M，掘進(jìn)速度2～3mm/min，貫入度5～6mm/r，轉(zhuǎn)速1.8～2.0r/min；孤石群、空洞地層：總推力7000～10000 KN；扭矩≤1500kN·M，掘進(jìn)速度5～10 mm/min，貫入度8～10mm/r，轉(zhuǎn)速0.5～0.7r/min。2.2滾刀失效分析
該區(qū)間具有不良地質(zhì)作用
，特殊性巖土(風(fēng)化巖)，地層變化頻繁、無規(guī)律的特點(diǎn)，硬巖巖石強(qiáng)度平均達(dá)到143 MPa，個(gè)別點(diǎn)最高達(dá)到264 MPa。因此，該區(qū)間掘進(jìn)過程中刀具損壞嚴(yán)重，開倉換刀頻繁，左線開累掘進(jìn)707環(huán)，右線開累掘進(jìn)649環(huán)，期間共計(jì)開倉換刀261次
圖1 刀圈失效形式
掘進(jìn)過程中刀圈的一條弦或幾條弦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間磨損時(shí)就會(huì)造成刀圈的偏磨
，如圖1（a)所示。刀圈在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)偏磨的原因主要是刀具軸承損壞不能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)而造成的。根據(jù)對(duì)該區(qū)間段更換刀具的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看(見表1)，出現(xiàn)刀具偏磨的共409把，占26.8%，其中軸承損壞的共376把。造成軸承損壞的原因主要有以下幾點(diǎn)：(1)軸承過載或刀盤冷卻系統(tǒng)不良導(dǎo)致在掘進(jìn)過程中軸承過熱抱死；(2)刀具密封損壞漏油，造成軸承潤(rùn)滑不良[10-14]；(3)裝配存在質(zhì)量缺陷。其次，滾刀啟動(dòng)扭矩過大也容易造成滾刀時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)，使刀圈發(fā)生偏磨。刀圈偏磨而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)是非常危險(xiǎn)的，一把刀由于偏磨而失效會(huì)造成相鄰兩把刀過載而失效，從而迅速向外擴(kuò)展，直 至整個(gè)刀盤全部損壞。表1 更換刀具統(tǒng)計(jì)結(jié)果
刀圈卷刃是指刀圈在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的刀圈邊緣卷邊現(xiàn)象
，如圖1(b)所示。刀圈出現(xiàn)卷刃的原因主要是在掘進(jìn)過程中巨大的推力使刀圈與巖石之間摩擦生熱，相當(dāng)于擋圈回火導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性下降，硬度降低，出現(xiàn)高應(yīng)力下的壓潰變形。其次擋圈在生產(chǎn)過程中熱處理不充分，刀圈根部硬度大邊緣硬度低也是造成刀圈卷邊的原因。根據(jù)對(duì)該區(qū)間段更換刀具的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看(見表1)，出現(xiàn)刀圈局部崩裂共146把,占9.6%；不均勻地層或地層突然變硬會(huì)導(dǎo)致刀具在掘進(jìn)過程中局部過載從而產(chǎn)生疲勞裂紋，疲勞裂紋快速擴(kuò)展造成刀圈徑向斷裂[15-17],如圖1(c)所示。其次刀圈和刀體配合過盈量未達(dá)到要求也會(huì)造成刀圈的斷裂。根據(jù)對(duì)該區(qū)間段更換刀具的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看(見表1),出現(xiàn)刀圈斷裂共251把,占16.4%。由于該區(qū)間的地質(zhì)情況復(fù)雜，巖石硬度大
刀圈在滾切巖石過程中，由于刀圈受力較大
滾刀的失效形式具有多樣化綜合性的特點(diǎn)，一把滾刀可能存在多種損壞形式疊加的情況
，刀圈的失效原因也呈現(xiàn)出多樣性和綜合性的特點(diǎn)，復(fù)雜的地質(zhì)條件和掘進(jìn)參數(shù)的合理性、滾刀刀圈、輪轂、軸和軸承密封等部件的質(zhì)量、刀盤的強(qiáng)度、剛度和開口率等都與滾刀的失效密切相關(guān)。3 刀圈性能測(cè)試和分析
3.1 刀圈取樣
對(duì)以上6把具有典型失效形式的滾刀分別制備硬度、成分試樣進(jìn)行進(jìn)一步分析
，取樣參照?qǐng)D2所示。首先，將刀圈兩頭各銑去30 mm左右，去除熱影響區(qū)
圖2 取樣示意圖
3.2 刀圈化學(xué)成分和硬度分析
通過對(duì)刀圈工況條件和刀圈失效形式及原因的分析，可以判斷：刀圈材料應(yīng)具備高屈服強(qiáng)度
對(duì)6個(gè)刀圈進(jìn)行光譜分析，結(jié)果如表2所示
表2 刀圈試樣化學(xué)成分表
3.3 滾刀的材質(zhì)要求
根據(jù)該地段盾構(gòu)機(jī)施工過程中滾刀出現(xiàn)的失效形式分析和對(duì)失效滾刀力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果可以看出，滾刀刀圈應(yīng)該具備優(yōu)異的性能要求
4 結(jié)語
滾刀作為盾構(gòu)機(jī)施工中重要的零部件
從刀圈的材質(zhì)分析來看
本文摘編自《隧道現(xiàn)地下工程災(zāi)害防治》2020年6月 （版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有） ，第2卷第2期，參考文獻(xiàn)略
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