复合地层中盾构刀具磨损的检测方法.docx

复合地层中盾构刀具磨损的检测方法研究
张厚美
（广州市盾建地下工程有限公司，广州，510030）

摘要：刀具磨损严重是盾构在复合地层中施工遇到的最大难题之一，刀具磨损检测技术是盾构施工的一个重要研究课题。本文结合实际工程对运用掘进参数检测刀具磨损的方法进行了探索研究。介绍了刀具失效的常用判断方法、运用掘进参数检测滚刀失效的原理、滚刀磨损或失效的判断方法以及工程应用实例。初步研究结果表明，掘进参数的计算原理是正确的，方法是可行的；计算值和实际值变化趋势是一致的；刀具磨损情况检测结果与实际换刀情况是相吻合的。经常进行刀具检查，尽早更换磨损或失效的刀具是正确的选择。
主题词：盾构，刀具磨损，复合地层，检测模型，切削力，掘进参数

Studyonthemethodofestimatingcutterwearofshieldinmix-faceground
ZhangHou-mei

GuangzhouMunicipalDunjianUndergroundConstructionEng.CO.,Ltd.,
Guangzhou510030,China

Abstract：Oneofthemostdifficultproblemofshieldtunnelinginmix-facegroundistheseverewearofcutters.Howtoestimatethecutterwearinmix-facegroundisanimportanttaskforshieldtunneling.Themethodestimatingthecutterwearbyanalyzingthetunnelingparametersispresentedinthispaper.Generalapproachesforestimatingthecutterwear,theprincipleofestimatingthecutterwearandanengineeringexamplearealsointroduced.Acomparisonismadebetweenthecalculatingparametersandtheperformanceofshieldinthefield.Ttisshownthatthemethodestimatingthecutterwearisfeasible,theestimationresultsarereasonableandinaccordantwiththecaseofcutterschange.Examiningthecuttersregularlyandchangingtheworncuttersingoodtimeisnecessaryforshieldtunnelling.
Keywords：shield,cutterwear,mix-faceground,estimatingmethod,cuttingforce,tunnelingparameter

引言
随着盾构机制造技术的发展，盾构机的适应地层范围越来越广，盾构技术不仅在比较均匀、单一的土层中得到广泛应用，也在各种软硬交替的复合地层中得到了应用。
广州地区地质条件复杂，冲积相、海陆交互相的第四系广泛分布，三大岩类，即沉积岩、岩浆岩、变质岩发育齐全。其中流塑状淤泥层，易液化的粉细纱层，膨胀土、花岗岩残积土以及高强度花岗岩被称为广州地下工程建设的四大难题。此外还存在土洞、溶洞、球状风化体、断层破碎带、煤层等地质问题，隧道洞身穿越的地层具有典型的复合地层特征。
近年来，随着广州地铁的大规模建设，复合盾构已机成为复合地层中修建地铁隧道选用最多的盾构类型。广州地铁在二号线、三号线建设中所引进的复合盾构机约占盾构总数的80%以上[1]。世界主要盾构机制造厂商的盾构机在广州得到了应用，在复合地层施工中遇到了严峻的挑战。
目前，盾构掘进过程的刀具磨损状况判断主要还是凭经验、凭感觉，最有效的方法是停机后人工进舱检查，但人工检查是一项风险很高的工作。这种方法只能在稳定地层中使用，在不稳定地层中需首先进行地层加固或压气作业，代价很大。为了“减少”麻烦，施工中往往不愿主动停机检查，到无法再继续掘进了才被迫开舱检查。此时往往很多刀圈、轴承都已磨损、变形，一些变形严重的刀具经常无法顺利取出，增加更多麻烦，耽误更多的换刀时间。
复合地层中盾构掘进过程的刀具磨损检测技术已成为迫切需要解决的问题。有鉴于此，本文拟结合广州市轨道交通四号线【大学城～小谷围盾构区间】盾构工程硬岩段的施工情况，对刀具磨损检测方法进行一些探索研究。
刀具失效的判断方法
常见的刀具失效形式有：刀圈磨损、（多边）弦磨、刀圈断裂、崩刃、刀圈松动、轴承漏油、轴承磨损失效等，其中刀圈磨损是刀具正常损坏，其它形式