淺談異形盾構(gòu)刀盤在軟土地層的應(yīng)用及研究

朱思宇 于洋 韓雨珩 陳定超

摘 要 隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高，盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)應(yīng)用在地鐵、電力、管廊等工程中，由于這些工程埋深主要位于土層，而土的穩(wěn)定性相比較巖石較差，在保持土層穩(wěn)定性的前提下快速掘進(jìn)，是保證施工質(zhì)量和提高施工效率前提。本文所研究的異形刀盤，將刀盤分為內(nèi)外環(huán)，通過(guò)外環(huán)超前布置，內(nèi)環(huán)滯后布置，形成異形結(jié)構(gòu)，減小了刀盤切割阻力;通過(guò)在異形區(qū)加大開(kāi)口率，有效降低碴土在刀盤中心形成泥餅的可能。

關(guān)鍵詞 異形刀盤;切割阻力;開(kāi)口率

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，地下空間的利用程度，已成為衡量城市化進(jìn)程的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作為地下工程施工的主要方法之一，所開(kāi)挖的地層由多種土質(zhì)構(gòu)成[1]。在軟土推進(jìn)過(guò)程中，若刀盤開(kāi)口率偏小，則容易在刀盤中心區(qū)域形成“泥結(jié)餅”，影響盾構(gòu)機(jī)工作效率，而在保持掌子面穩(wěn)定的基礎(chǔ)上減少切割阻力，則會(huì)大幅度降低能源消耗?；谏鲜鰡?wèn)題，本文通過(guò)研究異形盾構(gòu)刀盤形式及開(kāi)口方式，實(shí)現(xiàn)在耗能較小的情況下提高施工效率，為后續(xù)其他盾構(gòu)刀盤研究提供有益的參考。

1刀盤設(shè)計(jì)要點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)刀盤切割阻力與切土面積成正比，若掌子面上覆土層及構(gòu)筑物、建筑物重量大，則會(huì)增大掌子面的切向應(yīng)力，使掌子面土層密實(shí)，切割困難，降低盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度。通過(guò)異形斷面將刀盤分為內(nèi)外兩環(huán)，如圖1所示，在推進(jìn)過(guò)程中，先使外環(huán)對(duì)土層先行切割，減少切割阻力的，而進(jìn)入內(nèi)環(huán)的土體切向應(yīng)力消失，使土體切割更容易，加快了工作面推進(jìn)速度。

2開(kāi)口斷面設(shè)計(jì)

在軟土中推進(jìn)，刀盤需要較大的開(kāi)口率[2]，本文盾構(gòu)刀盤采用六幅式刀盤，如圖2所示，刀盤開(kāi)口面積占刀盤60%，相比較于擁有相同開(kāi)口率的直面刀盤，異形盾構(gòu)刀盤由于異面處擁有更長(zhǎng)的開(kāi)口長(zhǎng)度，因此異形盾構(gòu)刀盤的開(kāi)口面積更大能夠及時(shí)有效的將切割面切下的土向機(jī)尾方向輸送。由于采取異面設(shè)計(jì)，積聚在刀盤中央?yún)^(qū)域的泥土，會(huì)隨刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)從側(cè)面進(jìn)入土倉(cāng)，從而避免了泥土在刀盤中央?yún)^(qū)域積聚成餅的狀況[3-10]。

3結(jié)束語(yǔ)

（1）采用異形盾構(gòu)刀盤，分內(nèi)外環(huán)以一定量的斷面前后距對(duì)掌子面進(jìn)行掘進(jìn)，減少了工作阻力，提高了掘進(jìn)速度。

（2）采用異形斷面設(shè)計(jì)，使積聚在刀盤中部的泥土從異面開(kāi)口進(jìn)入土倉(cāng)，實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)解決“泥成餅”現(xiàn)象效果顯著。

綜上所述，異形盾構(gòu)刀盤在軟土地層能發(fā)揮出良好的效果，其不僅僅是可以減少工作阻力、提高掘進(jìn)速度，同時(shí)還能夠有效地解決“泥成餅”現(xiàn)象。

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