[發明專利]一種基于巖石強度和土層占比的隧道掘進機刀具配置方法

在審

• 申請號: 201911024936.7
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110905539A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 洪開榮;孫振川;馮歡歡;李鳳遠;張兵;張合沛;楊振興;陳橋
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道局集團有限公司;盾構及掘進技術國家重點實驗室
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;G01N3/08
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 劉潔瑜

本發明公開了一種基于巖石強度和土層占比的隧道掘進機刀具配置方法，包括如下步驟：確定隧道掌子面軟土面積占比X；確定隧道巖石強度Rc；基于隧道掌子面軟土面積占比X、隧道巖石強度Rc及刀具復合破巖要素配置新型刀具配置模式，配置模式包括切刀、標準滾刀、重型滾刀與特殊滾刀；S1中隧道掌子面軟土面積占比X包括占比等級X1級、X2級、X3級與X4級，隧道掌子面軟土面積占比X的計算公式為：X＝y/z，其中y為隧道掌子面上的軟土面積，z為掌子面面積。采用本發明的刀具配置方法能夠使得掘進機刀具具有較好的地質適應性，避免后期進行刀具改造而造成的工程延遲和資源浪費，提出了復合盾構設計理念，建立了復合破巖的“滾刀+切刀”立體配置模式。

技術領域

本發明涉及隧道掘進技術領域，具體為一種基于巖石強度和土層占比的隧道掘進機刀具配置方法。

背景技術

目前，國內交通領域蓬勃發展，各地鐵路、公路、城市軌道交通建設如火如荼，這些領域采用盾構法施工隧道越來越普遍。盾構工法作為軟土地層隧道開挖的重要工法之一，普遍應用于國內外各大城市的地鐵建設中。

盾構機是一種使用盾構法的隧道掘進機，盾構的施工法是掘進機在掘進的同時構建或鋪設隧道之盾(指支撐性管片)，它區別于敞開式施工法，用盾構機進行隧洞施工具有自動化程度高、節省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響和在水下開挖時不影響地面交通等特點，在隧洞洞線較長或埋深較大的情況下，用盾構機施工更為經濟合理，在盾構機進行掘進的時候，通過驅動裝置帶動刀盤進行旋轉，通過刀盤上安裝的盾構機刀頭對巖石或土壤進行掘進，在對盾構機進行使用的時候，需要進行盾構機刀盤固定至盾構機上，通過刀盤帶動盾構機刀頭對土壤或巖石破碎掘進。盾構機滾壓破巖的工具為盤形滾刀，簡稱為滾刀，其結構主要由刀圈、刀殼、軸承、密封、護圈及支撐軸組成。一般來說滾刀有單刃滾刀、雙刃滾刀之分，單刃滾刀主要用于強度較大(≥50MPa)的脆性巖石，雙刃滾刀主要用于強度較小(≤50～80MPa)的或韌性巖石。滾壓破巖是效率較高、適應性最強的一種破巖方式，因此在硬巖TBM掘進機和盾構機中應用較多。盾構機滾壓破巖是采用單刃滾刀還是采用雙刃滾刀，主要取決于地層情況和隧道斷面的大小，特別是對于軟硬復合且變化頻繁的隧道工程；而且由于巖石固有破碎角的原因，滾壓破巖的刀間距布置有一定的要求，才能達到最優破巖效果，此外從施工操作性及施工成本考慮，正確設置刀間距是極為重要的。且傳統盾構切削理論，不適應軟硬不均地層。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于巖石強度和土層占比的隧道掘進機刀具配置方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于巖石強度和土層占比的隧道掘進機刀具配置方法，包括如下步驟：

S1：確定隧道掌子面軟土面積占比X；

S2：確定隧道巖石強度Rc；

S3：基于隧道掌子面軟土面積占比X、隧道巖石強度Rc及刀具復合破巖要素配置新型刀具配置模式，刀具復合破巖要素包括刀具類型、刀間距、刀高差，配置模式包括切刀、標準滾刀、重型滾刀與特殊滾刀。

優選的，S1中隧道掌子面軟土面積占比X包括占比等級X1級、X2級、X3級與X4級，隧道掌子面軟土面積占比X的計算公式為：X＝y/z，其中y為隧道掌子面上的軟土面積，z為掌子面面積。

優選的，S2隧道巖石強度Rc的確定包括：步驟a：通過巖石鉆取裝置鉆取規格1與規格2的巖芯，規格1與規格2直徑不同；步驟b：將規格1與規格2的巖芯通過角磨機加工成巖石試樣；將試驗巖石試樣放入試驗儀器內，對巖芯試樣進行多次單軸壓縮試驗和三軸壓縮試驗，試驗后取平均值確定隧道巖石強度Rc。

優選的，S3中配置模式包括刀具組A、刀具組B、刀具組C、刀具組D，其中刀具組A包括切刀，刀具組B包括切刀、標準滾刀，刀具組C包括重型滾刀、切刀，刀具組D包括特殊滾刀、切刀。