摘要：造成刀盤和刀具的磨損是多方面的，而且很多都是不能定量分析的，但是只要綜合土層性質、掘進參數、正確使用泡沫劑、適時開倉檢查刀具和汲取以往的經驗教訓，就可能將刀盤和刀具的磨損量降到最小，從而達到保護刀盤、刀具的目的。
　　關鍵詞：盾構機；刀盤；刀具；磨損
　　
　　隨著地鐵建設的發展，盾構工法在地鐵建設中起到了越來越重要的作用。它的優越性，實際上是得益于盾構機技術的發展，正所謂“工欲善其事，必先利其器”。盾構機之所以特別重要是因為它與其它施工機械不一樣，它被形象地稱為“度身定做”（taitor-made）的[1]。所謂“度身定做”度的什么身呢？就是根據特定的施工環境這個“身”來制造與之相適應的特定的盾構機。在盾構機選型中刀具的選擇又是重中之重，要根據地質情況選擇相匹配的盾構機，盾構機刀盤刀具布置是盾構機配置的最重要的部分。在實際施工過程中，若區間較長，需要進行開倉檢查刀具和換刀，確保盾構機能夠順利到達出洞。筆者對深圳地鐵2號線后海站～科苑站區間盾構隧道刀盤、刀具磨損情況進行了總結分析，可為類似工程盾構機刀具選型提供參考。
　　1工程概況
　　深圳地鐵2號線是深圳市優先發展的軌道交通線路，是連接城市中心區與蛇口、南頭半島的紐帶，也是特區內東西向交通走廊內的第二條軌道客運干線，沿途將經過蛇口、后海開發區、南山商業文化中心和深圳灣填海區，串聯了上述片區主要的居住區和商業文化密集區，滿足了南山與福田、羅湖二級客運走廊的客運需求。地鐵2號線建成后在深圳世界之窗站與1號線換乘，將直接為300萬以上的市民提供安全便捷的交通服務，能有效緩解南山區的交通壓力。深圳地鐵二號線某標段土壓盾構機從后海站向科苑站方向掘進。本區間左、右線隧道平面最大曲線半徑為1000m，最小曲線半徑為400m，左、右線線間距13.2m～14.2m，區間隧道最大線路縱坡為28‰，最小縱坡為2‰，豎曲線半徑最大為5000m，最小為3000m，隧道拱頂埋深為10m～15m。
　　2地質概況
　　區間場地原始地貌為濱海相潮間帶（灘涂），后經軟基處理由填海而成。由鉆探揭示，覆土表層為人工填筑的素填土（填石、填砂），其下為第四系全新統海積淤泥、礫砂（含淤泥）、沖洪積粘土、礫砂，第四系上更新統沖洪積淤泥質粘土、粘土、礫砂，中更新統殘積礫（砂）質粘土，下伏基巖為燕山期粗粒花崗巖。根據花崗巖的特性及深圳地區地層的特點，在其殘積土層中存在球狀風化體，球狀風化體的體積相對較小，在事前的地質鉆探過程中難以精確地全部勘察清楚，在實際盾構施工過程中，碰到了的非常堅硬的球狀風化體。
　　本標段盾構隧道洞身穿越的地層分布統計見表1，隧道洞身各地層比例見圖1。
　　       　　
　　
　　由上面圖表可知，本標段隧道穿越的地層主要以⑧2、⑧3砂質粘性土地層為主，區間隧道穿越復合地層，對刀盤、刀具配置要求較高，必須能夠適應地質軟硬不均的需要。
　　3刀具配置
　　3.1刀具配置
　　刀盤設計采用了雙刃滾刀刀盤設計，刮刀安裝在碴土通道的一側。該盾構機刀盤上刀具配置如下：（1）64把軟土刀具（刮刀）；（2）16把 邊緣鏟刀；（3）6把中心齒刀（中心區域）；（4）4把雙刃滾刀；（5）10把正面齒刀；（6）1把超挖刀（超挖行程50mm）。刀盤上使用中心雙刃滾刀和正面雙刃滾刀以滿足中等強度巖石地層的掘進要求。另可根據施工地層的變化適時進行刀具更換，在軟土地層掘進時，將滾刀更換成齒刀，刀盤布置如下圖2。
　　
　　
　　                           
　　
　　
　　
　                                                                       　圖2刀盤刀具配置圖
　　3.2盾構機開倉換刀后刀具配置
　　經過半個區間的掘進（約610米），到聯絡通道位置開倉檢查刀具時發現：10把正面齒刀和內16把邊緣刮刀刀頭部分已基本磨完，磨損情況詳見圖3、圖4；6把中心羊角刀尚無較大的磨損；1、3、5、7#輻臂上靠外的三把小刮刀（12#、14#、16#和11#、13#、15#，共計24把）磨損均較嚴重，磨損情況詳見圖5。
　　經過幾天的開倉換刀，承包商將中心6把羊角刀更換為中心貝殼刀；10把正面齒刀均更換為雙刃滾刀；此外還更換5把內邊緣刮刀和9把小刮刀。
　　
　　                         
   　　
　　圖3正面齒刀磨損                                                     圖4內邊緣刮刀磨損                                                  圖5小刮刀磨損
　　4刀盤刀具的磨損情況及原因分析
　　盾構機經過開倉換刀后繼續掘進剩余的半個區間（約600米），出洞后刀盤本身并無多大磨損量，各類刀具基本上完好。刀具磨損量并不是太大，原因如下：
　　（1）刀盤/刀具有專門耐磨保護(刀盤面上焊有hardox板，外圈上有耐磨格條)，出洞后只是耐磨格條磨損了部分，真正起到圖6刀盤耐磨保護保護刀盤的作用，耐磨格條如圖6所示。    

                                          
　　（2）該盾構機刀盤是承包商專門為本段區間地層設計制造的，適用于該區間地層，復合式刀盤，軟土刀具可與17寸雙刃滾刀互換。聯絡通道處將10把正面齒刀（軟土刀具）全部更換為合金粒雙刃滾刀使得刀盤在后半段區間的掘進過程中得到了很好的保護，出洞后只是刀具磨損幾個毫米，刀盤本身并未發現有磨損。
　　（3）大碴土出口利于碴土流動
　　刀盤開口率為28‰，開口較大，保證切削下的碴土能順利的進入土倉，不在刀盤正面滯留過久造成刀盤/刀具的過多磨損。
　　（4）泡沫的使用
　　刀盤切削土體時注入泡沫用于碴土改良以降低刀盤及刀具的磨損，經泡沫調節后的土壤有以下特點和好處：①使支持壓力傳遞到隧道開挖面；②流動性好；③滲水性能低；④良好的彈性；⑤降低對盾構機刀盤的附著性；⑥減少對刀盤和刀具的磨損；⑦減少驅動功率。刀盤面上設置有8個泡沫噴射口，位置詳見圖7：
　　1#噴射口——ARM1上,半徑2540mm處；

        2#噴射口——ARM8上,半徑1630mm處；                                 
　　3#噴射口——ARM2上,半徑1440mm處；
　　4#噴射口——ARM3上,半徑2230mm處；
　　5#噴射口——ARM5上，半徑760mm處；
　　6#噴射口——ARM5上,半徑2800mm處；
　　7#噴射口——ARM6上,半徑1920mm處；

       　8#噴射口——ARM7上，半徑810mm處。
                                                                               　
　　在刀具切削土體時，通過泡沫噴嘴往掌子面注入相應量的泡沫劑以調節和改良切削面土體的性能。由于本區間以⑧2、⑧3砂質粘性土地層為主，土體粘性較大，刀盤扭矩和驅動油壓力均較大，排出的土壤成塊、成團、很干燥，掘進時加入的水只是附著在土塊的外表面，難以滲入土體內，幾次開倉發現，很多粘土粘附在刀箱和進料口上，切削下的土壤未能順暢的進入土倉內，造成刀盤和刀具溫度長期居高不下，土倉壁的溫度升至50°～60°，因此，刀具在切削土體時溫度超過60°，由機械加工知識可知，切削溫度越高對刀具的磨損也越大。而在注入泡沫后，所排出的土則較為松散，含水量較多，出土也較為順暢，并且土倉壁溫度也有所下降。因此泡沫的作用，在保護刀具方面的作用是顯而易見的。經統計，本項目左線區間完成掘進后，共用泡沫劑27罐，這對刀盤和刀具起到了一定的保護作用，減小了刀具的磨損量。另一相鄰區間地質情況、區間長度與該區間相似，盾構機刀具磨損嚴重，雖說可能是刀具偏磨所致，但這與整段區間只使用3罐泡沫劑是有關系的。
　　5結語
　　總之，造成刀盤和刀具的磨損是多方面的，而且很多都是不能定量分析的，但是只要綜合土層性質、掘進參數、保證泡沫劑的正確使用、適時的開倉檢查刀具和汲取以往的經驗教訓，就能將刀盤和刀具的磨損量降到最小，從而達到保護刀盤、刀具的目的。
　　
　　參考文獻
　　[1]竺維彬鞠世健復合地層中的盾構施工技術中國科學技術出版社