某泥水盾构机刀具磨损计算书.docx
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某泥水盾构机刀具磨损计算书
某泥水盾构机刀具磨损计算书
1计算条件
1.1施工纵剖图
掘进距离：
4134.6m
覆土：
8.31～47.66m
河水水位：
59.28m
河床覆土：
20.66m
1.2土质断面
1.3土质分布
S线
粘性土
砂质土
粘性土
砂质土
砂砾
砂质土
粘性土
砂岩
淤泥质粉质粘土
淤泥质粉质粘土
粉质粘土夹粉砂
粉砂
粉细砂
粉质粘土
粉细砂
中粗砂
砂砾
圆砾、卵石
粉细砂
粉质粘土
强风化粉砂岩
中风化粉砂岩
①2
②2
③1
③2
④1
④2
④3
⑤1
⑤2
⑥1
⑥2
⑥3
⑧1
⑧2
0m
138
27.13
100m
74.57
61.62
28.94
200m
5.93
159.2
300m
156.52
8.5
0.11
400m
103.87
61.26
500m
93.24
71.89
600m
98.88
63.73
2.53
700m
33.16
81.63
46.42
3.92
800m
17.59
147.54
900m
4
108.54
51.62
0.97
1000m
87.72
77.41
1100m
52.21
112.92
1200m
1.64
36.06
2.16
15.47
109.81
1300m
34.81
16.49
113.83
1400m
21.45
20.13
18.89
104.66
1500m
18.23
40.8
15.34
90.76
1600m
28.77
63.69
11.43
61.23
1700m
61.57
58.47
11.69
33.4
1800m
10.45
78.72
71.98
3.27
0.71
1900m
31.15
91.2
42.78
2000m
41.85
106.35
16.06
0.86
2100m
53.73
93.98
17.42
S线
粘性土
砂质土
粘性土
砂质土
砂砾
砂质土
粘性土
砂岩
淤泥质粉质粘土
淤泥质粉质粘土
粉质粘土夹粉砂
粉砂
粉细砂
粉质粘土
粉细砂
中粗砂
砂砾
圆砾、卵石
粉细砂
粉质粘土
强风化粉砂岩
中风化粉砂岩
①2
②2
③1
③2
④1
④2
④3
⑤1
⑤2
⑥1
⑥2
⑥3
⑧1
⑧2
2200m
17.25
136.23
11.65
2300m
52.52
100.58
12.02
2400m
75.51
84.61
5.01
2500m
19.55
145.58
2600m
2.85
25.35
128.58
8.35
2700m
18.62
146.51
2800m
91.57
73.56
2900m
130.83
34.3
3000m
112.54
52.59
3100m
22.33
124.37
18.44
3200m
24.44
140.69
3300m
165.13
3400m
69.76
42.8
52.57
3500m
27.98
23.93
113.22
3600m
124.32
24.56
0.08
16.17
3700m
165.13
3800m
165.13
3900m
1.63
163.5
4000m
76.82
88.31
4100m
142.51
22.62
4135m
158.55
6.58
2233
27026.846
102414.652
6736
84675
35137
171203
12257
52995
60920
97
302
9258
51440
土质比率
0.4%
4.4%
16.6%
1.1%
13.7%
5.7%
27.8%
2.0%
8.6%
9.9%
0.0%
0.0%
1.5%
8.3%
等价距离
15.0m
181.2m
686.6m
45.2m
567.7m
235.6m
1147.8m
82.2m
355.3m
408.4m
0.7m
2.0m
62.1m
344.9m
1.4土质分类比率总计表
分类
土质
土质比率
等价距离
分类比率
分类相当距离
粘性土
淤泥质粉质粘土
①2
0.4%
15.0m
10.5%
433.8m
淤泥质粉质粘土
②2
4.4%
181.2m
粉质粘土
④2
5.7%
235.6m
粉质粘土
⑥3
0.0%
2.0m
砂质土
粉质粘土夹粉砂
③1
16.6%
686.6m
61.2%
2530.1m
粉砂
③2
1.1%
45.2m
粉细砂
④1
13.7%
567.7m
粉细砂
④3
27.8%
1147.8m
中粗砂
⑤1
2.0%
82.2m
粉细砂
⑥2
0.0%
0.7m
砂砾
砂砾
⑤2
8.6%
355.3m
18.5%
763.7m
圆砾、卵石
⑥1
9.9%
408.4m
砂岩
強风化粉砂岩
⑧1
1.5%
62.1m
9.8%
406.9m
中风化粉砂岩
⑧2
8.3%
344.9m
2.切削刀的寿命（更换次数）
切削刀磨损系数的实际情况见表1，在图1中也有图形描述。
表1切削刀磨损系数
土壤Soil
泥水型磨损系数（10-3）
挖掘速度
（mm/min）
先行切削刀
主切削刀
粉质砂土/粘土
8
3
45
砂质土
14.4
5.4
砾石
小颗粒
18
7
中颗粒
24
9
大颗粒
30
11
2.1刀具的磨损
【以过去的业绩为依据的刀具磨损调查结果】
磨损系数＝K1ｘK2ｘ石英含有率90-100％时的磨损系数
K1：
石英含有率的影響系数＝0.78（石英含有率35-55％）
K2：
刀具切削高度的系数＝1.6（先行刀）；0.6（切削刀）
根据下表的磨损系数计算磨损量
土质
粘土
砂
砂砾
砂岩
先行刀
8
14.4
27
27
切削刀
3
5.4
10
10
磨损量的计算如下：
磨损量=磨损系数滑动距离（km）
=磨损系数挖掘距离（m）最外围圆周速度（m/min）/挖掘速度（mm/min）
2.2切削速度和刀盘旋转数
分类
分类
比率
分类相当距离
刀盘旋转速度
最外周
速度
切入深度
掘进速度
平均旋转数
平均
切削速度
粘性土
10.5%
433.8m
0.60r/min
28.1m/min
20.0mm/rev
48.0mm/min
0.70r/min
45.0mm/min
砂质土
61.2%
2530.1m
0.60r/min
28.1m/min
20.0mm/rev
48.0mm/min
砂砾
18.5%
763.7m
0.50r/min
23.5m/min
20.0mm/rev
40.0mm/min
砂岩
9.8%
406.9m
1.85r/min
86.8m/min
17.6mm/rev
32.6mm/min
2.3磨损量
分类
转动距离
磨损系数（x10^3）
磨损量
先行刀具
切削刀
先行刀具
切削刀
粘性土
254.3km
8.0
3.0
2.0mm
0.8mm
砂质土
1483.4km
14.4
5.4
21.4mm
8.0mm
砂砾
447.8km
27.0
10.0
12.1mm
4.5mm
砂岩
1084.5km
27.0
10.0
29.3mm
10.8mm
合计
64.8mm
24.1mm
※ 磨损量计算式
磨损量＝磨损系数掘进距离÷掘进速度π盾构径
2.4结 论
①磨损量 先行切削刀：
64.8mm
主切削刀：
24.1mm
②切削刀更换次数
先行切削刀：
允许磨损量 40mm
主切削刀：
允许磨损量 30mm
以上刀具寿命的讨论结果，推算出先行刀的磨损量会超过允许磨损量，需要更换。
而切削刀，推算出其磨损量在允许磨损量以内。
另外，更换先行刀时，常压下在刀盘内进行。
3滚刀更换次数推算
3.1探讨条件
根据以下条件，推算泥水式盾构工法中滚刀的更换次数。
盾构外径：
D＝14.93m
滚刀尺寸：
19（英寸） 中心17（英寸）
全断面掘削換算延長：
406.9m
硬岩出现长度
强风化和中风化粉砂岩（含破碎带）L＝709.87m
砂岩层的SiO2含量不足55%。
3.2滚刀更换距离的计算公式
滚刀（最外周）的磨损量达到必须更换的磨损极限前，能够挖掘的隧道总长L（m）可按下式推算。
L：
达到滚刀磨损极限前的掘进距离（m）
D：
可安装滚刀的直径（m）
Pe：
滚刀的切入深度（cm/rev）
λ：
滚刀的容许转动距离（km）
3.3本工区的滚刀切入深度和容许转动距离的设定
地质分类
压缩强度
（MPa）
滚刀切入深度
（cm/rev）
滚刀的容许转动距离
（km）
砂岩层
80
1.76
595
3.3.1滚刀磨损
Ｒ100：
岩盤強度100MPa石英含有率100％時的滚刀允许转动距离＝360km
C1：
岩盤強度的係数＝1.12（岩盤強度80MPa）
C2：
石英含有率的係数＝0.78（石英含有率35～55％）
K：
機種的係数 ＝1.15（泥水式）
滚刀允许转动距离 R＝R100×C1／C2×K＝595km
【滚刀硬度】
考虑到对砾石、岩块的耐冲击性，使用了柔软的材料，因此不发生因缺损而产生的寿命降低。
滚刀
刀具顶部的硬质合金条
硬度 Hv
700
940
3.3.2滚刀刀刃允许磨损量
滚刀的刀刃允许磨损量如左图所示为半径30mm。
考虑到滚刀的安装角度，刀盘切削外径磨损到半径△27mm时需要更换滚刀。
刀盘切削外径对于盾构机本体外径（滚刀为新品时）设定为35mm超挖。
所以，滚刀即使到了磨损的界限仍可以确保超挖量。
【滚刀 超挖图】
3.4滚刀更换距离的计算
滚刀更换距离按照刀盘面的外周侧与内周侧进行计算。
（全断面挖掘距离）
砂岩层
（外周侧）
（内周侧）
（中心部）
3.5结论
根据前一项各种不同土质中的挖掘距离，计算各种刀具的磨损量，估算更换次数。
估算磨损量时，使用了类似地层中的挖掘业绩数据进行计算。
下面，对切削刀和刀和滚刀磨损量的估算方法进行说明。
全断面挖掘距离446.5ｍ之间需要更换1次
关于更换对象的25个推出式滚刀，是通过远程操作更换。
刀具磨损量估算结果
装备数
磨损量
允许值
更换次数
更换对象数量
①切削刀
（a）主切削刀
172个
24.1mm
30mm
0回
－
（b）交换切削刀
80个
64.8mm
40mm
1回
50个
②滚刀
（a）単刃滚刀（中心）
4个
（406.9m）
608.9m
0回
－
（b）双刃滚刀（内周）
46个
446.5m
0回
－
（b）双刃滚刀（外周）
223.3m
1回
25个
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