软土常压刀盘盘面开口及盘体结构优化设计研究

暨智勇

(中国铁建重工集团股份有限公司, 湖南 长沙 410100)

0 引言

泥水平衡盾构通过一定压力泥浆(泥膜)支撑稳定掌子面，实现高精度泥水舱压力平衡控制[1-2]，目前被广泛应用于含水量高的松软黏性土层、滞水砂层、卵砾石地层，土体水压与渗透系数大的地层以及过江过海等公路、铁路隧道工程中。常压刀盘内部设计有满足换刀空间要求的腔体，作业人员在常压状态下即可对刀具进行更换[3-4]，常压刀盘是泥水平衡盾构的核心部件。自海瑞克1997年设计出第1台配备常压刀盘的泥水平衡盾构并应用于德国汉堡易北河4号隧道以来，常压刀盘以其安全、高效的换刀特点，被广泛应用于高水压等复杂地质工程施工中[5-6]。常压刀盘盘面的开口是渣土进入泥水舱的通道，开口特性直接影响渣土流动性，开挖的渣土若无法快速进入泥水舱出渣通道，将积聚于刀盘上造成刀盘结泥饼，导致盾构无法正常掘进。另外，开挖破岩过程产生的剧烈振动作用以及破碎的渣土、卵砾石等颗粒在刀盘快速旋转搅拌下产生的巨大冲击作用，要求刀盘结构具有更高的强度和刚度[7-9]。因此，盘面开口和盘体结构是常压刀盘设计的关键。

在常压刀盘设计方面，国内外学者已做了大量的研究工作。杨志勇等[10]分析了刀盘开口率、泥水压力、刀盘直径和地层条件对刀盘转矩的影响规律以及刀盘正面、背面摩阻转矩和侧面转矩占刀盘总转矩的比重。周文波等[11]针对武汉三阳路过江隧道工程刀具磨损快、结泥饼等问题，提出刀具布置、刀具选型及泥饼冲刷等优化措施。……