[发明专利]一种在上软下硬地层中减小盾构机刀具损坏的施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道技术领域中的技术方法，具体地，涉及一种在上软下硬地层中减小盾构机刀具损坏的施工方法。

背景技术

随着城市地铁建设的快速发展，盾构隧道技术得到日益广泛的采用，同时也不断遇到新的技术挑战。如在广州、深圳等地，盾构隧道在砂土地层掘进过程中常碰到由硬岩地层侵入形成上软下硬地层的情况。盾构机在砂土地层中掘进时一般掘进速度较快，刀盘转速较高。当盾构机刚进入到上软下硬地层时，这种地层的变化会对处于快速转动的刀盘上的刀具施加巨大的冲击荷载，极易造成刀具的瞬间崩坏；当盾构机在上软下硬地层掘进时，由于掌子面内存在多种地层，使得刀盘合理转速的确定存在一定难度，存在刀具过快损坏的风险。刀具作为盾构机掘进的最终执行部件，刀具的使用寿命将直接关系到盾构机的掘进效率。因此，有必要针对上软下硬地层，提出一种减小盾构机刀具损坏的施工方法。

经对现有技术文献检索发现，申请号为：201010251601.1,公布号为CN101899981A，专利名称为：应用于盾构机在隧道掘进过程中减少滚刀异常损坏的方法，该专利提出通过调整刀盘推力来减少盾构机在硬岩掘进中的滚刀异常损坏。然而，调整刀盘推力主要解决了刀具过载的问题。在复合地层中，特别是上软下硬地层，刀具受到的冲击荷载过大是造成刀具断裂和过快磨损的主要原因，而调整刀盘的推力并不能有效减少刀具断裂和过快磨损。事实上，在上软下硬地层中掘进时，刀具受到过大的冲击荷载主要由不合理的刀盘转速引起。因此，急需提出一种根据上软下硬地层的特点确定合理刀盘转速的盾构隧道施工方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种在上软下硬地层中减小盾构机刀具损坏的施工方法，减小在掘进中遇到上软下硬地层时盾构机刀具的损坏。

为实现以上目的，本发明提供一种在上软下硬地层中减小盾构机刀具损坏的施工方法，包括以下步骤：

第一步，根据盾构机掘进路线和地层分布情况，确定盾构机在掘进过程中将遇到的地层及遇到上软下硬地层的位置，并由以下计算公式确定盾构机在某单一地层中掘进时的刀盘合理转速n_i：

ni=Kα·D1.2quiv,(i=1,2),]]>

式中：n_i—某单一地层中刀盘合理转速，r/min；K_α—相对于刀盘直径的扭矩系数，优选取土压平衡盾构K_α＝14～23，泥水盾构K_α＝9～18；D—刀盘直径，m；q_ui—某地层土体或岩体的无侧限抗压强度，kPa；v—盾构机推进速度，m/h；

并确定盾构机在通过上软下硬地层时掌子面范围内较硬地层所占面积与掌子面面积之比的最大值K：