CN106248515A - 一种盾构tbm滚刀磨蚀性预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构本TBM滚刀磨蚀性预测方法,包含试验样品的制作、样品的测量、现场环境的模拟、滚刀破岩磨损过程的模拟及根据实验结果如何预测滚刀的磨蚀性。通过采用该方法结合现场实际情况,预测滚刀的磨蚀性,不但可以有效预测现场滚刀使用量,进而预测刀具使用成本,而且可以根据现场地质情况选择更适合于本段地层施工的滚刀。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工技术领域,具体涉及一种盾构TBM滚刀磨蚀性预测方法。
背景技术
随着国家经济建设的飞速发展,各种公路、铁路、水利、核电、城市轨道交通等各行业对隧道应用越来越广泛。由于机械化、自动化、智能化施工技术的进步,盾构TBM法施工已经成为目前隧道施工最为常见的工法之一。在盾构TBM施工过程中,滚刀的检修、磨损、更换占去了大量的隧道施工成本。
目前,针对盾构TBM施工滚刀磨蚀性(磨损)方面的实验方法很多,其中最为知名,且得到业内认可的是岩石CAI值预测方法,该方法主要是通过测试岩石磨蚀性能,进而根据岩石的CAI值对盾构TBM施工段进行滚刀磨损预测。岩石CAI值预测方法的弊端是只能定性的判定岩石对滚刀磨蚀性,而不能准确预估在某一类岩石中某种滚滚刀体的磨损情况。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种盾构TBM滚刀磨蚀性预测方法。
一种盾构TBM滚刀磨蚀性预测方法,具体步骤如下:
1)滚刀样品制作
滚刀样品按照现场计划使用的滚刀进行等比例缩放;
2)岩样制作
采用块状岩样和岩渣制作岩样试验台;铺设的块状岩样为施工现场所用的岩样,经切割后,用试验台的固定卡具将块状岩样与岩箱固定(块状岩样主要用于模拟滚刀直接破岩);岩渣装在岩渣盒内,岩渣的密实度与施工现场刀盘舱内岩渣的密实度一致;
3)滚刀破岩试验
滚刀样品进行破岩试验之前,采用精度为1mg的电子天平称量滚刀样品的质量,测量5次,取平均值G0;破岩实验前,采用精度为0.1g的电子天平称量块状岩样的质量GY1,破岩前块状岩样体积为VY1=GY1/ρ;
滚刀破岩过程为:将滚刀和岩渣盒固定在一起,通过驱动电机进行滚刀破岩;滚刀和岩渣盒上下移动,块状岩样和岩箱在推进油缸的作用下水平移动;(当岩样与滚刀接触后,滚刀上下移动形成滚动破岩,岩样水平移动形成刀具破岩灌入度;如此,刀具上下反复移动,实现滚刀破岩。)
滚刀样品破岩后,采用精度为1mg的电子天平称量滚刀样品的质量,测量5次,取平均值G’;破岩后,采用精度为0.1g的电子天平称量块状岩样的质量GY2,破岩前块状岩样体积为VY2=GY2/ρ;
G0与G‘的差值即为滚刀样品磨损质量G1,即G1=G0-G’;
VY1-VY2的差值即为该滚刀样品的破岩量V1,即V1=VY1-VY2;
4)滚刀磨蚀性预测分析
实际应用中,滚刀的设计允许磨损质量为G2,按照如下公式:
G1/G2=V1/V2 (1)
式中,V2------一把滚刀正常磨损后的破岩方量;
由此,可估算出盾构TBM对同类岩石进行破岩时,一盘滚刀的破岩方量。
进一步,步骤1)中,所述的滚刀样品制作,是指滚刀样品的刀圈尺寸,依现场使用的滚刀刀圈的尺寸进行10:1等比缩放;滚刀样品的其他尺寸以刀圈尺寸为基准,进行设计。
进一步,步骤2)中,试验台上铺设的块状岩样尺寸为320mm*70mm*70mm。
进一步,步骤3)中,所述的滚刀破岩过程,滚刀上下移动300次,单次行程300mm。
与现有技术相比较,本发明具有以下积极有益效果:
通过采用该滚刀磨蚀性预测方法对盾构TBM现场滚刀破岩正常磨损寿命进行量化的预测,可以有效的评估现场滚刀使用成本;可以通过该实验方法针对不同供应商的滚刀进行试压,进而选择更适应于工程项目的滚刀;同时,根据滚刀正常磨蚀性和现场地质条件情况,适时进行滚刀检修、更换位置,降低现场滚刀检修更换成本。
附图说明
图1滚刀TBM磨蚀性预测实验方法流程图;
图2实验用滚刀样品示意图;图2中,1.刀轴;2.平键;3.刀圈;4.垫圈;5.锁紧螺母;
图3滚刀破岩过程及二次磨损示意图;6.岩渣盒;7.滚刀;8.岩样;9.安全气囊。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,对本发明实施方式做进一步的说明;
一种盾构TBM滚刀磨蚀性预测方法,具体步骤如下(滚刀TBM磨蚀性预测实验方法流程图如图1所示):
1)滚刀样品制作
将不同供应商提供的依现场设计的滚刀,以现场使用的滚刀刀圈的尺寸为基准,缩小10倍作为滚刀样品的刀圈尺寸,滚刀样品的其他尺寸以刀圈尺寸为基准,进行设计,实验用滚刀样品的示意图;如图2所示,(图2中,1.刀轴;2.平键;3.刀圈;4.垫圈;5.锁紧螺母;)
每类滚刀设计6件样品;
2)岩样制作
现场物理勘探完成后,搜集钻探岩心,采用块状岩样和岩渣制作岩样试验台;铺设的块状岩样为施工现场所用的岩样,经切割后,用试验台的固定卡具将块状岩样与岩箱固定(块状岩样主要用于模拟滚刀直接破岩,块状岩样尺寸为320mm*70mm*70mm,每类30块);岩渣装在岩渣盒内,岩渣的密实度与施工现场刀盘舱内岩渣的密实度一致(在滚刀破岩试验中,使用滚刀样品对岩样进行破岩时,破岩后的岩渣装入岩渣盒,并根据类似施工经验,通过安全气囊9调整岩渣的密实度;)
3)滚刀破岩试验
滚刀样品进行破岩试验之前,采用精度为1mg的电子天平称量滚刀样品的质量,测量5次,取平均值G0;破岩实验前,采用精度为0.1g的电子天平称量块状岩样的质量GY1,破岩前块状岩样体积为VY1=GY1/ρ;
滚刀破岩过程及二次磨损示意图,如图3所示,(图中,6.岩渣盒;7.滚刀;8.岩样;9.安全气囊。),具体破岩过程为:将滚刀和岩渣盒固定在一起,通过驱动电机进行滚刀破岩(该实验在密闭的环境内进行,滚刀在驱动电机的作用下,进行破岩,对块状岩样产生的压力为现场刀盘舱内单把刀正压力的1/100);滚刀和岩渣盒上下移动,块状岩样和岩箱在推进油缸的作用下水平移动;(当岩样与滚刀接触后,滚刀上下移动形成滚动破岩,岩样水平移动形成刀具破岩灌入度;如此,刀具上下反复移动,实现滚刀破岩。)滚刀上下移动300次,单次行程300mm。
滚刀样品破岩后,采用精度为1mg的电子天平称量滚刀样品的质量,测量5次,取平均值G’;破岩后,采用精度为0.1g的电子天平称量块状岩样的质量GY2,破岩前块状岩样体积为VY2=GY2/ρ;
G0与G‘的差值即为滚刀样品磨损质量G1,即G1=G0-G’;
VY1-VY2的差值即为该滚刀样品的破岩量V1,即V1=VY1-VY2;
4)滚刀磨蚀性预测分析
实际应用中,滚刀的设计允许磨损质量为G2=4.84Kg(1把17寸滚刀的设计允许磨损质量),按照如下公式:
G1/G2=V1/V2 (1)
式中,V2——一把滚刀正常磨损后的破岩方量;
由此,可估算出盾构TBM对同类岩石进行破岩时,一盘滚刀的破岩方量。
进一步,步骤1)中,所述的滚刀样品制作,是指滚刀样品的刀圈尺寸,依现场使用的滚刀刀圈的尺寸进行10:1等比缩放;滚刀样品的其他尺寸以刀圈尺寸为基准,进行设计。
采用同样的预测方法,测量不同厂家的滚刀在该类岩石情况下的破岩方量,具体结果如表1所示,
表1同类岩样,3个厂家的滚刀磨蚀性预测值
刀具厂家 | 滚刀样品磨损质量G1(mg) | 破岩方量(cm3) | 预测破岩方量(m3) |
厂家1 | 10 | 103.3 | 50.0 |
厂家2 | 14.2 | 127.9 | 43.6 |
厂家3 | 9.1 | 125.9 | 67.0 |
由表1可知,针对该类岩样,厂家3的滚刀更适合现场使用,经过初步预测,平均每把滚刀正常磨损后,破岩量为67立方米。
由此可知,对不同厂家滚刀破岩方量进行对比,即可确定哪家的滚刀更适合该段地层施工,同时,该滚刀磨蚀性预测方法可以预测该段地层此类滚刀的使用量,并根据滚刀破岩方量结合地质情况,适时进行滚刀检修、更换位置。
Claims (4)
1. 一种盾构TBM滚刀磨蚀性预测方法,其特征在于,具体步骤如下:
1)滚刀样品制作
滚刀样品按照现场计划使用的滚刀进行等比例缩放;
2)岩样制作
采用块状岩样和岩渣制作岩样试验台;铺设的块状岩样为施工现场所用的岩样,经切割后,用试验台的固定卡具将块状岩样与岩箱固定;岩渣装在岩渣盒内,岩渣的密实度与施工现场刀盘舱内岩渣的密实度一致;
3)滚刀破岩试验
滚刀样品进行破岩试验之前,采用精度为1 mg的电子天平称量滚刀样品的质量,测量5次,取平均值G0;破岩实验前,采用精度为0.1 g的电子天平称量块状岩样的质量GY1,破岩前块状岩样体积为VY1=GY1/ρ;
滚刀破岩过程为:将滚刀和岩渣盒固定在一起,通过驱动电机进行滚刀破岩;滚刀和岩渣盒上下移动,块状岩样和岩箱在推进油缸的作用下水平移动;
滚刀样品破岩后,采用精度为1 mg的电子天平称量滚刀样品的质量,测量5次,取平均值G’;破岩后,采用精度为0.1 g的电子天平称量块状岩样的质量GY2,破岩前块状岩样体积为VY2=GY2/ρ;
G0与G‘的差值即为滚刀样品磨损质量G1,即G1=G0-G’;
VY1-VY2的差值即为该滚刀样品的破岩量V1,即V1= VY1-VY2;
4)滚刀磨蚀性预测分析
实际应用中,滚刀的设计允许磨损质量为G2,按照如下公式:
G1/G2=V1/V2 (1)
式中,V2一把滚刀正常磨损后的破岩方量;
由此,可估算出盾构TBM对同类岩石进行破岩时,一盘滚刀的破岩方量。
2.根据权利要求1所述的一种盾构TBM滚刀磨蚀性预测方法,步骤1)中,所述的滚刀样品制作,是指滚刀样品的刀圈尺寸,依现场使用的滚刀刀圈的尺寸进行10:1等比缩放;滚刀样品的其他尺寸以刀圈尺寸为基准,进行设计。
3.根据权利要求1所述的一种盾构TBM滚刀磨蚀性预测方法,步骤(1)中,试验台上铺设的块状岩样尺寸为320 mm *70 mm *70 mm。
4.根据权利要求1所述的一种盾构TBM滚刀磨蚀性预测方法,步骤3)中,所述的滚刀破岩过程,滚刀上下移动300次,单次行程300mm。
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