[发明专利]一种基于岩石强度和土层占比的隧道掘进机刀具配置方法

说明书

本发明公开了一种基于岩石强度和土层占比的隧道掘进机刀具配置方法，包括如下步骤：确定隧道掌子面软土面积占比X；确定隧道岩石强度Rc；基于隧道掌子面软土面积占比X、隧道岩石强度Rc及刀具复合破岩要素配置新型刀具配置模式，配置模式包括切刀、标准滚刀、重型滚刀与特殊滚刀；S1中隧道掌子面软土面积占比X包括占比等级X1级、X2级、X3级与X4级，隧道掌子面软土面积占比X的计算公式为：X＝y/z，其中y为隧道掌子面上的软土面积，z为掌子面面积。采用本发明的刀具配置方法能够使得掘进机刀具具有较好的地质适应性，避免后期进行刀具改造而造成的工程延迟和资源浪费，提出了复合盾构设计理念，建立了复合破岩的“滚刀+切刀”立体配置模式。

技术领域

本发明涉及隧道掘进技术领域，具体为一种基于岩石强度和土层占比的隧道掘进机刀具配置方法。

背景技术

目前，国内交通领域蓬勃发展，各地铁路、公路、城市轨道交通建设如火如荼，这些领域采用盾构法施工隧道越来越普遍。盾构工法作为软土地层隧道开挖的重要工法之一，普遍应用于国内外各大城市的地铁建设中。

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建或铺设隧道之盾(指支撑性管片)，它区别于敞开式施工法，用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响地面交通等特点，在隧洞洞线较长或埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理，在盾构机进行掘进的时候，通过驱动装置带动刀盘进行旋转，通过刀盘上安装的盾构机刀头对岩石或土壤进行掘进，在对盾构机进行使用的时候，需要进行盾构机刀盘固定至盾构机上，通过刀盘带动盾构机刀头对土壤或岩石破碎掘进。盾构机滚压破岩的工具为盘形滚刀，简称为滚刀，其结构主要由刀圈、刀壳、轴承、密封、护圈及支撑轴组成。一般来说滚刀有单刃滚刀、双刃滚刀之分，单刃滚刀主要用于强度较大(≥50MPa)的脆性岩石，双刃滚刀主要用于强度较小(≤50～80MPa)的或韧性岩石。滚压破岩是效率较高、适应性最强的一种破岩方式，因此在硬岩TBM掘进机和盾构机中应用较多。盾构机滚压破岩是采用单刃滚刀还是采用双刃滚刀，主要取决于地层情况和隧道断面的大小，特别是对于软硬复合且变化频繁的隧道工程；而且由于岩石固有破碎角的原因，滚压破岩的刀间距布置有一定的要求，才能达到最优破岩效果，此外从施工操作性及施工成本考虑，正确设置刀间距是极为重要的。且传统盾构切削理论，不适应软硬不均地层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于岩石强度和土层占比的隧道掘进机刀具配置方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于岩石强度和土层占比的隧道掘进机刀具配置方法，包括如下步骤：

S1：确定隧道掌子面软土面积占比X；

S2：确定隧道岩石强度Rc；

S3：基于隧道掌子面软土面积占比X、隧道岩石强度Rc及刀具复合破岩要素配置新型刀具配置模式，刀具复合破岩要素包括刀具类型、刀间距、刀高差，配置模式包括切刀、标准滚刀、重型滚刀与特殊滚刀。

优选的，S1中隧道掌子面软土面积占比X包括占比等级X1级、X2级、X3级与X4级，隧道掌子面软土面积占比X的计算公式为：X＝y/z，其中y为隧道掌子面上的软土面积，z为掌子面面积。

优选的，S2隧道岩石强度Rc的确定包括：步骤a：通过岩石钻取装置钻取规格1与规格2的岩芯，规格1与规格2直径不同；步骤b：将规格1与规格2的岩芯通过角磨机加工成岩石试样；将试验岩石试样放入试验仪器内，对岩芯试样进行多次单轴压缩试验和三轴压缩试验，试验后取平均值确定隧道岩石强度Rc。

优选的，S3中配置模式包括刀具组A、刀具组B、刀具组C、刀具组D，其中刀具组A包括切刀，刀具组B包括切刀、标准滚刀，刀具组C包括重型滚刀、切刀，刀具组D包括特殊滚刀、切刀。