某項目刀盤改造方案強度計算分析

成銘

摘 要：本文根據用戶要求，對某項目的刀盤進行改造，通過對三種方案的對比分析，最終確定合理的改造方案。

關鍵詞：盾構機；刀盤改造；材料

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A

盾構隧道掘進機，簡稱盾構機，是一種隧道掘進的專用工程機械，現代盾構掘進機集光、機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能，涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，而且要按照不同的地質進行“量體裁衣”式的設計制造，可靠性要求極高。盾構掘進機已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

盾構機問世至今已有近180年的歷史，其始于英國，發展于日本、德國。相對而言，我公司在該領域還是新人，但在近十年的努力下，又與法國NFM合作，已為廣大用戶生產了近千臺盾構機，積累了豐富的設計制造經驗，現可以根據不同的地質條件和不同的工程對象，以及使用單位的不同要求，設計、生產出不同直徑、不同類型、以及有特殊要求的盾構機，以滿足用戶的需要，其工藝和設備先進。

1 方案提出

本文便是根據用戶要求，針對昆明某項目盾構機刀盤的結構形式及昆明地質狀況，結合目前我公司類似刀盤的使用情況，欲對刀盤隔柵進行改造，主要是割掉部分格柵以增加開口率，提高刀盤出土效率。

可有以下三種方案，現對這三種方案進行刀盤強度計算：

第一種方案，即是把刀盤主輻條和副輻條的格柵全部割掉，如圖1所示。

第二種方案，即是把刀盤主輻條的第一和第三格柵以及副輻條的內側輻條割掉，如圖2所示；

第三種方案，即是保留主輻條的第二格柵，保留副輻條的外側格柵并由起初的560mm寬，改造為160mm寬（從前割掉160mm，從后割掉240mm），如圖3所示。

2 刀盤的材料屬性及應力準則

根據NFM提供的Q345B的材料參數進行計算，各種參數如下：

合金鋼Q345B

楊氏模量E：210000MPa

泊松比ν：0.3

密度ρ：7850kg/m3

屈服強度：sp0.2min=275MPa

應力準則

根據歐洲標準對于正常加載，最大范×米賽斯等效應力：σa=0.67σp0.2min。

根據歐洲標準對于危險工況加載，最大范×米賽斯等效應力：σa= 0.9σp0.2min。

3 刀盤加載

刀盤的加載見表1。

4 結果分析

利用有限元軟件計算了各種方案的應力及變形情況（附圖），結果見表2。

5 結論

由表2可以看出，方案一是不滿足設計要求的，而方案二和方案三都滿足設計要求，但是方案三的開口率比方案二的大，不容易生成泥餅，掘進速度更快，因此從施工和強度方面綜合考慮，建議昆明項目按方案三對刀盤上的隔柵進行改造。

6 展望

用戶非常滿意這次的改造方案及結果，而且通過這次有針對性的刀盤改造，再一次提升了我廠的設計及生產能力，奠定了應對未來各種難題的信心。期望在盾構機未來的發展史中：如盾構機的有效密封，確保開挖面的穩定、控制地表隆起及塌陷在規定范圍之內，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對一些惡劣地質如高水壓條件的處理技術等方面的探索和研究解決，能有我們的一份貢獻。

參考文獻

[1]唐經世，唐元寧.掘進機與盾構機第2版[M].北京：中國鐵道出版社.

[2]張冰.地鐵盾構施工[M].北京：人民交通出版社，2011.