某项目刀盘改造方案强度计算分析

成铭

摘 要：本文根据用户要求，对某项目的刀盘进行改造，通过对三种方案的对比分析，最终确定合理的改造方案。

关键词：盾构機；刀盘改造；材料

中图分类号：U45 文献标识码：A

盾构隧道掘进机，简称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。相对而言，我公司在该领域还是新人，但在近十年的努力下，又与法国NFM合作，已为广大用户生产了近千台盾构机，积累了丰富的设计制造经验，现可以根据不同的地质条件和不同的工程对象，以及使用单位的不同要求，设计、生产出不同直径、不同类型、以及有特殊要求的盾构机，以满足用户的需要，其工艺和设备先进。

1 方案提出

本文便是根据用户要求，针对昆明某项目盾构机刀盘的结构形式及昆明地质状况，结合目前我公司类似刀盘的使用情况，欲对刀盘隔栅进行改造，主要是割掉部分格栅以增加开口率，提高刀盘出土效率。

可有以下三种方案，现对这三种方案进行刀盘强度计算：

第一种方案，即是把刀盘主辐条和副辐条的格栅全部割掉，如图1所示。

第二种方案，即是把刀盘主辐条的第一和第三格栅以及副辐条的内侧辐条割掉，如图2所示；

第三种方案，即是保留主辐条的第二格栅，保留副辐条的外侧格栅并由起初的560mm宽，改造为160mm宽（从前割掉160mm，从后割掉240mm），如图3所示。

2 刀盘的材料属性及应力准则

根据NFM提供的Q345B的材料参数进行计算，各种参数如下：

合金钢Q345B

杨氏模量E：210000MPa

泊松比ν：0.3

密度ρ：7850kg/m3

屈服强度：sp0.2min=275MPa

应力准则

根据欧洲标准对于正常加载，最大范×米赛斯等效应力：σa=0.67σp0.2min。

根据欧洲标准对于危险工况加载，最大范×米赛斯等效应力：σa= 0.9σp0.2min。

3 刀盘加载

刀盘的加载见表1。

4 结果分析

利用有限元软件计算了各种方案的应力及变形情况（附图），结果见表2。

5 结论

由表2可以看出，方案一是不满足设计要求的，而方案二和方案三都满足设计要求，但是方案三的开口率比方案二的大，不容易生成泥饼，掘进速度更快，因此从施工和强度方面综合考虑，建议昆明项目按方案三对刀盘上的隔栅进行改造。

6 展望

用户非常满意这次的改造方案及结果，而且通过这次有针对性的刀盘改造，再一次提升了我厂的设计及生产能力，奠定了应对未来各种难题的信心。期望在盾构机未来的发展史中：如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，能有我们的一份贡献。

参考文献

[1]唐经世，唐元宁.掘进机与盾构机第2版[M].北京：中国铁道出版社.

[2]张冰.地铁盾构施工[M].北京：人民交通出版社，2011.