简介（作者编辑）：斜井盾构地下可拆解结构形式研究_徐震.pdf
摘要（系统识别）：
施工技术
2016年11月上
120
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
第45卷第21期
D0L:10.7672/sgjs2016210120
斜井盾构地下可拆解结构形式研究
徐震
（中国铁建重工集团有限公司，湖南长沙410100)
[摘要]斜井盾构地下拆解受空间及地质条件等多方因素的影响，无法直接进行盾构吊装拆解。为实现盾构机在
斜井地下有限空间内安全、快速、高效拆解，必须开展盾构大型部件可拆解结构形式研究。因此，介绍了在盾构研
发设计阶段，结合盾构施工斜井工程设备要求和盾构地下拆解施工条件，将盾构部件分块设计理念植入到盾构大
型部件结构设计中，对盾构大型部件的质量、结构尺寸等关键可拆解结构参数进行分析设计。
关键词隧道工程；盾构；斜井；拆解；结构形式：研究
[中图分类号]U445
[文献标识码]A
[文章编号]10028498(2016)21012004
Study on the Disassembly Parts Structure for Shield Machine
Underground in Inclined Shaft
Xu Zhen
China Railway Construction Heavy Industry Co.,Lid.Changsha,Hu'nan 410100,China)
Abstract:Shield inclined shaft underground dismantling is affected by space and geological conditions
and other factors.It cannot directly carry out the dismantling of large parts.In order to realize safety,
rapid and efficient dismantling of shield in limit inclined shaft underground space,research on large parts
structure type of shield should be carried out.Therefore,according to the construction of inclined shaft
engineering equipment and shield underground dismantling construction conditions,the design concept of
the large parts block is embedded in the shield large parts structure design in the research and design
phase of the shield,and the weight and size of dismantling large parts structure are studied in this paper.
Key words:tunnels;shielding;inclined shaft;disassembly;structural parts;study
0
引言
主要关键部件，不仅结构尺寸较大，而且质量也比
对于山岭隧道或煤矿斜井工程的盾构独头掘
其他零部件大[6)。直接影响盾构在隧道内的拆机
进机施工与城市地铁的盾构掘进结束后拆机条件
工作，而通常的刀盘和盾体拆除方法是破坏性拆
不同14)，独头掘进没有接收井，不能直接推出隧道
除，拆卸后的刀盘无法再次利用，造成设备损坏和
洞口，必须在隧道洞内进行拆机工作，而且盾构地
设备资产的损失]。为此，本文在刀盘和盾体设计
下拆解可操作的最大空间仅为盾壳内净空，人员、
阶段，对尺寸大、质量大的盾构刀盘和盾体结构进
机械作业困难，大型吊装机械根本无法利用，空间
行可拆解形式研究，解决盾构刀盘和盾体在隧道内
狭小们。刀盘主驱动作为盾构的核心部件，也是质
拆解受空间狭小、自身质量重和破坏性拆除难以再
量最大的构件，单体质量超百吨，在无增加构筑物
利用的问题，从而为盾构掘进施工后续的部件拆解
和大型吊装设备的辅助下，若完好地拆解外运，拆
提供技术支持。
解难度极大。因此，盾构隧道内拆机受空间和自身
1刀盘可拆解结构形式研究
部件质量的限制，拆机施工困难复杂，且具有较大
1.1刀盘分块形式
的危险性。
刀盘可拆解结构主要满足盾构刀盘适应斜井
盾构机的刀盘、盾体和主驱动作为盾构拆解的
施工、模式快速转换结构、厂内制造加工能力、公路
桥梁运输能力、地下原位拆解施工作业等要求。刀
*“十二五”国家科技支撑计划项目(2013BAB10BO3)
盘可拆解结构设计主要遵循“载荷平衡、耐磨抗振、
[作者简介]徐震，工程师，Emai:xuzhen21@163.com
破岩高效、排渣顺畅”的原则，针对施工地质状况、
刀盘受力对称平衡性以及铲渣效率等方面的影响，
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2016No.21
徐震：斜井盾构地下可拆解结构形式研究
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结合斜井大坡度、大埋深的工程特点，重点分析设
“4+1”分块刀盘受到的最大应力为
计刀盘分块形式。因此，刀盘可拆解结构设计通过
318.2MPa,最大位移量6.3mm(见图2b),考虑选用
以下2种方案进行比选，即“2+1”分块刀盘和“4+
Q345材料，其屈服强度[6，]=345MPa,由于应力集
1”分块刀盘，2种刀盘方案均可采用分块运输，施工
中的影响，其最大应力均接近材料的屈服极限，故
现场完成拼焊组装。
“4+1”分块刀盘焊接后的结构强度虽然在屈服强
1)为保证刀盘结构强度，减小刀盘分块后的尺
度范围内，但考虑到实际施工状况复杂，难于满足
寸和质量，将刀盘设计成上、中、下3分块的“2+1”盾构施工要求。然而，4+1”分块刀盘单块最大尺
结构形式，如图1a所示。
寸减小、质量降低，能保证盾构原位无扩大硐室拆
2)为了实现刀盘在地下硐室内顺利拆解和运
解的较高完好率，但对刀盘的制造拼接精度要求
输，在“2+1”刀盘分块基础上，将刀盘进一步分成
高、组装难度大，结构强度降低。
“4+1”结构形式，如图1b所示。
a“2+1”刀盘应力云图
b“4+1”刀盘应力云图
图2刀盘应力云图
Fig.2 Stress nephogram of cutter head
a“2+1"分块形式
b“4+1"分块形式
1.3刀盘分块设计
图1刀盘分块形式
斜井盾构刀盘既要满足盾构施工的强度可靠
Fig.1 Partitioning forms of cutter head
性要求，又要充分满足加工组装、运输和拆解的安
1.2刀盘可拆解结构仿真分析
全要求。由于2+1”分块刀盘边块的尺寸和质量
在煤矿斜井工程中，盾构刀盘需穿越多种地
均较小，便于制造组装过程中吊运，其中间块结构
层，比如地质均匀稳定、无破碎带的地层，地质连续
可保证连接大法兰保持整体承载性能，但是中间块
变化、软硬不均、破碎带地层等。为了模拟刀盘分
尺寸过大和质量偏大难以在地下无扩大硐室拆解
块结构中各个分块结构间的作用力，刀盘各分块间
和酮室内运输；而“4+1”分块刀盘单块最大尺寸减
采用绑定接触约束关系进行模拟，且各分块单独划
小、质量降低，但对刀盘的制造拼接精度要求高、组
分网格，在计算结果中可以单独查看各个分块间接
装难度大，结构强度降低，并能保证盾构原位无扩
触面上的应力分布情况。在刀盘背部法兰外圈弧
大硐室拆解的较高完好率。
面上施加扭矩，并在刀盘法兰环处添加约束，刀座
因此，针对煤矿斜井工程的地下无扩大硐室拆
上施加载荷。
解需求，通过优劣的比选分析，刀盘的结构形式采
)2+1”分块刀盘结构分析
用2+1”刀盘分块组装结构和“4+1”刀盘分块拆
2+1”分块刀盘最大应力出现在刀座支架部
解结构，如图3所示，即在刀盘设计制造组装阶段，
位，最大应力值为279.6MPa,最大位移量为5.2mm
采用便于制造加工且整体强度高的“2+1”分块刀
(见图2a),由于刀盘选择的材料是Q345高强度钢，
盘在厂内加工制造组装；在刀盘拆解阶段，采用分
其屈服强度均大于刀盘所受的最大集中应力，故“2
块尺寸小、质量较轻的“4+1”刀盘分块拆解，实施
+1”形式分块刀盘在保证焊接质量后的结构强度
无扩大酮室内拆解，具体分块参数如表1,2所示。
完全满足盾构施工要求。然而，2+1”分块刀盘中
2盾体可拆解结构形式研究
边块1和边块2的尺寸质量相比“1+1”分块刀盘
2.1盾体可拆解结构形式
均较小，便于制造组装过程中吊运，其中间块结构
盾体作为刀盘、主驱动、螺旋输送机、主机皮带
可保证连接大法兰保持整体承载性能。但在地下
机、管片拼装机等部件的连接枢纽，同时承受水土
无扩大同室拆解时，由于隧道断面空间尺寸限制，
荷载和传递掘进扭矩、推力，为盾体内部的保压系
如果中心块尺寸过大和质量偏大，难以拆解和硐室
统、注浆系统、推进系统设备提供支撑保护。同盾
构刀盘可拆解结构形式的研究过程相同，盾体可拆
内运输。
2）4+1”分块刀盘结构分析
解结构形式研究主要是对盾体的两分块和六分块
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