盾尾厚度为40mm的应变解析图

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5、 切削刀具寿命的计算：

本计算是对φ6.34m土压平衡式盾构机的切削刀具寿命进行计算,是基于所给出的地质条件和小松公司许多盾构机施工实绩参数上所进行的，计算结果只是作为参考。如果实际的掘削土体和掘削状况与标书中所给出的地质条件有差异，可能会与计算推定的结果有所不一致。

根据本工程地质条件，为安全起见，采用全长在砂层掘进进行计算，推进速度取4cm/min，计算1个轨迹上的刀具采用2把，由于全部区间大部分是淤泥层，而且，最外周刀具为1个轨迹上的刀具采用3把，因此，该计算是趋于保险的。

5.1、地质概况：

粉质粘土、粉土，局部为粉砂、淤泥质粘土、粉砂、细砂

5.2、地质计算模型化

L m 砂

5.3主切削刀计算

5.3.1磨损高度与运转距离的关系

根据以往众多的实绩，主切削刀、刮刀的磨损高度t(mm)与运转距离λ(km)的关系可用小松公司的积累的经验，用下式进行： t = K·λ×10

其中：K－摩擦系数：根据切削刀具超硬刀片的材质和工程地质条件所决定。 切削刀的超硬刀片高度为35mm，根据小松的经验取刀片高度17.5mm作为刀具的磨损界限，先行刀的超硬刀片高度为50mm，根据小松的经验取刀片高度25mm作为刀具的磨损界限，因为，刀具在过大磨损的情况下，刀具的后角就变小，在掘进的同时磨损就会加速，就会产生刀具背部的刀柄部位磨损增加，刀片焊接面减少，可能会引起刀片脱落等。

-3

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5.3.2主切削刀、刮刀的磨损系数

主切削刀、刮刀的磨损取决于超硬刀片的材质、形状、土质、盾构机形式，有无先行刀等，下图表是小松公司对于刀具磨损计算的经验所示：

泥水平衡式盾构机（E-5材质） 土压平衡式盾构机（E-5材质）

25砂砾20砂粘土淤泥K=232025砂砾砂粘土淤泥K=15刀片磨损高度(mm)刀片磨损高度(mm) K=45K=2515K=1210K=55K=2.5005001000λ 刮 刀 运 转 距离 (km) 主切削刀 15105K=4005001000λ 刮 刀 运 转 距 离 (km)主切削刀根据上述图表，可以将其中K值整理为如下表所示：

土质 泥水平衡式盾构机 土压平衡式盾构机 由于，本工程的地质为砂、砾砂，因此，采用类似于日本抗冲击的硬质合金刀片E-5（日本标准）材质。

（1） 刀具磨损系数模型化（采用主切削刀进行计算，其结论适用刮刀）

根据上述图，在先行刀容许磨损量之内，切削刀的磨损系数K值减小到K2

粘土、淤泥 2.5~5 1.25~2.5 4~15 2~7.5 砂 5~12 2.5~6 15~25 7.5~12.5 砂砾、岩碎块 12~23 6~11.5 25~45 12.5~22.5 刀片材质 E-5 E-3 E-5 E-3 备注 本工程采用 本工程采用 22

值，磨损减少，当先行刀磨损完时，主切削刀K值恢复到K3值，磨损就会加剧， 随着掘进距离增加，最终到达主切削刀容许磨损量所能掘进的距离L2。

主切削刀 ツ－ルビットt1先行ビット 先行刀????刃先摩耗量(mm)t2K1K2K3t01L1L2掘進距離(m)

5.3.3刀具磨损计算公式

① 先行刀的可能掘进距离

L1 = 10000×Pe×t1/(2πR×k1)

② 主切削刀在L1(m)掘进距离时的刀刃磨损量

由L1 = 10000×Pe×t01/(2πR×k2) 得 t01 = (2πR×k2)×L1/（10000×Pe） ③ 主切削刀到达磨损界限时的可能掘进距离

由（L2-L1）= 10000×Pe×（t2-t01）/(2πR×k3) 得 L2 = {10000×Pe×（t2-t01）/(2πR×k3)}+L1

其中：L ：到达刀具磨损界限时可以掘进的隧道距离

K ：刀具超硬刀片的磨损系数

t :刀具的超硬刀片的容许磨损高度 mm R ：最外周刀具的安装半径 m Pe：刀具的切深 cm/rve Pe = V/N

V ：盾构机推进速度 cm/min N ：刀盘转速 rpm

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5.3.4刀具磨损计算结果：

① 先行刀摩耗完，但主切削刀未完全磨损时的掘进距离L 土質 掘進距離 掘進速度 刀盘回转速度 切深 盾构机外径 最外周切削刀安装半径 先行刀容許摩耗量 切削刀容許刃先摩耗量 刀具転走距離 先行刀摩耗係数 切削刀摩耗係数(先行刀没磨损完) 切削刀摩耗係数(先行刀磨损完) 先行刀摩耗量 切削刀摩耗量(先行刀没磨损完) 切削刀摩耗量(先行刀磨损完)

② 先行刀摩耗完后，切削刀完全磨损时的掘进距离L1 土質 掘進距離 掘進速度 刀盘回转速度 切深 盾构机外径 最外周切削刀安装半径 記号 L1 V N Pe D R 单位 m cm/min rpm cm/rev m m 砂 1000 4 1.3 3.08 6.34 3.17 記号 L V N Pe D R t1 t2 λ k1 k2 K3 T1 T2 T2 单位 m cm/min rpm cm/rev m m mm mm km mm/1000km mm/1000km mm/1000km mm mm mm 砂 2600 4 1.3 3.08 6.34 3.17 25 17.5 1683 14.89 6.62 9.92 25.1 11.1 24