范 宜，赵德成，韦 丹，付飞达FAN Yi, ZHAO De-cheng, WEI Dan, FU Fei-da（北方重工集团有限公司 盾构机分公司，辽宁 沈阳 110041）

盾构刀盘异常工况下的力学分析

范 宜，赵德成，韦 丹，付飞达
FAN Yi, ZHAO De-cheng, WEI Dan, FU Fei-da
（北方重工集团有限公司 盾构机分公司，辽宁 沈阳 110041）

[摘 要]介绍了上软下硬复合地层条件下，盾构刀盘发生较大的轴向变形，引起刀盘失效。对刀盘中心区域滚刀卡死的情况下，进行强度和刚度的有限元分析，同时考虑不同的载荷比例系数。最后，通过受力分析结果，给出了刀盘最大等效应力与载荷系数关系曲线。从该曲线上可以直观地看到异常工况下刀盘载荷和应力的关系，分析结果表明在何种状况下刀盘会发生失效。

[关键词]盾构刀盘；有限元分析；异常工况

莞惠城际轨道某标段刀盘为复合式EPB刀盘，直径为Ø8.8m（图1）。该标段地质情况复杂。隧道主要在全断面弱风化W2和中风化W3混合片麻围岩中穿过，覆土自下而上依次为：W2弱风化混合片麻岩，W3强风化混合片麻岩，W4全风化混合片麻岩，粉质粘土等。这是一种典型的上软下硬地层。

图1 刀盘模型图

在实际施工中，由于地质结构十分复杂以及对盾构的操作经验缺少，刀盘遇到了问题。在盾构掘进至200环时刀盘中心区域发生结泥饼现象，该区域内滚刀完全抱死不转，安装滚刀的梁结构发生变形，引起刀盘盘面向内凹陷，中心区的梁结构轴向变形最大约为60mm，并且在中度风化岩层中掘进效率不高。针对这种状况，对刀盘进行了异常工况下强度和变形的分析。

在异常工况下进行刀盘的分析与校核，首先应考察引起刀盘载荷不均匀的主要影响因素。……