在含有靡棱岩复合地层中减小盾构机刀具损坏的施工方法与流程

本发明涉及一种盾构隧道技术领域中的技术方法，具体地，涉及一种在含有靡棱岩复合地层中减小盾构机刀具损坏的施工方法。

背景技术：
随着城市地铁建设的快速发展，盾构隧道技术得到日益广泛的采用，同时也不断遇到新的技术挑战。如在广州、深圳等地，盾构隧道在强风化地层掘进过程中常碰到由微风化或中风化地层侵入形成上软下硬复合地层的情况。盾构机在强风化地层中掘进时一般掘进速度较快，刀盘转速较高。当盾构机刚进入到复合地层时，这种掌子面内地层的变化会对处于快速转动的刀盘上的刀具施加巨大的冲击荷载，极易造成刀具的瞬间崩坏；当盾构机在复合地层掘进时，由于掌子面内存在多种地层，使得刀盘合理转速的确定存在一定难度，存在刀具过快损坏的风险。刀具作为盾构机掘进的最终执行部件，刀具的使用寿命将直接关系到盾构机的掘进效率。因此，有必要针对复合地层，提出一种减小盾构机刀具损坏的施工方法。经对现有技术文献检索发现，申请号为：201010251601.1，公布号为CN101899981A，专利名称为：应用于盾构机在隧道掘进过程中减少滚刀异常损坏的方法，该专利提出通过调整刀盘推力来减少盾构机在砂土地层掘进中的滚刀异常损坏。然而，调整刀盘推力主要解决了刀具过载的问题。在复合地层中，高频率的地层变化，使得刀具受到持续、较大的冲击荷载是造成刀具断裂和过快磨损的主要原因，而调整刀盘的推力并不能有效减少这种冲击荷载，无法降低刀具断裂和过快磨损的风险。事实上，在复合地层中掘进时，刀具受到过大的冲击荷载主要由不合理的刀盘转速引起。因此，急需提出一种根据复合地层的地层特点确定合理刀盘转速的盾构隧道施工方法。

技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种在含有靡棱岩复合地层中减小盾构机刀具损坏的施工方法，减小在掘进中遇到复合地层时盾构机刀具的损坏。为实现以上目的，本发明提供一种在含有靡棱岩复合地层中减小盾构机刀具损坏的施工方法，包括如下步骤：第一步，根据盾构机掘进路线和地层分布情况，确定盾构机在掘进过程中将遇到的地层及遇到上软下硬复合地层的位置；由以下计算公式确定盾构机在某单一地层中掘进时的刀盘合理转速ni为：式中：ni——复合地层中某类地层对应的刀盘合理转速，r/min；Kα——相对于刀盘直径的扭矩系数，优选取土压平衡盾构Kα＝14～23；泥水盾构Kα＝9～18；D——刀盘直径，m；qui——复合地层中某类地层土体或岩体的无侧限抗压强度，kPa；v——盾构机推进速度，m/h；并确定盾构机在通过复合地层时掌子面范围内硬地层所占面积与掌子面面积之比的最大值K，其中以隧道底部为原点建立坐标系：式中：h——掌子面内硬地层侵入软地层的最大距离，m；y——掌子面内硬地层侵入软地层的距离，m；d为数学中微分的符号。第二步，确定盾构机在通过上软下硬复合地层时的刀盘设计转速由得到的ni和K，引入安全系数H，利用以下计算公式得到盾构机在通过上软下硬复合地层时的刀盘设计转速nd为：nd＝H(1-K)n1+Kn2式中：nd——上软下硬复合地层刀盘设计转速，r/min；H——安全系数，优选取0.8；n1——上软下硬复合地层中软地层的刀盘合理转速，r/min；n2——上软下硬复合地层中硬地层的刀盘合理转速，r/min；第三步，根据地层分布情况，当盾构机掘进到距离进入复合地层还有30环时，开始每掘进1环观察记录盾构机刀盘扭矩xj，(j＝1，2，3……)，每掘进5环后计算平均刀盘扭矩Xi，(i＝1，2，3，4，5，6)，计算公式为：根据计算公式：判断Ai+1≥50.0％是否成立：如果Ai+1≥50.0％成立，则认为盾构机已经进入复合地层，将刀盘的转速调整至设计转速；如果Ai+1连续3次大于等于20％，则认为...