Основная логика выбора резцов щитовой машины и руководство по подбору для всех сценариев условий

В подземном строительстве, таком как туннели, метро и коммунальные тоннели, проходческие щиты считаются «супероружием» подземной разработки. Являясь «зубами» проходческого щита, непосредственно контактирующими с породой и разрушающими горную породу и грунт, резцы щита — это ключевые комплектующие, определяющие эффективность проходки, стоимость строительства, качество работ и даже безопасность строительства.

Во многих проектах часто возникают такие проблемы, как остановка проходки, частый износ резцов, неравномерный износ, сколы зубьев, высокая частота замены резцов и значительное нарушение массива. С большой вероятностью это не отказы оборудования, а несоответствие выбора резцов геологическим условиям горизонта.

Подземные геологические условия сложны и многообразны. Мягкие грунты, песчано-гравийные отложения, выветренные породы, твёрдые породы и композитные массивы существенно различаются, и не существует универсального, всесильного резца. Точная схема подбора может не только многократно увеличить скорость проходки, но и радикально снизить затраты на расходные материалы, минимизировать простои из-за замены резцов и избежать скрытых строительных рисков. Сегодня мы проведём для вас всесторонний анализ основной логики подбора резцов щитовой машины для соответствия требованиям строительства во всех сценариях. [1]

I. Понимание основных резцов: разные резцы — разные задачи

Проходческие щиты оснащаются самыми разнообразными типами резцов. Принципы разрушения породы и функциональное назначение различных резцов полностью различаются, с чётким разделением по адаптированным условиям строительства. Самый первый шаг к выбору правильного резца — это различение их свойств.

1. Дисковый резец | Основная сила при разработке твёрдых пород

Дисковые шарошки используют сжимающее и катящее давление, создаваемое вращением резцовой головки, для разрушения горных пород, что делает их основным режущим инструментом для строительства в породах средней крепости и монолитных скальных массивах. Среди них однолезвийные дисковые шарошки обладают высокой несущей способностью и большой разрушающей силой, что делает их пригодными для пород высокой твердости. Двухлезвийные и многолезвийные дисковые шарошки обеспечивают более широкий охват и подходят для неравномерно выветренных горных пород. Они способны эффективно разрушать общую структуру породы благодаря высокой проникающей способности, что делает их предпочтительным выбором для щитовой проходки в горных туннелях и скальных массивах.

2. Скребок | Обязательный элемент при разработке мягких грунтов

Скребки относятся к категории режущих инструментов, полагаясь на лезвие для резки и соскабливания грунта. Их общая конструкция легкая и тонкая, что обеспечивает высокую эффективность резания. Они в первую очередь адаптированы к мягким грунтовым пластам, таким как глина, ил и илистый грунт, и отвечают за очистку грунта от поперечного сечения выемки и выравнивание забоя тоннеля. Они подходят для городских метрополитенов и строительства городских тоннелей в мягких грунтах, служа основным, стандартным резцом для разработки мягких грунтов.

3. Риппер (предварительный резец) | Авангард при композитных грунтах

Рыхлители выше скребков и относятся к категории опережающих режущих инструментов. При разработке грунта они могут преимущественно разрушать твердые комья и гравий в толще пласта, разрыхлять плотные слои грунта и нарушать общую целостность пласта, прокладывая путь для последующей работы скребков и дисковых резцов. Они специально адаптированы к композитным пластам, содержащим песчано-гравийные включения, чередующиеся мягкие и твердые условия или локальный гравий, что эффективно предотвращает перегрузку и быстрый износ какого-либо одного типа резца.

4. Краевой резец | Контроль качества формирования туннеля

Устанавливаются на наружном кольце резцовой головы, их основная функция — обрезка и защита калибра: корректировка контура проходки тоннеля для предотвращения уменьшения поперечного сечения, перебора или недобора. Они адаптированы ко всем сложным грунтам, особенно в неоднородных или склонных к обрушению пластах, где они могут стабилизировать размеры выработки тоннеля и гарантировать точность строительства.

II. Выбор по геологии! Наиболее полное руководство по соответствию условиям

В подземном строительстве геология диктует выбор. Основной принцип выбора всех фрез: адаптироваться к местным условиям и подстраиваться под конкретные потребности. Поскольку твёрдость, влажность и уровень примесей различаются в разных пластах, соответствующие схемы конфигурации фрез кардинально отличаются.

1. Пласт мягкого грунта (глина, ил, илистый грунт)

Грунт в этом пласте рыхлый и мягкий, не содержит твёрдых примесей и обладает высокой пластичностью, поэтому не требует высокопрочных фрез для разрушения породы.

2. Песчано-галечный горизонт

Грунт рыхлый, содержит большое количество гравия и гальки и обладает высокой абразивностью, что делает резцы крайне подверженными износу и сколам.

3. Страта выветренной породы (полностью выветренная, сильно выветренная)

Страта состоит из смешанной породы и грунта, неоднородной твёрдости и нарушенных структур. Это типичное сложное рабочее условие, к которому едва ли может адаптироваться один тип фрезы.

4. Среднетвёрдые и твёрдые породные пласты

Породный слой обладает высокой твёрдостью, высокой целостностью и большой сложностью резания, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к стойкости резцов к сжатию и ударным нагрузкам.

5. Смешанный грунт (чередование грунта, породы и гальки)

Это наиболее проблемное и склонное к неполадкам условие работы в строительстве. Геологические изменения нерегулярны, что предъявляет строгие требования к комплексным характеристикам резцов.

III. Избегание ошибок! Распространённые заблуждения при выборе резцов

Коренная причина перерасхода бюджета и задержек сроков во многих строительных проектах кроется в ошибочных представлениях при выборе. Инженерно-технические специалисты должны избегать этих 3 часто встречающихся ошибок:

IV. Премиальный выбор резцов — это не просто подбор под грунт

Профессиональный выбор резцов для проходческого щита никогда не сводится к простому подбору категорий резцов. Необходимо также учитывать материалы и технологии, конструктивное исполнение, условия работы проекта, а также последующую эксплуатацию и техническое обслуживание.

Высококачественные ножи щитов используют электрошлаковый переплав для очистки сырья в сочетании с процессами штамповки на 10 000-тонном прессе и вакуумной термической обработки. Получаемые кольца ножей обладают плотной и однородной структурой, обеспечивающей баланс твёрдости и вязкости. По сравнению с обычными ножами их износостойкость и ударопрочность существенно повышены, а срок службы увеличен более чем на 30%. Одновременно могут быть изготовлены дифференцированные схемы компоновки ножей в соответствии с параметрами режущей головки проекта, скоростями проходки и размерами поперечного сечения, что делает их пригодными для строительства тоннелей сверхбольшого диаметра, большой протяжённости и высокой сложности. [1]

Заключительные замечания

Хотя щитовые фрезы малы, они являются «аксессуарами жизнеобеспечения» подземного строительства. Точный выбор = снижение затрат + повышение эффективности + обеспечение безопасности. Правильная конфигурация фрез может сделать проходку щитом вдвое эффективнее при тех же усилиях, обходя большинство строительных трудностей.

Универсальной схемы для подземного строительства не существует — есть только оптимальная адаптация. Глубоко занимаясь областью щитовых резцов на протяжении многих лет и опираясь на опыт тысяч тоннелестроительных проектов, мы можем предложить индивидуально разработанные решения: подбор резцов, вспомогательные конфигурации, а также руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию — комплексные решения для всех сценариев, включая мягкие грунты, песчано-гравийные, твёрдые скальные и композитные породы, всемерно помогая крупным тоннельным и метрополитеновским проектам добиваться эффективной реализации и качественной сдачи.