An improved soil abrasion testing method for shield tunnelling based on LCPC
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摘要: 法国桥梁道路实验室磨蚀性（Labroatoire Central de Ponts et Chaussées，LCPC）试验是测试土体磨蚀性的一种常用方法，但现有LCPC试验在评估盾构隧道土体磨蚀性时存在土体颗粒有效破碎率高、测试过程中颗粒级配变化较大等问题。鉴于此，采用圆形测试钢片替代原有矩形测试钢片，并进行对比试验。结果表明：改进后的圆形测试钢片比原有矩形测试钢片导致的土样颗粒有效破碎率大幅降低，提高了土样在LCPC试验过程中颗粒级配的稳定性；改进后的圆形测试钢片在测试过程中的磨损以磨粒磨损为主，有效剔除了冲击磨损，更符合盾构隧道工程特点；在以磨粒磨损为主时，2种测试条件下的磨损指数（LCPC abrasivity coefficient，LAC）值换算关系为LAC矩=0.93LAC圆，其中LAC矩为矩形钢片测试条件下的LAC值，LAC圆为圆形钢片测试条件下的LAC值；改进后的试验方法准确评估了北京地铁19号线右安门外站—牛街站区间和大兴国际机场线3#风井—草桥站区间的圆砾卵石地层的磨蚀性。本研究对于提高LCPC试验方法评价盾构隧道土体磨蚀性的准确性提供了重要途径。Abstract: The Labroatoire Central de Ponts et Chaussées (LCPC) test is a commonly used method to test the abrasivity of soil, however, the existing LCPC tests have some shortcomings in evaluating the abrasivity of shield tunnel soil, such as the high effective breakage rate of soil particles and large changes in particle size distribution during testing. In view of this, a circular steel sheet is used to replace the original rectangular steel sheet, and a comparative test is carried out. The test results show that the improved circular steel sheet significantly reduces the effective breakage rate of soil samples compared with the rectangular steel sheet, and improves the stability of particle size distribution in the LCPC test. The wear of the circle steel sheet in the test process is mainly abrasive wear, which effectively eliminates the impact wear and is more in line with the characteristics of shield tunnel engineering. The analysis shows that the conversion relationship between the two LCPC abrasivity coefficients is LAC矩=0.93LAC圆 when abrasive wear is the main wear. The improved testing method accurately evaluates the abrasivity of the pebble layer crossed by the shield tunnel sections Youanmen-Niujie of Beijing Subway Line 19 and 3# Fengjing-Caoqiao of the Beijing Daxing International Airport Line. This study improves the accuracy of the LCPC test method in evaluating the soil abrasion of shield tunnel.
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Keywords:
- LCPC abrasivity test /
- shield tunnel /
- soil abrasivity /
- particle breakage /
- cutting tool wear
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土体磨蚀性是指土体与金属器具（如盾构刀具）相互作用时，土体对金属器具的磨损程度。强磨蚀性的土体（如：卵石、圆砾等）会造成盾构刀具的严重磨损，这不仅影响工程进度，也会导致工程成本的增加[1 − 3]。因此准确测试土体的磨蚀性，对于预测刀具寿命[4 − 6]，合理确定换刀位置，降低工程成本有着重要意义[7 − 9]。
目前国际上关于土体磨蚀性的测试方法有标准磨蚀性试验（soil abrasion testing，SAT）[10 − 11]、软土磨蚀性试验（soft ground abrasion tester，SGAT）[12]、磨蚀性试验系统（soil abrasion testing system，SATS）[13]、宾州州立大学土体磨蚀性试验（Penn State soil abrasion index，PSAI）[14]、法国桥梁道路实验室磨蚀性（Labroatoire Central de Ponts et Chaussées，LCPC）试验[15 − 17]。其中应用最广泛的是LCPC试验[18 − 19]，主要原因是LCPC试验建立了基于磨损指数（LCPC abrasivity coefficient，LAC）值的磨蚀性强弱评价标准，这是其他试验所不具备的，因此目前评价土体磨蚀性大多还是基于LCPC试验[20 − 23]。
部分学者基于LCPC试验，研究了土体矿物成分、粒径、颗粒形状、含水率等因素对磨蚀性的影响[24 − 25]。Hashemnejad等[26]研究发现LAC值与矿物含量有着很好的线性关系，磨蚀性矿物含量高或等效石英含量（equivalent quartz content，EQC）较高的土样LAC值较高，磨蚀性较强。Hamzaban等[27]研究发现影响土体磨蚀性的主要因素是土体粒径分布，并讨论了细颗粒和含水率及应力大小对磨蚀性的影响。Kahraman等[28]讨论了土体颗粒结构参数对LAC值的影响，在研究过程中分析了3个颗粒参数（平均直径、纵横比、圆度）与LAC值的关系。Sun等[29]研究了不同颗粒级配、含水率对LAC值的影响，发现在等效石英含量不变的情况下影响土样磨蚀性的主要因素为颗粒级配和含水率。
然而采用LCPC试验来测试盾构隧道土体的磨蚀性，存在较大的不足，即LCPC测试过程中电机转速达到4500 rpm（转/分钟），高转速的测试钢片将土体颗粒在短时间内大量破碎，测试过程中土体的级配发生了很大改变，严重影响了测试的准确性。因此，本文提出了一种改进的圆形钢片LCPC测试方法，并与常规矩形钢片LCPC试验进行了对比，最后，结合现场实际工程的刀具磨损情况证明了改进LCPC试验在评估盾构刀盘和刀具磨蚀性的准确性。
1. LCPC试验及存在的不足
1.1 LCPC试验
LCPC试验是由法国桥梁和道路实验室建立的一套试验方法，用于测试土体的磨蚀性。试验仪器如图1所示，配备一台功率为750 W的驱动电机，驱动固定在旋转轴上的测试钢片以4500 rpm的转速在装有（500±2）g土体的容器内旋转5 min，然后采用高精度天平（精度为0.1 mg）对测试前后钢片称重。称重前对钢片进行超声波清洗及烘干以去除钢片表面附着的土颗粒。LCPC试验采用LAC值作为土样的磨蚀性评价指标，LAC计算方法如式（1）所示：
LAC = m0−mM (1) 式中：m0——试验前钢片的质量/g；
m——试验后钢片的质量/g；
M——土样的质量/t。
测试钢片尺寸为50 mm × 25 mm × 5 mm，由洛氏硬度为65 HRB的标准钢制成，如图1（b）所示。基于LAC值的土体磨蚀性强度判断标准如表1所示。
LAC值 磨蚀性强度 >2000 超高的磨蚀性 1250～2000 高磨蚀性 500～1250 较高的磨蚀性 250～500 一般的磨蚀性 50～250 微小的磨蚀性 0～50 没有磨蚀性 1.2 LCPC试验存在的不足
为进一步分析LCPC试验过程中土体的颗粒级配变化情况，选取北京地铁19号线06标右安门外站—牛街站区间（以下简称“右—牛区间”）盾构始发井处的圆砾卵石地层进行试验。由于LCPC试验粒径不能超过10 mm，因此将原状土样中粒径大于10 mm的土体采用等质量的8～10 mm粒径土颗粒替换。
LCPC试验测试过程中的颗粒级配变化情况及LAC值如表2所示，图2显示了颗粒级配曲线随测试时间的变化情况。由表2和图2可知，在试验过程中，颗粒级配发生了明显的变化，尤其是在前0.5 min内，颗粒级配曲线变化最明显。
表 2 LCPC试验过程中土体颗粒级配变化及LAC值Table 2. Change of soil particle size and LAC value during LCPC test测试时间
/minLAC值
/（g·t−1）土样
质量/g不同粒径土颗粒质量/g <0.075 mm 0.075～
<0.25 mm0.25～
<0.5 mm0.5～
<1 mm1～
<2 mm2～
<4 mm4～
<5 mm5～
<6.5 mm6.5～
<8 mm8～
10 mm0 0 500 12 17 34 65 47 29 14 25 31 226 0.5 111.97 499 33 32 40 55 43 31 24 41 69 131 1 193.60 499 47 37 49 51 46 34 30 49 70 86 2 336.29 498 61 42 52 58 42 43 31 39 56 74 3 453.87 497 69 43 61 64 50 40 35 35 45 55 5 633.93 496 77 45 72 74 39 47 31 24 42 45 ![]()
图 2 颗粒级配曲线随试验时间的变化情况Figure 2. Variation of particle size distribution with different test times图3显示了测试后钢片的磨损情况，可以发现钢片的主要磨损区域在4个边角处，矩形钢片的边角处在高速旋转过程中，与土样中大粒径颗粒发生剧烈碰撞，导致了土样颗粒的破碎。
由于LCPC试验过程中土体颗粒级配在测试前后变化明显，而颗粒级配是影响LAC值的一项重要因素[29]，因此现有LCPC试验方法影响了土体磨蚀性测试的准确性，需要优化。
2. 改进LCPC试验及试验方案
2.1 改进LCPC试验
导致LCPC试验过程中大量土颗粒破碎的主要原因是测试矩形钢片边角对土体颗粒的撞击，因此将LCPC试验中尺寸为50 mm × 25 mm × 5 mm（图1）的矩形测试钢片，替换为直径d=50 mm、厚度h=5 mm圆形测试钢片（图4），2种钢片材质相同，均由洛氏硬度为65 HRB的标准钢制成，2种测试钢片的形状及质量等参数如表3所示。
表 3 测试钢片形状及质量参数Table 3. Test steel sheet shape and quality parameters种类 尺寸/mm 表面积/mm2 体积/mm3 质量/g 矩形钢片 长50，宽25，厚5 3183.7 12168.3 47.0±0.3 圆形钢片 直径50，厚5 4643.7 19293.3 73.7±0.3 优化后的圆形测试钢片在与1.2节相同初始试验条件下进行试验，磨损情况如图4（b）所示，主要体现为土样与钢片摩擦产生的划痕磨损，在原本光滑的表面上产生了形似年轮状的圆形划痕。
2.2 土体材料
本次试验采用的土样取自北京地铁19号线右—牛区间盾构始发井处的圆砾卵石地层（土样与1.2节的试验土样相同）。对现场取回的土样进行烘干，然后对干燥的土样进行筛分，筛分后的土样被分为11种组分的颗粒，具体分组见表4。
表 4 试验方案及结果Table 4. Test scheme and results组别 不同粒径土颗粒质量/g LAC值/（g·t−1） 有效破碎率/% <0.075 mm 0.075～
<0.25 mm0.25～
<0.5 mm0.5～
<1 mm1～
<2 mm2～
<4 mm4～
<5 mm5～
<6.5 mm6.5～
<8 mm8～
10 mmLAC矩 LAC圆 k 矩形 圆形 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 500 841.71 322.89 2.61 39.7 3.3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 500 0 665.37 201.11 3.31 35.7 2.9 3 0 0 0 0 0 0 0 500 0 0 555.33 127.53 4.36 29.6 5.2 4 0 0 0 0 0 0 500 0 0 0 343.10 119.40 2.87 28.3 4.9 5 0 0 0 0 0 500 0 0 0 0 201.53 59.30 3.40 24.4 4.2 6 0 0 0 0 500 0 0 0 0 0 97.53 56.47 1.73 12.9 2.4 7 0 0 0 500 0 0 0 0 0 0 47.79 52.53 0.91 7.2 0.6 8 20 20 60 400 0 0 0 0 0 0 45.61 50.46 0.90 3.4 0.1 9 25 25 100 350 0 0 0 0 0 0 38.22 39.70 0.96 2.8 0.1 10 30 50 120 300 0 0 0 0 0 0 35.84 38.13 0.94 1.4 0.1 11 12 17 34 65 47 29 14 25 31 226 633.93 154.47 4.10 32.8 3.0 注：LAC矩为矩形钢片测试条件下的LAC值；LAC圆为圆形钢片测试条件下的LAC值；k为LAC矩与LAC圆的比值。 2.3 试验方案及试验结果
为验证改进方案的效果，进行对比试验，在其他条件均相同的情况下，分别对圆形测试钢片和矩形测试钢片进行试验，将粒径大小分为11个测试组（表4），第1—7组为单一粒径组，第8—10组为小粒径组，第11组为原状土样粒径组（原状土体，超过10 mm粒径部分采用8～10 mm粒径等质量替换）。将这11组土样分别进行LCPC试验以获取LAC值，为确保试验的准确性，每组颗粒级配进行3次试验并取平均值作为最终试验结果（表4）。
3. 试验结果分析
3.1 有效破碎率对比分析
根据Hardin[31]有效破碎率算法，计算得出第1—11组试验后的土样颗粒破碎率，如表4及图5所示。试验结果表明，圆形钢片测试条件下的土体颗粒破碎率均明显低于矩形钢片。在第1—7组单一粒径组中，第1组8～10 mm粒径土样在矩形钢片测试条件下，破碎率高达39.7%，而圆形钢片测试条件下土样颗粒的破碎率仅为3.3%，破碎率下降了36.4%。圆形钢片测试条件下土样颗粒破碎率除第3组为5.2%外，其余组均低于5%，第7组最低仅为0.6%。
在第8—10组小粒径组中，随着细颗粒在土样中的占比提高，2种钢片导致的土样颗粒破碎率均有所下降，矩形钢片分别为3.4%、2.8%、1.4%，但圆形钢片表现更优，破碎率低至0.1%。
在第11组原状粒径组中，对比之下圆形测试钢片的优势更加明显，矩形钢片测试条件下土样颗粒破碎率为32.8%，而圆形钢片测试条件下仅为3.0%，下降了29.8%，圆形钢片测试条件下土样颗粒有效破碎率更低。
从第1—11组试样的土样颗粒有效破碎率的对比来看，改进后的圆形测试钢片导致的土样颗粒有效破碎率大幅降低，提高了土样在LCPC试验过程中颗粒级配的稳定性。
3.2 LAC值对比分析
为进一步分析2种测试条件下LAC值的相关性，定义k为2种测试条件下LAC值的比值，即：k=LAC矩/LAC圆。基于表4和图5中k值的大小和土样有效破碎率的差异，有以下2种情况：
（1）第1—6组及第11组试样， LAC矩>LAC圆，且k在1.73～4.36之间。2种测试条件下的LAC值与有效破碎率密切相关，有效破碎率差异越大，LAC值差异越大。这7组试样中，矩形钢片测试条件下的土样有效破碎率较大（12.9%～39.7%），矩形测试钢片在高速旋转过程中与土颗粒发生撞击作用，不但击碎了土颗粒，也造成了矩形测试钢片的冲击磨损，因此矩形测试钢片除了受到摩擦作用的磨粒磨损外，还受到冲击磨损，导致磨损量大且LAC值高。而圆形测试钢片测试条件下的土样有效破碎率较小（2.4%～5.2%），圆形测试钢片的磨损以磨粒磨损为主，受到的冲击磨损较小，因此LAC值较小。
（2）第7—10组试样， LAC矩<LAC圆，k在0.90～0.96之间。7—10组试样细颗粒含量较大，矩形钢片和圆形钢片测试条件下的土样有效破碎率均较低（矩形测试钢片为1.4%～7.2%，圆形测试钢片为0.1%～0.6%），2种测试钢片的磨损均以磨粒磨损为主，由于圆形测试钢片的表面积大于矩形测试钢片（表3），因此磨损区域更大，导致LAC值略大。对比第7—10组试样，k基本稳定在0.90～0.96之间，平均值为0.93，因此在以磨粒磨损为主时，2种测试条件下的换算关系可以表示为：
LAC矩=0.93LAC圆 (2) 实际盾构隧道工程中，盾构刀盘转速范围一般在0～2.8 rpm，除非遇到大粒径的漂石，在一般的土体中盾构刀具与土体以摩擦作用为主，刀具的磨损主要为磨粒磨损。对比分析这11组试样在2种测试条件下的LAC值可以发现，改进后的圆形测试钢片在测试过程中的磨损以磨粒磨损为主，有效剔除了冲击磨损，其测试结果更加准确，也更符合盾构隧道工程特点。
4. 工程应用
4.1 北京地铁19号线
北京地铁19号线06标右—牛区间全长2 231 m，区间隧道采用圆形预制钢筋混凝土管片结构，错缝拼装，弧形螺栓连接，管片厚度300 mm、宽度1200 mm、内直径5800 mm、外直径6400 mm。右—牛区间采用2台配置一样的土压平衡盾构由右安门外站北侧的始发井始发，盾构刀盘开挖直径6688 mm，刀盘由4根主辐条（辐条1、3、5、7）和4根副辐条（辐条2、4、6、8）组成，开口率52%，盾构刀盘及刀具布置如图6所示。盾构刀具主要包括：中心刀（刀高380 mm）、高撕裂刀（刀高180 mm）、低撕裂刀（刀高150 mm）、高刮刀（刀高127 mm，布置于主辐条上）、低刮刀（刀高100 mm，布置于副辐条上）。
右—牛区间盾构隧道穿越地层主要为圆砾卵石⑤层中粗砂充填，圆砾粒径一般在0.5～2 cm，最大4 cm，卵石粒径一般在3～5 cm，最大12 cm，圆砾卵石质量分数约65%，现场开挖出的圆砾卵石⑤层如图7所示。
为测试地层的磨蚀性，在盾构始发井开挖时，取盾构隧道穿越的圆砾卵石⑤层原状土进行LCPC试验，测试结果见表4（表4中第11组试样即为原状土样），在矩形钢片测试条件下该地层LAC矩=633.93，根据表1的磨蚀性判别标准为较高的磨蚀性地层。但圆形钢片测试条件下该地层LAC圆 = 154.47，根据式（2）换算为LAC矩 = 0.93×154.47= 143.66，参考表1标准属于微小磨蚀性地层。实际工程中，采用了圆形钢片的测试结果，未对盾构刀具进行更换及检修，2台盾构均一次性掘进完成2 231 m长的隧道。
选取右—牛区间右线盾构刀具磨损量进行分析，取每个轨迹上所有撕裂刀和刮刀磨损量的平均值作为这个轨迹上刀具的磨损量，高撕裂刀、低撕裂刀、高刮刀、低刮刀的磨损量规律如图8所示。高撕裂刀最大磨损量45 mm、低撕裂刀最大磨损量31 mm，均小于撕裂刀的硬质合金块高度55 mm，高刮刀最大磨损量19 mm，低刮刀磨损最大磨损量仅5 mm，也均小于刮刀硬质合金块高度35 mm，可见整个区间隧道掘进完成后，刀具的磨损仍然有富余量，地层磨蚀性的判断准确。由图8可知，高撕裂刀、低撕裂刀及高刮刀的磨损量与安装半径有良好的线性关系，安装半径越大，该处刀具的轨迹越长，因此磨损量越大，符合磨粒磨损的特性[29]。而低刮刀磨损量比较小且与安装半径线性关系不强，主要是由于高刮刀磨损量较小最大仅19 mm，高刮刀与低刮刀的高差27 mm，因此低刮刀一直低于高刮刀，低刮刀在掘进过程中并未参与工作，所以磨损量较小。
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图 8 右—牛区间不同安装半径刀具磨损量Figure 8. Cutter wear with different cutter head radius of sectionYou-Niu4.2 北京地铁大兴国际机场线
北京地铁大兴国际机场线08标3#风井—草桥站盾构区间（以下简称3—草区间）隧道全长3 065 m，管片外径8.8 m、内径7.9 m、环宽1.6 m。采用2台直径9.15 m的土压平衡盾构施工，盾构从3#风井始发向草桥站掘进，右线在前，左线在后。左、右线2台盾构均为铁建重工制造，配置完全一样，辐条式刀盘，开口率60%，刀盘结构及刀具布置如图9所示。盾构撕裂刀分2层布置，高撕裂刀刀高175 mm，低撕裂刀刀高145 mm，刮刀刀高125 mm。
3—草区间隧道穿越主要地层为卵石⑦层，卵石一般粒径2～6 cm，揭露最大粒径约10 cm，亚圆形，粒径大于2 cm颗粒的质量占总质量的75%，局部为圆砾，中粗砂填充。
3#风井施工时，取盾构穿越的原状卵石⑦层进行LCPC测试，在矩形钢片测试条件下该地层LAC矩=1 050.68，根据表1属于较高的磨蚀性地层。圆形钢片测试条件下该地层LAC圆 =483.39，根据式（2）换算为LAC矩=0.93×483.39= 449.55，根据表1属于一般的磨蚀性地层。
实际盾构施工过程中，初期采用了矩形钢片的测试结果，认为地层磨蚀性较高，最初规划每隔600 m设置一个盾构换刀检修井，右线第一个检修井位于380环（608 m），但盾构到达检修井后发现刀具磨损很小，最外侧撕裂刀磨损量最大仅18 mm，低撕裂刀最大磨损量约5 mm，刮刀基本没有磨损，鉴于刀具磨损量较小，因此没有进行刀具的更换。
鉴于右线盾构在第一个检修井刀具磨损量小，可见地层的磨蚀性并不强，矩形钢片的测试结果与实际存在较大偏差，导致换刀距离判断失误。因此考虑圆形钢片的测试结果，将地层评价为一般的磨蚀性地层，将原先每隔600 m设置一个换刀检修井调整为仅在隧道中间处设置一个检修井，检修井位于948环（1516.8 m），右线盾构到达中间检修井后，刀具磨损量如图10所示。高撕裂刀最大磨损量53 mm，低撕裂刀最大磨损量31 mm，刮刀最大磨损量15 mm，撕裂刀硬质合金高度55 mm，高撕裂刀基本达到磨损极限，刮刀硬质合金高度35 mm，刮刀磨损量较小尚未磨损到一半。盾构到达中间检修井后对高撕裂刀全部进行了更换，对磨损量超过20 mm的低撕裂刀进行了更换，没有更换刮刀。换完刀后的盾构从中间换刀井成功掘进1548.2 m到达草桥站接收。
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图 10 3—草区间不同安装半径刀具磨损量Figure 10. Cutter wear with different cutterhead radiusofsection3—Cao通过北京大兴国际机场线08标3—草区间的工程实例很好地证明了，圆形钢片的测试结果能更准确地反映地层的磨蚀性，便于准确预估换刀井距离，避免过多设置换刀井，造成工程成本的增加。
5. 结论
（1）改进后的圆形测试钢片比原有矩形测试钢片导致的土样颗粒有效破碎率大幅降低，提高了土样在LCPC试验过程中颗粒级配的稳定性。
（2）改进后的圆形测试钢片在测试过程中的磨损以磨粒磨损为主，有效剔除了冲击磨损，分析得到在以磨粒磨损为主时，2种测试条件下的换算关系为LAC矩=0.93LAC圆。改进后的测试方法，相比矩形测试钢片，结果更加准确，也更符合盾构隧道工程特点。
（3）基于改进后的LCPC试验对北京地铁19号线06标右—牛区间和北京地铁大兴国际机场线08标3—草区间圆砾卵石层的磨蚀性进行了准确判定，工程应用效果良好。
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图 2 颗粒级配曲线随试验时间的变化情况
Figure 2. Variation of particle size distribution with different test times
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图 8 右—牛区间不同安装半径刀具磨损量
Figure 8. Cutter wear with different cutter head radius of sectionYou-Niu
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图 10 3—草区间不同安装半径刀具磨损量
Figure 10. Cutter wear with different cutterhead radiusofsection3—Cao
表 1 LAC值与磨蚀性强度判断标准[15 − 17,29,30]
Table 1 LAC value and standard for judging abrasive[15 − 17,29,30]
LAC值 磨蚀性强度 >2000 超高的磨蚀性 1250～2000 高磨蚀性 500～1250 较高的磨蚀性 250～500 一般的磨蚀性 50～250 微小的磨蚀性 0～50 没有磨蚀性 
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表 2 LCPC试验过程中土体颗粒级配变化及LAC值
Table 2 Change of soil particle size and LAC value during LCPC test
测试时间
/minLAC值
/（g·t−1）土样
质量/g不同粒径土颗粒质量/g <0.075 mm 0.075～
<0.25 mm0.25～
<0.5 mm0.5～
<1 mm1～
<2 mm2～
<4 mm4～
<5 mm5～
<6.5 mm6.5～
<8 mm8～
10 mm0 0 500 12 17 34 65 47 29 14 25 31 226 0.5 111.97 499 33 32 40 55 43 31 24 41 69 131 1 193.60 499 47 37 49 51 46 34 30 49 70 86 2 336.29 498 61 42 52 58 42 43 31 39 56 74 3 453.87 497 69 43 61 64 50 40 35 35 45 55 5 633.93 496 77 45 72 74 39 47 31 24 42 45
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表 3 测试钢片形状及质量参数
Table 3 Test steel sheet shape and quality parameters
种类 尺寸/mm 表面积/mm2 体积/mm3 质量/g 矩形钢片 长50，宽25，厚5 3183.7 12168.3 47.0±0.3 圆形钢片 直径50，厚5 4643.7 19293.3 73.7±0.3
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表 4 试验方案及结果
Table 4 Test scheme and results
组别 不同粒径土颗粒质量/g LAC值/（g·t−1） 有效破碎率/% <0.075 mm 0.075～
<0.25 mm0.25～
<0.5 mm0.5～
<1 mm1～
<2 mm2～
<4 mm4～
<5 mm5～
<6.5 mm6.5～
<8 mm8～
10 mmLAC矩 LAC圆 k 矩形 圆形 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 500 841.71 322.89 2.61 39.7 3.3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 500 0 665.37 201.11 3.31 35.7 2.9 3 0 0 0 0 0 0 0 500 0 0 555.33 127.53 4.36 29.6 5.2 4 0 0 0 0 0 0 500 0 0 0 343.10 119.40 2.87 28.3 4.9 5 0 0 0 0 0 500 0 0 0 0 201.53 59.30 3.40 24.4 4.2 6 0 0 0 0 500 0 0 0 0 0 97.53 56.47 1.73 12.9 2.4 7 0 0 0 500 0 0 0 0 0 0 47.79 52.53 0.91 7.2 0.6 8 20 20 60 400 0 0 0 0 0 0 45.61 50.46 0.90 3.4 0.1 9 25 25 100 350 0 0 0 0 0 0 38.22 39.70 0.96 2.8 0.1 10 30 50 120 300 0 0 0 0 0 0 35.84 38.13 0.94 1.4 0.1 11 12 17 34 65 47 29 14 25 31 226 633.93 154.47 4.10 32.8 3.0 注：LAC矩为矩形钢片测试条件下的LAC值；LAC圆为圆形钢片测试条件下的LAC值；k为LAC矩与LAC圆的比值。
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[1] 周建军,宋佳鹏,谭忠盛. 砂卵石地层地铁盾构盘形滚刀磨蚀性研究[J]. 土木工程学报,2017,50(增刊1):31 − 35. [ZHOU Jianjun,SONG Jiapeng,TAN Zhongsheng. Study on abrasive properties of shielded hob in subway shield of sandy gravel formation[J]. China Civil Engineering Journal,2017,50(Sup 1):31 − 35. (in Chinese with English abstract) ZHOU Jianjun, SONG Jiapeng, TAN Zhongsheng. Study on abrasive properties of shielded hob in subway shield of sandy gravel formation[J]. China Civil Engineering Journal, 2017, 50（Sup 1）: 31 − 35. （in Chinese with English abstract）
[2] 付钊,柯宁静,卢康明,等. 深埋小净距多线平行盾构掘进相互作用分析[J]. 水文地质工程地质,2021,48(2):44 − 54. [FU Zhao,KE Ningjing,LU Kangming,et al. An analysis of interaction of deep buried close approaching multi-line parallel shield tunneling[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2021,48(2):44 − 54. (in Chinese with English abstract) FU Zhao, KE Ningjing, LU Kangming, et al . An analysis of interaction of deep buried close approaching multi-line parallel shield tunneling[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2021 ,48 （2 ）:44 −54 . （in Chinese with English abstract）[3] 胡焕校,杨万松,孙端阳. 长沙板岩地层地铁盾构施工渣土改良试验研究[J]. 水文地质工程地质,2018,45(4):100 − 107. [HU Huanxiao,YANG Wansong,SUN Duanyang. Soil conditioning test for EPB shield tunneling in slate stratum in the Changsha region[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2018,45(4): 100 − 107. (in Chinese with English abstract)
[4] 杨志勇,王霆,江玉生. 无水砂卵石地层土压平衡盾构主动换刀技术研究[J]. 现代隧道技术,2016,53(1):147 − 152. [YANG Zhiyong,WANG Ting,JIANG Yusheng. Active cutter replacement techniques for EPB shield tunnelling in a waterless sandy cobble stratum[J]. Modern Tunnelling Technology,2016,53(1):147 − 152. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.13807/j.cnki.mtt.2016.01.022 YANG Zhiyong, WANG Ting, JIANG Yusheng . Active cutter replacement techniques for EPB shield tunnelling in a waterless sandy cobble stratum[J]. Modern Tunnelling Technology,2016 ,53 （1 ）:147 −152 . （in Chinese with English abstract） DOI: 10.13807/j.cnki.mtt.2016.01.022[5] 杨育. 厦门轨道交通3号线跨海段盾构滚刀磨损预测[J]. 隧道建设(中英文),2018,38(增刊1):182 − 187. [YANG Yu. Prediction of disc cutter wear of shield used in sea-crossing section on Xiamen rail transit line No. 3[J]. Tunnel Construction,2018,38(Sup 1):182 − 187. (in Chinese with English abstract) YANG Yu. Prediction of disc cutter wear of shield used in sea-crossing section on Xiamen rail transit line No. 3[J]. Tunnel Construction, 2018, 38（Sup 1）: 182 − 187. （in Chinese with English abstract）
[6] 蔡昱,祝和意,杨小玉,等. 引汉济渭秦岭隧洞高磨蚀性硬岩TBM滚刀磨损试验研究[J]. 隧道建设(中英文),2018,38(9):1579 − 1584. [CAI Yu,ZHU Heyi,YANG Xiaoyu,et al. Experimental study of disc cutter abrasion of TBM used in Qinling tunnel of Hanjiang River-Weihe River water conveyance project with high abrasive hard rock[J]. Tunnel Construction,2018,38(9):1579 − 1584. (in Chinese with English abstract) CAI Yu, ZHU Heyi, YANG Xiaoyu, et al . Experimental study of disc cutter abrasion of TBM used in Qinling tunnel of Hanjiang River-Weihe River water conveyance project with high abrasive hard rock[J]. Tunnel Construction,2018 ,38 （9 ）:1579 −1584 . （in Chinese with English abstract）[7] 潘涛. 软土地区双线区间盾构隧道施工对周边地表以及建筑物沉降的影响[J]. 水文地质工程地质,2022,49(1):101 − 108. [PAN Tao. Influences of double-track shield tunnel construction on settlements of adjacent ground and buildings in a soft soil area[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2022,49(1):101 − 108. (in Chinese with English abstract) PAN Tao . Influences of double-track shield tunnel construction on settlements of adjacent ground and buildings in a soft soil area[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2022 ,49 （1 ）:101 −108 . （in Chinese with English abstract）[8] 苏永华,王栋. 基于离散元法的砂石混合体直剪试验结果分析[J]. 水文地质工程地质,2021,48(6):97 − 104. [SU Yonghua,WANG Dong. An analysis of direct shear test results of sand-gravel mixture based on the discrete element method[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2021,48(6):97 − 104. (in Chinese with English abstract) SU Yonghua, WANG Dong . An analysis of direct shear test results of sand-gravel mixture based on the discrete element method[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2021 ,48 （6 ）:97 −104 . （in Chinese with English abstract）[9] 张晓平,唐少辉,吴坚,等. 苏通GIL综合管廊工程泥水盾构穿越致密复合砂层磨蚀性预测分析[J]. 工程地质学报,2017,25(5):1364 − 1373. [ZHANG Xiaoping,TANG Shaohui,WU Jian,et al. Prediction and analysis of abrasiveness of dense sandy stratum by slurry shield at Sutong GIL utility tunnel engineering[J]. Journal of Engineering Geology,2017,25(5):1364 − 1373. (in Chinese with English abstract) ZHANG Xiaoping, TANG Shaohui, WU Jian, et al . Prediction and analysis of abrasiveness of dense sandy stratum by slurry shield at Sutong GIL utility tunnel engineering[J]. Journal of Engineering Geology,2017 ,25 （5 ）:1364 −1373 . （in Chinese with English abstract）[10] NILSEN B,DAHL F,HOLZHAUSER J,et al. SAT:NTNU’s new soil abrasion test[J]. Tunnels and Tunnelling International,2006,38(5):43 − 45.
[11] JAKOBSEN P D,BRULAND A,DAHL F. Review and assessment of the NTNU/SINTEF Soil Abrasion Test (SAT™) for determination of abrasiveness of soil and soft ground[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2013,37:107 − 114. DOI: 10.1016/j.tust.2013.04.003
[12] JAKOBSEN P D,LANGMAACK L,DAHL F,et al. Development of the Soft Ground Abrasion Tester (SGAT) to predict TBM tool wear,torque and thrust[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2013,38:398 − 408. DOI: 10.1016/j.tust.2013.07.021
[13] ROSTAMI J,GHASEMI A,GHARAHBAGH E A,et al. Study of dominant factors affecting cerchar abrasivity index[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering,2014,47(5):1905 − 1919. DOI: 10.1007/s00603-013-0487-3
[14] ROSTAMI J,GHARAHBAGH E A,PALOMINO A M,et al. Development of soil abrasivity testing for soft ground tunneling using shield machines[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2012,28:245 − 256. DOI: 10.1016/j.tust.2011.11.007
[15] ABU BAKAR M Z,MAJEED Y,ROSTAMI J. Influence of moisture content on the LCPC test results and its implications on tool wear in mechanized tunneling[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2018,81:165 − 175. DOI: 10.1016/j.tust.2018.07.021
[16] HAMZABAN M T,JAKOBSEN P D,SHAKERI H,et al. Water content,effective stress,and rotation speed impact on the abrasivity of granular soils in LCPC test results[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2019,87:41 − 55. DOI: 10.1016/j.tust.2019.02.003
[17] ABU BAKAR M Z,MAJEED Y,RASHID M A,et al. Wear mechanisms of LCPC rock abrasivity test impellers of materials equivalent to TBM cutter head face tools[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2021,116:104122. DOI: 10.1016/j.tust.2021.104122
[18] 李潮. 砂卵石地层土压平衡盾构关键参数计算模型研究[D]. 北京:中国矿业大学(北京),2013. [LI Chao. Study on the calculation models of key parameters of the EPB shield machine in sandy cobble ground [D]. Beijing:China University of Mining and Technology (Beijing),2013. (in Chinese with English abstract) LI Chao. Study on the calculation models of key parameters of the EPB shield machine in sandy cobble ground [D]. Beijing: China University of Mining and Technology （Beijing）, 2013. （in Chinese with English abstract）
[19] HAMZABAN M T,TAVANA N H,JAKOBSEN P D,et al. The effect of the plastic behavior of clay particles on LCPC abrasive coefficient[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2019,92:103054. DOI: 10.1016/j.tust.2019.103054
[20] BARZEGARI G,UROMEIHY A,ZHAO Jian. A newly developed soil abrasion testing method for tunnelling using shield machines[J]. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology,2013,46(1):63 − 74. DOI: 10.1144/qjegh2012-039
[21] WEI Yingjie,YANG Yuyou,TAO Mingjiang. Effects of gravel content and particle size on abrasivity of sandy gravel mixtures[J]. Engineering Geology,2018,243:26 − 35. DOI: 10.1016/j.enggeo.2018.06.009
[22] GHARAHBAGH E A,QIU Tong,ROSTAMI J. Evaluation of granular soil abrasivity for wear on cutting tools in excavation and tunneling equipment[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2013,139(10):1718 − 1726. DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000897
[23] ALAVI G E,ROSTAMI J,TALEBI K. Experimental study of the effect of conditioning on abrasive wear and torque requirement of full face tunneling machines[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2014,41:127 − 136.
[24] GHARAHBAGH E A,ROSTAMI J,PALOMINO A M. New soil abrasion testing method for soft ground tunneling applications[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2011,26(5):604 − 613. DOI: 10.1016/j.tust.2011.04.003
[25] BARZEGARI G,UROMEIHY A,ZHAO Jian. Parametric study of soil abrasivity for predicting wear issue in TBM tunneling projects[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2015,48:43 − 57. DOI: 10.1016/j.tust.2014.10.010
[26] HASHEMNEJAD A,GHAFOORI M,AZALI S T. Utilizing water,mineralogy and sedimentary properties to predict LCPC abrasivity coefficient[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment,2016,75(2):841 − 851. DOI: 10.1007/s10064-015-0779-9
[27] HAMZABAN M T,MOHAMMADI N R S,JAKOBSEN P D. The effect of the particle size distribution curve on the abrasivity of non-cohesive soils in LCPC test[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2020,105:103573. DOI: 10.1016/j.tust.2020.103573
[28] KAHRAMAN S,FENER M,KÄSLING H,et al. The influences of textural parameters of grains on the LCPC abrasivity of coarse-grained igneous rocks[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2016,58:216 − 223. DOI: 10.1016/j.tust.2016.05.011
[29] SUN Zhengyang,YANG Zhiyong,JIANG Yusheng,et al. Influence of particle size distribution,test time,and moisture content on sandy stratum LCPC abrasivity test results[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment,2021,80(1):611 − 625. DOI: 10.1007/s10064-020-01927-3
[30] YANG Zhiyong,YANG Xing,DING Yanjie,et al. Characteristics of conditioned sand for EPB shield and its influence on cutterhead torque[J]. Acta Geotechnica,2022,17(12):5813 − 5828. DOI: 10.1007/s11440-022-01666-7
[31] HARDIN B O. Crushing of soil particles[J]. Journal of Geotechnical Engineering,1985,111(10):1177 − 1192. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9410(1985)111:10(1177)
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