盾构刀盘刀具管理与不同地层刀盘刀具应用.
盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响
盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响摘要:土压平衡式盾构机的刀盘具有切削、支撑、搅拌、土体改良等功能，因此在控制掘进效率、保持开挖面的稳定等方面起着决定性的作用。
盾构选型时必须结合地层的特殊性和通用性来确定刀盘型式、刀具的布置形式以及他们之间的组合方式。
刀盘结构的改造是为充分发挥不同地层条件下辐条式刀盘和面板式刀盘的独特优势，实现两者间的转换。
将面板式刀盘的六块面板的装配形式改为栓接加焊接的形式。
刀具布置形式优化是根据刀具的作用和运动轨迹对刀具的位置、形状进行合理的优化布置，增强刀具的切削能力、降低土体对刀具磨损进而达到保护刀盘本体，为盾构长距离掘进提供保障。
关键词:辐条式刀盘;面板式刀盘;刀盘结构设计;刀具布置形式前言伴随着我国城市化进程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断加大，城市交通呈急剧增长的态势，21世纪将是中国城市轨道交通的新纪元，经济发展将会伴随更大的都市化，地铁交通的建设将促使城市的发展，甚至成为一个急迫的任务。
盾构机在隧道施工中，通过刀盘刀具对前方土体进行切削，刀具与土体的适应程度至关重要。
盾构是集液、电、气于一体的大型机械化专用施工设备，目前应用最广泛的是闭胸式盾构，主要分为泥水式和土压平衡式。
土压平衡式盾构机在复杂多变的地质条件下，其刀盘的结构型式、刀盘的支撑形式、刀具的选型、刀具的布置将直接影响到设备掘进的效果。
刀盘刀具于前方土体不适应，将使盾构掘进非常缓慢甚至寸步难行，直接影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益。
由于刀具是易损件，消耗量大，如果只是依靠进口刀具不仅供货期长，而且成本高，所以使用国产刀具势在必行。
在掌握盾构刀具切削机理和深刻认识刀具磨损相关因素的基础上，针对不同的施工地质进行刀盘刀具的选择、刀具的布置等盾构掘进设备最关键、最核心的问题，进而实现盾构机的国产化就显得尤为必要。
1 刀盘的布置针对不同的地层情况以及设备等情况，盾构的刀盘形式有很多，其主要功能为以下儿点：（1）切削功能:刀盘旋转时，通过布置在刀盘上各种形式的刀具切削土体，并将切削下来的土体刮到土仓。
有关盾构刀具配置于刀盘设计的研究
有关盾构刀具配置于刀盘设计的研究摘要本文主要针对盾构的主要部件刀盘，进行了理论分析和机理的研究，根据不同的地质地表结构所选用的不同刀盘形式以及具体刀具的布置情况，通过实际施工过程中的试验实例进行说明刀具和刀盘设计的重要性，文章指出刀具不是是否合理是直接导致盾构设计成功的关键所在。
关键词盾构机；地质条件；刀具中图分类号p5 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）54-0153-02随着我国地铁隧道工程的快速发展，盾构挖掘隧道与铺设都得到了全面的发展。
盾构在掘进施工过程中对刀具的选择显得尤为重要，刀具选择的成功与否会直接影响到整个工程效益和施工期限。
根据笔者工作经验来看，隧道盾构施工过程中对刀具的选用一定要和当地的水文和地质条件紧密结合起来，针对一些特殊的地质地层，应该合理科学地对刀具做出选择。
所以说，如何才能做到最恰当的选择刀具和最合理地布置刀盘是技术人员必须考虑的问题。
1 刀具的工作原理分析盾构机的掘进切削装置都是由刀盘和刀具两个部分所组成。
盾构机最前方是切削刀盘，刀盘的功能就是切削土体以及对施工地层进行支撑，这样就能确保掘进面上的稳定性。
切削刀具主要功能就是进行切削掘进面上的土，通常情况下刀具都是安装在刀盘的正侧两面，刀具跟随刀盘的转动而转动，这样就实现了对土体的不断切削。
切削刀具最常见的有两种：第一种是刮刀（也有的是固定式齿刀）；第二种是盘形的滚刀。
滚刀是依据切削的运行轨迹和实际间距，具体安装在刀盘中，安装在刀盘上的滚刀要比刀盘面多出来几十公分。
掘进的时候，滚刀第一时间接触到地层，随着刀盘的不停旋转，就会对土体连续切削，由于刀盘受到正侧两个方向的切力压力，因此切力就会被动地进行旋转，从而就实现了对整个土体的挤压松动和切削。
1.1刮削刀具的工作机理由于受到刀盘的推力作用，当刮刀嵌如了岩层或岩渣中之后，刀盘就会带动整个刀具进行转动而不断地刮削前面的岩层，这样就能在在掌面出现一个个犁沟，其主要特点就是刀盘的转动过程中阻力比较大，如果是在一些软土地层或者是在滚刀已经破碎之后的渣土中进行刮刀开挖，渣土就会随着刮刀的正面不断进入到渣槽，所以刮刀不但具有切削的使用功能还同时具有装载的使用功能。
阐述盾构机刀盘刀具磨损与处理措施
阐述盾构机刀盘刀具磨损与处理措施在国内的很多工程中都对盾构法进行了应用，在解决恶劣地质构造时发挥着重要的作用。
但是，刀盘刀具磨损情况还长期的制约着该方法的有效发展，因此，文章以北京砂卵石地质构造为例，对盾构机刀盘刀具磨损与处理措施进行了分析与阐述。
进而为有关单位及工作人员提供一定的借鉴作用。
一、刀盘的磨损情况分析1、磨损现象分析在盾构隧道贯通后，需要检查、清洗盾构刀盘，这时，我们就可以发现有无磨损现象发生，通常情况下，盾壳和刀盘的间隙位置是最容易被磨损的，以整体角度出发，刀具和刀盘会展现出边缘侧板磨损和外周磨损大的情况，圆周中部和中心磨损小的情况。
具体磨损案例如下：首先，刀盘外圈周边容易出现磨损；其次，先行刀在刀盘辐板上容易被损坏，容易磨损先行刀安装基座，一旦这个部位没有注意，损坏会非常的严重；再次，通常会较深磨损刀盘面板，并且会有明显的凹陷存在于部分位置。
2、分析磨损因素在盾构推力的影响下，刀具会将一定的压力带给开挖面土体，在刀盘的转动下，会有摩擦出现在刀盘前方土砂和刀盘及刀具之间，进而就会出现磨损情况。
刀具磨损同刀具材质、地质条件、刀具的贯入度、时间等有关，并且随着不断增加的刀具掘削里程，在刀盘周边布置的刀具因为有较大的线速度、切削线路长，所以容折断、磨损快等情况。
当外周边刀具和周边刀被磨损了之后，这样就会相应的磨损到边缘侧板和外周边。
同时，在开挖时，会有将复杂的力施压到盾构刀盘刀具上面，恶劣工作环境以及盾构刀具所穿越的不同地层与磨损程度有着非常密切的联系，粉质砂土、粘质土和淤泥质砂土等地层不会过大的磨损刀具，而砂卵石土和砂土地层会加剧盾构刀具磨损，甚至还会造成盾构刀具崩齿，砂卵石地层在北京地区是一种分布非常广泛的地形地质，因此，在施工的过程中非常容易遇见，甚至还会夹杂着大粒径卵石和石块，所以，会较为严重的磨损到道具和刀盘。
二、具体的解决对策分析通过上述的分析能够发现，在北京砂卵石地层中进行掘进的过程中，对盾构机的刀具会经常的带来损害，并且，一旦刀具损坏跟换维修起来就会非常的吃力，并且，所花费的费用和时间也较多，因此，采取有效的方式避免或者降低这种损耗是非常必要的，因此，我们可以从以下几个方面入手来降低对刀盘的损耗。
地铁盾构机施工中的刀盘及刀具改造技术
地铁盾构机施工中的刀盘及刀具改造技术摘要：盾构法是地铁区间隧道施工常用的方法，地质水文适应能力强，对地面交通影响很小，对施工周边环境的振动和噪声等干扰较小，地面沉降控制比较好，对周边地下管线、地面建筑物和构筑物及周围环境的影响比较小，施工速度比较快，工程质量比较高。
关键词：地铁盾构机；施工；刀盘；刀具；改造刀盘是盾构的主要工作部件，不同地质地层应采用不同的刀盘结构形式及刀具布置，刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败，影响盾构掘进的速度和效益，甚至关系到盾构施工的成败。
一、刀具工作原理1.刮削类刀具的工作原理。
在刀盘推力的作用下，刮刀嵌如岩渣或岩层中，刀盘带动刀具转动时刮削岩层，在掌子面形成一环环犁沟，特点是效率高，刀盘转动阻力大。
在软土地层或滚刀破碎后的渣土通过刮刀进行开挖，渣土随刮刀正面进入渣槽，因此刮刀既具有切削的功能也具有装载的功能2.盘形滚刀工作原理。
刀盘在纵向油缸施加的推力作用下，使其上的盘形滚刀压入岩石；刀盘在旋转装置的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转，同时各滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩面上连续滚压。
刀盘施加给刀圈推力和滚动力（转矩），推力使刀圈压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体。
二、施工中的刀盘修复和改造1.施工过程中发生的刀具和刀盘严重磨损，北京地铁某标段从第2个区间开始隧道掘进施工，第2个区间完成后，盾构机再掘进施工第1个区间。
盾构机在第2个区间始发后，当掘进至在282环开始，推进速度放慢，推力和扭矩增大，泡沫注入量开始增大;掘进至287环时，推进速度明显减缓，刀盘扭矩增大，泡沫注入量大量增加，渣土温度较高，推进耗时约219分钟;至288环时，刀盘扭矩快速剧烈上升，推进停止。
经过分析，发生此现象的主要原因可能是之前在黏土和圆砾层掘进中，黏土在刀盘中部黏结，在挤压和相互间摩擦的作用下，膨润土、泡沫和地层中的砂石黏土在刀盘中部发生固结，刀盘开口率逐渐减小。
在第287和288两环的施工过程中，刀盘开口率迅速减小，造成排土不畅，扭矩和推力增大。
不同地质条件下盾构刀具的选用
每一个城市都有其特定地质条件，城市地下空间开发与地质及水文条件密不可分。
隧道施工会针对地质条件选择具有针对性的盾构机，以确保施工安全性与经济性。
刀盘刀具作为盾构机上的关键部件，其设计选型要求会更高、更严谨。
本文将结合已有的设计及国内施工经验，探讨在不同地质条件下刀具选用情况。
1 刀具的原理及分类目前盾构机刀盘按其适应地质一般分为软土刀盘、复合刀盘及硬岩刀盘。
刀盘的掘进施工最终都是靠刀具来完成，刀具按切削原理一般分为滚压刀具及切（刮）削刀具。
滚压刀具的工作原理主要是依靠刀具推力来冲击挤压岩层；再加上刀具旋转扭矩连续滚压破岩，这类刀具在掘进过程中会随刀盘一起公转，同时自身还绕刀轴进行自转。
滚压类刀具对岩石作用力大，常用于硬岩或大直径圆砾地层隧道掘进中，也可用于复合地层，主要分为单刃滚刀、双刃滚刀和三刃滚刀等。
切削刀具的工作原理主要是盾构机向前推进的同时刀具随刀盘旋转，刀刃不断嵌入土体并对开挖面土体产生轴向剪切力和径向切削力，分为切刀、中心鱼尾刀、撕裂刀、先行刀、保径刀和边刮刀等形式；此类刀具一般用于软土地层及软岩地层中，或用于硬岩及复合地层辅助切削中。
2 工程地质条件的主要形式及分类我国幅员辽阔，地下条件复杂多样，工程隧道施工前期科学合理地对项目地质条件进行分析必不可少。
根据目前已知地质研究及勘探情况，我国隧道施工地质条件主要分为以下几种。
第一，软土地层，主要由各种沙土、粘土、粉土、填土和淤泥等按照不同比例组合而成，此种地层在我国上海、浙江以及江苏等长三角地区分布较多。
第二，复合地层，主要由岩石、圆砾、碎石及其他各种软土中的两种或多种组合而成，此种地层在我国分布较广，比较典型地区有武汉、长沙和广州等地。
第三，硬岩地层，主要以较硬的岩石为主，由一种或多种岩石以不同强度及固体形状组合而成，此种地层主要出现在我国四川、重庆等山岭隧道中。
第四，其他特殊地质条件，如溶洞，膨胀土（吸水膨胀、失水收缩）、湿陷性土（黄土）、冻土（冻胀、融陷）和大孤石等特殊地理环境或区域下形成的、具有特殊性质的地质。
盾构关键部件介绍--刀盘
翻转刀盘，将板过渡板与大圆 环 点焊；
在大圆环上气割出组装单刃滚 刀
刀箱和边缘刮刀位置的缺口， 并 修磨需焊接位置； 焊接工艺参数：ER50-6，φ1.2， I=240～330A，U=2433V,
L=15～20L/MIN；
焊接时严格控制层间温度150 ～ 250 ℃。
翻转刀盘：刀箱与大圆环组装、 点焊；点焊后均匀加焊；此类焊缝为 Ⅱ级焊缝；然后将其余前主体部分板 按图位置点焊，焊接；焊接时要求保 持对称焊接，以减小焊接过程中引起 的变形；在以变形的地方要求加辅助 支撑。
刀盘主体结构焊接完成后需要经过去应力处理：铸造支腿需要经过 时效处理；焊接支腿结构形式刀盘需要经过退火处理。 在机加工之前需要进行喷砂、喷漆处理。 刀盘转加工
9、刀座焊接
焊接பைடு நூலகம்需调整刀
盘水平；刀座焊 接需要刀具工装， 刀具工装与刀盘 体组装后，要求 工装位置调至水 平、工装轴心与 刀盘轴心一致。
刀盘与切口环对齐，适用范围居中。
刀盘与前盾间隙为 30mm，刀盘厚度与土 舱长度有关。
4、刀盘支承方式
刀盘支承方式可分为中心支承式、中间支承式、周边支承式三种。 支承方式与盾构直径、土质对象、螺旋输送机、土体粘附状况等因 素有关。
刀盘不同支承方式的性能对比表
5、刀具
刀盘上配置有不同类型刀具，使盾构机能适应软土到硬岩各种地层的掘进。 滚压类刀具：单刃滚刀、双刃滚刀、三刃滚刀等。 切削类刀具：切刀、刮刀、齿刀、保径刀、超挖刀、中心鱼尾刀、贝壳刀等。
4、支腿焊接
焊缝需求等级为Ⅰ级焊缝； 支腿焊接需要辅助支撑加固； 焊前预热，预热温度为150～200℃ 焊接工艺参数：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=24～33V,L=15～ 20L/MIN；控制层间温度100～250℃；
盾构机刀具布置技术及应用
盾构机刀具布置技术及应用盾构是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备，它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。
刀盘是盾构机的关键部件之一，是盾构主要工作部件。
盾构在地下开挖中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。
在开挖中刀盘受力复杂，工作环境恶劣，是需要重点检查和维修的部位。
刀盘结构关系到盾构的开挖效率、使用寿命及刀具费用。
盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的关系，不同的地层应采用不同的刀盘结构形式，盾构刀盘设计是盾构关键技术，采用合适的刀盘类型是盾构顺利施工的关键因素。
1 土压平衡盾构刀盘的主要功能土压平衡盾构结构见图1，这种盾构把由刀盘挖下的土块和流进盾构的地下水封闭在密封的隔舱内，以此来平衡开挖面地层压力，防止土层崩塌。
废土通过盾构的螺旋输送机连续向后部排放，同时还可以通过调节螺旋输送机转速，来控制排土量以及控制密封隔舱中的泥土压力来达到与掌子面土体压力相平衡。
因此刀盘主要功能有：开挖功能：对掌子面的地层进行开挖，开挖后的渣土顺利通过渣槽，进入土舱；稳定功能：支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能；搅拌功能：对土舱内的渣土进行搅拌，使渣土具有一定的塑性，能通过螺旋输送机来调整控制土舱内的压力。
2 刀具工作原理对于不同地层的开挖，盾构的刀具采用不同型式：开挖地层为硬岩时，采用盘形滚刀；地层为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀（或刮刀）。
不同类型刀具的工作原理如下：滚刀工作原理如图2，安装在刀盘上的盘形滚刀在盾构千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。
盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆。
当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，掌子面上岩石被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽。
浅谈盾构刀具使用及维修管理
浅谈盾构刀具使用及维修管理1. 引言1.1 盾构刀具在隧道工程中的重要性盾构机是隧道掘进中一种重要的施工设备，而盾构刀具作为盾构机的关键配件，在整个隧道工程中发挥着不可替代的作用。
盾构刀具是盾构机前端的重要组成部分，其质量直接影响到隧道掘进的效率和质量。
盾构刀具的选择和使用对隧道工程的进度和安全至关重要。
在隧道工程中，盾构刀具通常分为各种类型，包括切割刀、扩孔刀、搅拌刀等，各种类型的盾构刀具有着不同的功能和作用。
切割刀主要用于切割岩石和土壤，扩孔刀则用于增大隧道的直径，搅拌刀则用于混合分散土壤和岩石碎屑等。
不同类型的盾构刀具在隧道工程中起着至关重要的作用，确保了隧道工程的顺利进行和工程质量的保证。
盾构刀具在隧道工程中的重要性不言而喻。
它不仅关系到隧道工程的施工进度和质量，更关乎到工程的安全和可持续发展。
只有充分认识到盾构刀具的重要性，合理选择和使用盾构刀具，才能确保隧道工程的顺利进行和工程质量的提升。
1.2 盾构刀具的分类及功能盾构刀具是盾构机的重要组成部分，根据其结构和功能可以分为刀环、刀盘和配重块等几种类型。
刀环主要用于切割土壤，可以根据工程需要选择不同规格的刀环进行组合，来完成对不同地质的开挖作业。
刀盘则是连接在刀环上的旋转刀具，通过旋转切割土壤和岩石，是盾构机开挖的主要工具。
而配重块则用于平衡刀盘和提供开挖稳定性。
盾构刀具的分类主要是根据刀具的形状、材质和功能来划分的。
常见的分类包括硬岩刀具、软土刀具、沙石刀具等，每种类型的刀具适用于不同的地质条件和施工环境。
硬岩刀具通常采用硬质合金或金刚石作为刀具材料，适用于岩石类地质；软土刀具则采用锰钢等材料，适用于软土层；沙石刀具则是专门用于处理含砂砾质土层的刀具。
盾构刀具的功能主要是完成对地层的切割和开挖，确保盾构机的顺利施工。
不同类型的刀具在不同地质条件下具有不同的切割效果和工作性能，选择合适的刀具对提高施工效率和保障工程安全至关重要。
了解盾构刀具的分类及功能对于提高盾构机施工质量和效率具有重要意义。
盾构刀盘刀具应用
下
的驱动回转力矩使刀具滚动径向受力，从而克服来
建
自掌子面的摩擦力矩。
者
无
疆
17 中交二公局
5、盾构刀具的受力机理
2）软岩刀具破岩原理
交
软岩的切削主要是刀具直接对土层进行剪Hale Waihona Puke 破坏融来进行切削的。
天
下
建
者
无
疆
软土刀具切削机理示意图
18 中交二公局
交
融
天
二、盾构刀盘刀具及地质适应性
下
建
者
无
疆
19 中交二公局
西安老黄土、砂
砾石地层的应用
交 融 天 下
老黄土密实，缺 水；砂砾石粒径 在0.1～30mm
建 间，缺水，缺粘
者 性颗粒；
无
疆
21 中交二公局
交 融 天 下 建 者 无 疆
中交二公局
中国中铁6、16号与西安的黄土及砂层地质
某盾构机
盾构直径
6280mm
驱动类型
驱动功率 总推力
最高日进度
Frequency Converter
建
者
无
疆
37 中交二公局
刀盘维修后掘进再次遇到孤石，因不具备开仓和从地 面进行加固处理的条件，强行推进出洞。
交 融 天 下 建 者 无 疆
38 中交二公局
案例二：某TBM工程施工，边刀与刮板均接近磨损的
极限需要更换时，未引起重视，不是选择仔细的跟踪检
交 融 天
测或立即更换刀具，而是决定继续掘进待后处理，结果 导致刀盘边缘结构遭到磨损，刮板座及边刀座因过度磨 损无法继续使用而停机处理。
弓型刀盘用于硬岩掘进机,适合砾石层和微风化岩
盾构刀具简介
盾构刀具简介吕志峰，刘玉海，刘学红山东天工岩土工程设备有限公司，山东聊城252000)摘 要：盾构刀具是盾构机切削岩土的工 具。
本文介绍了盾构机用刀具的分类，扼要叙述了盾构机 的切削 刀具和滚压刀具的功能、形状、用材及制造工 艺，对盾构机用刀具的使用者与管理者有借鉴作用。
关键词：盾构刀具；切削刀分类；滚刀结构；刀具焊接 中图 分类号：TD421.2+5 文献标志码：BIn troductio nto Shield Machi neCutterLU Zhi-feng, LIU Yu-hai, LIU Xue-hong(Shandong Techgongeotechnica Engineering Equipment Co., Ltd, Liaocheng 252000 Shandong ProvincChina)Abstract: The shield machine cutter is a type of tool employed by a shield machine to cut n&cSoil. The paper describes the category of shieldmachinecutters and focuses on the function, shape, material, and manufacturing process of cutters and rolling cutters used on the shieldachine. It can function as a referencfor the usersand keepers of shield machinecutters.Key words: shield machine cutterthe category of shield machine cutters; the structure of rollingutters;the cutter welding经历了从依赖进口到平分国内市场 ，到部分产品 出口的过程。
地铁盾构施工刀具管理及维修技术
地铁盾构施工刀具管理及维修技术近年来盾构施工普遍用于地铁建设，盾构施工适用于各类复杂地层，刀盘的配置及刀具的选用非常关键，刀具成本一般占总成本的15%～20%。
因此，建立合理的刀具管理制度和提高刀具利用率是盾构施工中一大技术点，刀具维修与刀具管理技术成为了降低项目成本主要手段。
标签：盾构施工；刀具维修；刀具管理1、刀盘特点根据地质条件划分，一般把刀盘分为软土刀盘、硬岩刀盘和复合刀盘。
软岩刀盘适用于未固结成岩的软土地层和某些全风化或强风化的软岩地层，一般破岩能力在单轴抗压强度30MPa以下。
上海地区、天津等软地层，使用刮刀类刀具，刀盘结构相对简单，通常称为软土刀盘。
硬岩刀盘适用于已经成形的硬岩地层，一般破岩能力在单轴抗压强度30MPa以上。
现正在施工的成都地铁、山西引黄等工程，通常使用配有刮板的滚刀。
复合型刀盘适用于软硬不均、上软下硬、密实胶结卵石土等软硬不匀的地层。
刀盘上刀具配置滚刀和刮刀，滚刀主要作用是破岩，刮刀作用是清理掌子面泥土或碎石，这样的刀盘通常称为复合刀盘。
广州、深圳、南宁等地地质复杂多变，主要使用复合型刀盘的盾构机。
2、刀具的维修技术2.1刀具类型2.1.1刀具的分类。
目前使用的刀具一般分为刮刀和滚刀两大类。
刮刀是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具。
刮刀的种类繁多，常用的刮刀有边缘刮刀、齿刀、先行刀、贝壳刀、鱼尾刀等。
滚刀是指不仅随刀盘转动，还同时作自转运动的破岩刀具。
根据刀刃的形状，滚刀可分为：齿形滚刀、盘形滚刀。
2.1.2滚刀的结构组成。
滚刀结构主要由刀圈、刀体（套）、刀轴、轴承、金属浮动密封环、刀盖（座）及联接螺栓等件组成。
滚刀的内部结构是保证滚刀工作时正常的关键，通常是由轴承、密封、润滑油脂组成。
2.1.3滚刀刀圈的材料。
根据刀圈的工作条件，刀圈材料应满足较高的屈服强度，避免刀刃端在高应力下压溃变形；较高的硬度，增加耐磨性，减少刀圈磨损；良好的冲击韧性，提高材料裂纹扩展功，防止刀圈断裂；良好的抗回火性能，提高材料的热稳定性，保证刀圈在热装和滚压岩体过程中不降低硬度；良好的热加工和冷加工的工艺性能，材料成本低，制造方便，提高产品合格率，是占领市场的有效途径。
盾构刀盘刀具使用与管理
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）刀具类型与结构形式
（4）周边刮刀
周边刮刀（也称铲刀）采用背装式设计安装于刀盘外
圈，可从土仓内进行更换，用于清除边缘部分开挖渣
土，防止渣土沉积，确保刀盘开挖直径以及防止刀盘 外缘间接磨损。
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）刀具类型与结构形式
（4）周边刮刀
周边刮刀的切削面上设有一排连续的碳钨合金齿和一
（3）先行刀
耐磨性结构设计：先行刀按刀盘双向转动设计，齿刀
和撕裂刀可安装在一个特殊设计的刀箱中，并允许根
据刀盘转动方向做适当微动。这种微动的结构设计主 要用来减少先行刀侧面的磨损。必要时，齿刀和撕裂 刀的刀座可设计成与滚刀可互换的结构。此外，先行 撕裂刀也可采用类似的双层耐磨设计，并可在刀具背 部设有双排碳钨合金柱齿。
（一）刀具类型与结构形式
单刃滚刀的安装结构
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）刀具类型与结构形式
双刃滚刀的安装结构
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）刀具类型与结构形式
（2）切刀
切刀（也称刮刀），用于切削未固结土壤和软岩地层
，并将切削渣土刮入土仓中，既可用于软土盾构刀盘
，如面板式刀盘和辐条式刀盘，也可用于卵砾石地层 及风化岩地层盾构刀盘。 切刀主要由矿山用硬质合金刀刃和刀体组成。其中， 刀刃焊接在刀体上。根据刀刃焊接方式不同可分为附 着式和嵌入式。
个双排碳钨合金柱齿，用于增强刀具耐磨性，以确保 即使在掘进几公里之后刀盘仍然有一个正确的开挖直 径。对周边刮刀而言，单排连续碳钨合金刀齿是足够 的，因为周边刮刀仅其端部切削地层，而切刀在整个 宽度范围切削地层。
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）刀具类型与结构形式
盾构机刀具的配置、维修和管理方法浅议
盾构机刀具的配置、维修和管理方法浅议摘要：盾构机是现代隧道施工中非常重要的一种机械设备，本文针对盾构机使用过程中刀具的配置、维修以及管理等方面展开了一些探讨，并基于实际经验提出了自身的一些看法，仅供借鉴。
关键词：盾构机；刀具配置；维修管理隧道工程盾构施工所面临的地质条件往往复杂而恶劣，相应地层的变化性较强给其施工带来严重的质量安全隐患。
为有效推进工程盾构施工就需对其盾构机的刀具运用予以合理运用与管理，通过准确的刀具配置选择与维护工作，确保刀具的使用成效与寿命期限。
施工单位须依照具体的作业地质环境条件，设置不同种类的盾构刀具与运用方法，并搭配相应的维修与管理措施，以保证整个盾构施工作业的效率与质量。
1 盾构机刀具的配置分析盾构机刀具的布局与数量的分配，在其刀盘不同区域中有不同的配置思路。
1.1 中心区的刀具配置中心区处于盾构机刀盘的中心区域，该区域的特征是空间范围较小并且滚刀的相应转弯半径也更小，进而造成滚刀在滑动时所受的轴向力相比其他区域更大。
因此中心区的刀具配置常采用以下思路：滚刀进行成组式设置安装，安装组别通常以两个为一组或三个为一组；滚刀的密封方式一般采用单密封环；中心区的轴承通常使用角度更大并且预紧力更强的型号，以适应更为强劲的轴向力；刀具刀圈的韧性也需比其他区域的滚刀更好。
中心区的刀具搭配通常以相同数量的双刃滚刀与单刃滚刀做布局。
对于黏土地层，为了提高刀盘中心区域的开口率，防止中心结泥饼，中心刀可暂时换用羊角刀。
1.2 正面区的刀具配置正面区位于刀盘中心区与边缘区之间的位置，在盾构机运行时正面区的刀具会正对着掌子面，同时存在一定的转弯半径。
正面区所配置的刀具即为正滚刀，在刀具作业进程中，正滚刀的纯滚动形式会令其刀具的使命寿命相比其他区域的刀具更长。
通常在盾构作业中会在盾构机刀盘的正面区设置若干把单刃滚刀，同时在其开口位置再安设若干把双层刮刀做盾构施工。
1.3 边缘区的刀具配置边缘区处于盾构机刀盘的外部边缘位置，该区域中的刀具所负责的盾构破岩工作量更为巨大，同时边缘区刀具所受力的种类与强度也比其他区域更大，并且在作业进程中还要确保破岩挖掘的直径宽度，还需将刀具刀圈的磨损程度控制在较小限度内。
盾构刀盘刀具在在不同地层刀盘刀具应用
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制造商海瑞克盾构机面板式刀盘
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制造商NFM公司盾构机面板式刀盘
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制造商维尔特TBM面板式刀盘
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辐条式刀盘（日本小松、IHI）
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2、刀盘支撑的形式
隧道掘进机刀盘支撑的形式一般有中心轴式，中 间支撑方式，周边支撑方式等几种。 1）中心轴式一般使用于小直径的盾构机； 2）中间支撑方式一般实用于大中型直径的掘进 机，此种方式一般采用双数横梁进行支撑，广州地 铁二、三号线的德产“先锋号”盾构机就使用了这 种支撑方式，此方式缺点是在软岩条件下，容易在 横梁中间形成泥饼，影响刀具机械性能和掘进速度； 3）周边支撑方式，刀盘由框架支撑，机内中间 空间大，有利于大块岩石和障碍物的处理，此种国 内所使用的掘进机基本少见。
双刃滚刀 双刃中心刀 用于硬岩掘进 ， 在软土中 可以换装齿刀。 刀。 用于硬岩掘进 刀刃距刀盘面175mm，可换装齿
中心齿刀 用于软土掘进，替换滚刀， 更换后可以增加刀盘中心部分的 开口率。
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3、刀具类型
正齿刀
用于软土掘进。 软土刀具。
切刀
弧形刮刀
软岩刀具。 同时在硬岩掘进下可用作刮 渣。
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其中第二次遇孤石损坏：(未提前祥勘处理造成后果)
刀盘前方靠外部出现高强度高达156Mpa，最大外形尺寸达到 2500mm（掘进方向长度）×2700mm（宽）×1800mm（高） 不规则形状的孤石。 刀盘面板14处被磨穿；滚刀遭到严重的弦磨和损坏，其中外 围的滚刀刀体弦磨超过200mm；所有刮刀、外部切刀损坏。
刀盘的作用和分类
4）、各种刀具的破岩机理
刀具类型
刮削
主要 破岩 机理
剪切 龟裂 挤压
研磨
运动形式
刀齿形状
刮刀 ☆
滑动 刨刀状
楔齿滚刀
☆ ☆ 滚动+微滑 楔状
球齿滚刀 盘形滚刀
☆ ☆ 滚动+滑动 球面状
☆ ☆
滚动+滑动 楔状
5）、几种刀具的推荐使用范围
分类
抗压强 典 型 岩 石 度 MPa
刀具型式
软土,软 ＜45 岩
3、风化岩及软硬不均地层 主要以广州、深圳等城市为代表。
面板式刀盘、复合式刀盘， 开口率28%，泡沫口8个， 主动搅拌棒4个。耐磨设计 采用hardox钢板，滚刀背 装式。
刀具配有中心滚刀6把、双 刃滚刀14把、64把重型切 刀、边刮刀16把。
非常感谢
1、刀盘的几个定义
1）开口率
指开口面积占整个刀盘面积 的百分比。一般在20%～ 65%不等，开口率对土压平 衡盾构有着重要意义，开口 是否合适直接影响到压力控 制。
2）刀间距
指在直径方向上，相邻两条轨迹上的刀具之间的距离。刀 间距过大，影响切削效果，刀间距过小，浪费能源，经济
性变差。
3）刀高
指刀具伸出面板的距离。
4）刀具高差
指不同刀具之间的高度差。很多时候为了改善切削效果，采 用不同的刀具和高度，例如先行刀、主切刀、鱼尾刀就有不 同的高度。
2、辐条式刀盘
3、面板式刀盘
辐条式刀盘与面板式刀盘的比较
4、软土刀盘
在软弱土地层一般只需配置 切削型刀具，如切刀、 边刮刀、中心刀等。 以南京地铁S195盾构 为例，装有1 把鱼尾形 中心刀，120把切刀， 16 把周边刮刀及 1把仿形刀。
浅谈盾构机开舱与刀具更换的安全管理
浅谈盾构机开舱与刀具更换的安全管理【摘要】由于盾构机开舱换刀是盾构法隧道施工过程中一项相对较危险的作业工序，本文结合盾构施工的特点，对盾构机开舱与刀具更换中的安全管理进行分析。
【关键词】地铁盾构开舱换刀前言随着地质条件的变化，盾构掘进过程中刀具会具有不同程度的磨损，当磨损达到一定程度时需要对刀具进行更换。
刀盘内更换刀具也是盾构法隧道施工过程中一项相对较危险的作业工序，所以在更换刀具前要将换刀所需的工具、设备、简易药箱等应急物品准备齐全，对土舱内的气体进行检测，在保证无有毒气体的情况下才可进行刀具更换。
另外在土舱内必须提供充足的照明，但刀盘内潮湿、水气大，随着温度的升高会产生雾化现象，对电器、电线绝缘性能要求高，需选用24V以下的安全电压，包括行灯等局部照明工具。
一、刀具检查与更换安全要点刀具的检查与更换必须在确保安全的前提下进行。
刀具更换是一项较复杂的工序，首先除去压力舱中的泥水、残土，清除刀具上黏附的泥沙，确认要更换的刀具，运入工具，设置脚手架，然后拆去旧刀具，换上新刀具。
更换刀具停机时间比较长，容易造成盾构整体沉降，从而引起地层及地表沉降，损坏地表及埋设建（构）筑物，危机工程安全。
为此，更换前应做好准备工作，尽量减少停机时间。
更换作业尽量选择在中间竖井或地质条件较好、地层较稳定地段进行。
如必须在地质条件较差的地层进行时，必须带压更换或对地层进行预加固，确保开挖工作面及基地的稳定。
刀具更换时必须确保作业人员的安全。
更换刀具的人员必须系安全带，刀具的吊装和定位必须使用吊装工具。
尤其是在更换滚刀时要使用抓紧钳和吊装工具。
所有用于吊装刀具的吊具和工具都必须经过严格的检验，以确保人员和设备的安全。
需转动刀盘时，必须使进舱人员撤离至安全区域，由专人操作，任何人不得擅自启动。
换刀前要制定详细的换刀方案、步骤和要求，并做好技术交底和人员培训。
同时，还要制定详细的应急预案。
刀具更换必须实行土木工程师和机电工程师值班制度；带压进舱作业人员要有严格的进舱方案；带压进舱作业要制定安全措施，并进行交底；刀具更换机具使用按照相关机具操作规程进行；刀具运输和更换注意安全做到自防、互防和联防；刀具更换所使用的废弃物应该统一回收，避免造成环境污染；更换刀具时必须做好更换记录，更换记录只要包括刀具编号、原刀具类型、刀具磨损量、修复刀具的运行记录、更换原因、更换刀具类型、更换时间和作业人员姓名等。
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双刃滚刀
双刃中心刀
用于硬岩掘进
用于硬岩掘进，在软土中可以 刀刃距刀盘面175mm，可换装齿刀。
换装齿刀。
中心齿刀 用于软土掘进，替换滚刀，更换 后可以增加刀盘中心部分的开口 率。
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3、刀具类型
正齿刀 用于软土掘进。
切刀 软土刀具。 同时可用做硬岩掘进中的刮渣。
弧形刮刀 软岩刀具。 同时在硬岩掘进下可用作刮渣。
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辐条式刀盘（日本小松、IHI）
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2、刀盘支撑的形式
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盾构刀盘刀具管理与不同地层刀盘刀具 应用
李凤远.南京 2012年5月
1 盾构及掘进技术国家重点实验室
纲要
一、盾构刀盘刀具概述 二、盾构刀盘刀具管理 二、盾构刀盘刀具及地质适应性 三、盾构刀盘刀具管理 四、盾构滚刀选型与损坏分析 五、盾构刀盘地质适应性改造 六、盾构带压进仓技术
6280mm Frequency Converter
660Kw 37000KN
13.5m
CREC No. 6 盾构直径
6280mm
驱动类型
Hydraulic
驱动功率 总推力 最高日进度
630Kw 37000KN
15m
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第二部分 复合盾构施工技术
在沈阳无水砂卵石地层的应用 • 地层以粒径0～20MM,20～40mm中粗砂、
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一、盾构刀盘刀具概述
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1、一般盾构刀盘分类
按照掘进机纵向形状一般分类： 目前使用的掘进机的刀盘形状,根据掘进机纵剖 面的形状,可分为垂直平面型,锥型和弓型三类： 垂直平面型刀盘掘进中是呈平面对掌子面进行作 业开挖的,作业平面可使掌子面稳定。 锥型刀盘即刀盘形状类似麻花钻,刀盘中心有一 突出的钻头,此种形状可保持开挖方向性,提高开挖 效率。 弓型刀盘用于硬岩掘进机,适合砾石层和微风化岩 层的开挖。
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3、刀具类型
仿形刀 用于局部扩大隧道断面
单刃滚刀 用于硬岩掘进 刀刃距刀盘面175mm，可换装齿刀。
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4、硬岩滚刀刀圈分类
刀具的种类
平头型刀具
楔型刀具A
楔型刀具B
形状
特征
从新品到报废刀刃都保持 适用于龟裂少的硬岩及混有卵 适用于石灰岩、泥岩等磨损较
砂砾、圆砾石为主； • 地下水水位在掘进断面以下1m.
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• 刀盘支承方式有3种： 1）中心支承式（适用于中小型直径盾构） 2）中间支承式（适用于中大型直径盾构） 3）周边支承式（适用于小型直径盾构）
①中心支承方式 ②中间支承方式
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③周边支承方式
3、刀具类型
刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层 的开挖，主要刀具按刀具结构分常见类型有：单刃 滚刀，双刃滚刀、中心滚刀、齿刀、切刀、弧形刮 刀和仿形刀。
一定的宽度。能用于多种 石的岩层。使用初期切入性很 少的堆积岩等。
岩石。
好，但磨损较快。
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4、硬岩滚刀刀圈分类
盾构机滚刀具按刀圈外径规格一般分为12英寸， 15.5英寸，17英寸，19英寸等系列，目前国内地铁 盾构机所用刀具主要为17英寸，以下是四种系列刀 具的特征参数。
刀具尺寸
12英寸 15.5英寸 17英寸 19英寸
（刀圈外径） （305mm）（394 mm）（432 mm） （483 mm）
刀具质量（kg） （正面刀）
60~80
125~170 135~180
180~210
应用范围 (断面直径）
2~3m
3~5m 5m以上 8m以上
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第二部分 复合盾构施工技术
西安老黄土、砂 砾石地层的应用 老黄土密实，缺 水；砂砾石粒径 在0.1～30mm 间，缺水，缺粘 性颗粒；
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中国中铁6、16号与西安的黄土及砂层地质
CREC No.16 盾构直径
驱动类型
驱动功率 总推力 最高日进度
隧道掘进机刀盘支撑的形式一般有中心轴式，中 间支撑方式，周边支撑方式等几种。
1）中心轴式一般使用于小直径的盾构机； 2）中间支撑方式一般实用于大中型直径的掘进 机，此种方式一般采用双数横梁进行支撑，广州地 铁二、三号线的德产“先锋号”盾构机就使用了这 种支撑方式，此方式缺点是在软岩条件下，容易在 横梁中间形成泥柄影响刀具机械性能和掘进速度； 3）周边支撑方式，刀盘由框架支撑，机内中间 空间大，有利于大块岩石和障碍物的处理，此种国 内所使用的掘进机基本少见。
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1、一般盾构刀盘分类
掘进机的刀盘根据前部面板形状分面板型和轮辐 型两种。
硬岩刀盘：面板型刀盘可防止过多德坍塌，有利 于掌子面的稳定；
软岩刀盘：轮辐型刀盘可减低刀具实际负载力矩， 有利于渣土的流动，并可将土仓内土压有效传递到 作业面。 复合型刀盘：
刀具互换性，基本为面板式刀盘。
5、盾构刀具的受力机理 1）滚刀滚压原理 由于刀盘推力和驱动扭矩的存在，刀圈轴向受力
挤压岩层，刀盘推力使刀具隧道轴向承受推力，只 要达到岩石的强度极限，便可挤压破岩；同时刀具 的驱动回转力矩使刀具滚动径向受力，从而克服来 自掌子面的摩擦力矩。
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5、盾构刀具的受力机理 2）软岩刀具破岩原理 软岩的切削主要是刀具直接对土层进行剪切破坏
来进行切削的。
软土刀具切削机理示意图
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பைடு நூலகம் 二、盾构刀盘刀具及地质适应性
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对于如上海地区、天津、西安、郑州等均一的软 土地层，通常只使用刮刀类刀具就可以了。这类刀 盘结构相对简单，通常称为辐条式刀盘。
刀具也主要以软土切削型刀具为主，适用于未固 结成岩的软土地层和某些全风化或强风化的软岩地 层，一般破岩能力在单轴抗压强度20Mpa以下。