盾构掘进机破岩刀具
盾构施工硬岩换刀技术
［ｑＪ图分类号］Ｕ４５５．４３ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１
００１—１
３６６（２０１ ２）Ｓ２—０１ ９２—０３
［收稿日期】２０１
２一０８—１ ９Leabharlann Baidu
１ ９４
２０１２（增．：ＦＩＪ２）ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ
ＭＥＣＨＡＮＩＺＡＴＩＯＮ
次刀又能达到１２０ｍ的掘进。由此可见，地质的 结构也关系着刀具的使用寿命。 ２）刀具的安装刀盘通过旋转完成对土体的
垫块、拉紧块松动，甚至掉落，极大地影响了刀
具的性能和使用寿命，因此在安装刀具的时候可
采取滴用少量螺纹紧固胶来紧固螺栓。
３）在不影响刀具使用和拆、换刀的情况下， 可采用焊接的方法对螺栓进行加固，以减少螺栓 松动，以提高刀具的抗震动性。 ４）针对螺栓容易松动的刀具可另行加工防松 垫片，当螺栓紧固到位后锁紧也有很好的效果。
接影响着刀具的润滑效果，从而影响到刀具的使 用寿命。重庆轨道交通六号线支线礼嘉站一平场 站区间使用的两台盾构就出现过因泡沫发泡效果 不理想而造成掘进困难、出碴不顺的情况，不仅 耽误了进度，也影响了设备的使用寿命，碴土改 良不善还易造成刀盘结泥饼现象，使土仓内温度 升高，极大地损坏刀具密封影响刀具使用寿命。 ４）掘进参数在掘进过程中，盾构操作手的 对设备的操作也关系着刀具的使用寿命。刀盘的 转速提高了，在单位时间内，刀具通过的路程也 就增加了，切屑量随着增加，相应的刀具的磨损 量也就增加了，过大的转速容易造成岩层扰动和
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
盾构刀具是盾构机的重要配件，用于开挖地下隧道时切削地层。正确的使用和维修管
理能够延长刀具的使用寿命，提高工作效率。
盾构刀具的使用需要注意以下几点。要选择合适的刀具种类。不同地层的切削需要选
择不同的盾构刀具，如硬岩需要使用锚具盘刀具，软土需要使用横切盘刀具。要合理安排
刀具的使用寿命。刀具的切换需要根据使用时间和磨损程度来确定，避免使用过久的磨损
刀具。要注意保持刀具的刃口锋利，及时清理切削面上的泥浆和碎屑，减少刀具阻力。要
注意切削速度的控制，过快的切削速度可能会导致刀具断裂。
盾构刀具的维修管理也是非常重要的。要定期对刀具进行检查和维修。定期检查刀具
的磨损程度，及时更换严重磨损的刀具，确保刀具的正常工作。要对刀具进行清洗和润滑。清洗刀具可以去除切削面上的泥浆和碎屑，润滑刀具可以减少摩擦阻力，延长刀具的使用
寿命。要注意正确的存放和保养刀具。刀具应该存放在干燥通风的地方，避免受潮和生
锈。
盾构刀具的使用和维修管理是非常重要的。正确的使用和维修管理可以提高刀具的使
用寿命，减少故障和事故的发生，保证工程的顺利进行。工作人员在使用盾构刀具时需要
严格按照操作规程，定期进行刀具的检查和维修，确保刀具的正常运转。
浅谈地铁盾构机刀具管理及维修 周少华
浅谈地铁盾构机刀具管理及维修周少华
摘要：在隧道工程掘进过程中，盾构机以其遍效、安全和优质等优点，使用越来越广泛，但在具体掘进过程中盾构机会遇到各种复杂的地形，特别是底层具有较大的变化，因此需要根据地质条件来选择刀具，并进于刀盘的配置，这不仅有利于刀具的使用寿命，而且对工程的顺利进行也具有非常重要的意义。本文主要探讨了盾构机刀具管理及维修。
关键词：盾构机；刀具；维修
随着盾构法施工在我国的应用普及化，各类复杂地层的盾构推进施工工艺也应运而生，其中在硬土地层中掘进时盾构刀具的磨损问题为其与地层适应性问题的集中体现，故摸清盾构刀具磨损规律，是解决盾构机在硬土地层掘进时降低盾构刀具磨损、准确判断换刀时机、节约施工成本的关键环节。
一、刀具的类型、失效形式和维修
1.刀具类型
（1）刀具的分类。目前使用的刀具一般分为刮削刀具和滚动刀具两大类。刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具。刮削刀具的种类繁多，目前盾构掘进机上常用的刮削刀具类有边缘刮刀、刮刀、齿刀、先行刀、贝壳刀、鱼尾刀等。滚动刀具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（钢齿和球齿）、盘形滚刀（钢刀圈滚刀和球齿刀圈滚刀）。
（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。
（3）滚刀刀圈的材料。
根据刀圈的工作条件，刀圈材料应满足高的屈服强度，避免刀刃端在高应力下压溃变形；足够高的硬度，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。
刀具的结构及切削原理.
挤压、起裂阶段
破碎阶段
盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
齿刀上装有2个切削刃，刀盘正反转时都能进行破岩。另外，在 软岩中掘进时，由于盘形滚刀与岩石掌子面之间不能产生一定的 附着力，将导致滚刀不能滚动而失去有效的破岩功能，可将部分 盘形滚刀更换成齿刀，进行破岩。
齿 刀 破 岩 机 理 图
先行 刀
先行刀与切削刀协同工作示意图
盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
源自文库
贝壳刀实质上是先行刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石 地层时，采用盘圈贝型刀，将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂 卵石，可较好地解决盾构机切削土体(砂卵石)的难题。
贝壳刀示意图
贝壳刀实物照片
盘形滚刀
盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
盘形滚刀适用于硬岩，根据岩体性质和安装位置不同，可选择单 刃、双刃、三刃及四刃滚刀。三刃及四刃滚刀只用于刀盘中心， 以适应刀盘中心小半径旋转；双刃滚刀通常用于泥岩、页岩等软 岩。
盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
切削刀切削土体示意图
盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
盾构机掘进中刀具损坏的检查与维修技术分析
盾构机掘进中刀具损坏的检查与维修技术分析
近年来我国加大了基础建设项目的投入力度，高铁和地铁等大规模隧道工程项目不断增多。这就使盾构机这类大型机械设备的重要性突显出来。盾构机作为一种用于隧道工程项目中掘进技术环节的专用工程机械设备，性能十分强大，能够根据不同地质条件进行隧道工程施工。但在盾构机掘进过程中当遇到一些硬岩地段时，极易造成刀具和刀盘的损坏，因此需要掌握换刀及刀盘修复技术。文中从盾构刀具选择、掘进速度和刀具损耗对盾构施工的影响入手，分析了刀盘刀具的检查和更换，并进一步对刀具维修的关键技术进行了具体的阐述。
标签：盾构机；刀具；损坏；检查；更换；维修技术
前言
在隧道工程掘进过程中，盾构机以其遍效、安全和优质等优点，使用越来越广泛，但在具体掘进过程中盾构机会遇到各种复杂的地形，特别是底层具有较大的变化，因此需要根据地质条件来选择刀具，并进于刀盘的配置，这不仅有利于刀具的使用寿命，而且对工程的顺利进行也具有非常重要的意义。
1 盾构刀具的选择
盾构机刀具是确保掘进顺利进行的重要部件，因此刀具选择非常关键。在具体掘进施工过程中，通常会根据施工地形、地质条件和地层岩石硬度来选择适宜的刀具及破岩方式。而且在对刀具进行选择时，需要深入调查刀具生产企业，并通过有效的对比，对于选择的刀具需要做好检验工作，从而使其能够更好的满足施工的要求，确保掘进的速度。
2 盾构掘进速度和刀具损耗对盾构施工的影响
利用盾构机进行掘进作业过程中，对于复杂的地形作业时刀片极易受到不同程度的损坏，因此需要对刀具进行更換，从而使其保持正常的掘进速度。在对盾构机刀具进行更换时，需要明确以下几点问题：
滚刀工作原理分析
滚刀工作原理分析
盘形滚刀简称盘刀，就是隧道掘进机滚压破岩常用得一种刀具型式,典型得盘刀一般由刀圈、轮毂与轴组成。ﻫ盘形滚刀在各类隧道掘进机上使用非常广泛，主要用于全断面岩石隧道掘进机、盾构及顶管设备。过去盘形滚刀主要用于全断面岩石隧道掘进机刀盘破岩,随着隧道及地下工程得快速发展，所遇到地层复杂性逐渐增加,开始在盾构刀盘上使用盘刀(同时布置切刀与滚刀）,形成所谓得复合式盾构,以应对各种软硬不均或富水地层，如砂卵(砾)石地层、风化岩地层及越江、跨海隧道得高水压地层_1］。实践证明,这种盾构对地层具有良好得适应性，大大拓展了盾构得适用范围。国际上现在有研发全能隧道掘进机得趋势，
1盘形滚刀得受力及破岩机复合式盾构应该就是全能隧道掘进机得一种雏型。ﻫ
理ﻫ每把盘形滚刀在切割岩石得过程中,刀刃与岩石之间都存在３个方向得相互作
用力:(1)法向推压力FN,指向开挖面,由刀盘得推力提供;（２）切向滚动切割力FR，指向滚刀切向，由刀盘转矩提供;（3)滚刀边缘得侧向力ＦIJ,由滚刀对岩石得挤压力与刀盘旋转得离心力所产生，指向刀盘中心,其数值较小,与其它2个力不属于同一数量级,一般不考虑。３个方向得作用力见图1。切向滚动切割力主要取决于推力、切深及滚刀直径。盘刀直径一定,切深越大，所需滚动切割力越大;切深确定时，滚动切割力随盘刀直径得增大而减小。ﻫ刀盘工作时，滚刀先与开挖面接触,在推力作用下紧压在岩面上，随着刀盘得旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。盘形滚刀在刀盘得推力与转矩共同作用下，在掌子面上切出一系列同心圆沟槽。刀盘旋转并压人岩石得过程中，盘形滚刀对岩石将产生挤压、剪切、拉裂等综合作用，首先在刀刃下会产生小块破碎体,破碎体在刀刃下被碾压成粉碎体,继而被压密形成密实核,随后密实核将滚刀压力传递给周围岩石,并产生径向裂纹，其中有一条或多条裂纹向刀刃两侧向延伸，到达自由面或与相邻裂纹交汇,形成岩石碎片,整个过程如图2所示。由此形成得岩渣由破碎体、粉碎体及岩石碎片组成，各部分得组成比例取决于岩石性质、刀圈几何尺寸、推压力及刀问距。
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。
盾构掘进机破岩刀具
4.75- 1.1- 0.8-
5.5
1.75 1.2
Robbins 0.39 0.53 0.65 0.018 0.009 0.84 0.24 刀圈实测
1.62 0.25
Wirth
0.50 0.76
刀圈实测
0.32 0.032 0.019 5.15
1.17 0.72 0.25 0.13
各国工具钢材料标准比较
刀具轴承的寿命受润滑条件、装配预紧量、载荷特性、内在质量等影响，但主要 和工作载荷大小、转速有关，负荷加倍，寿命将降低大约90%，负荷减半，寿命将增 加10倍；转速加倍，寿命将降低一半，速度减半，寿命将增加一倍。刀盘设计和刀 具选用时一定要考虑轴承的这一特性。
4. 刮刀的结构和材料
刮刀是由刀座、刀体和刀刃三部分组成的，刀座是与刀盘连接的部分， 与刀盘的连接有焊接如先行刀、螺栓连接如边刮刀、插销接如正面刮刀， 替换滚刀部位的齿刀或切刀与滚刀的安装方式相同。
刀座有的是与刀体成一体的，有的是与刀体焊接的。与刀体焊接的刀 座材料一般是低碳低合金钢。
刀体对硬质合金刀刃起支撑和保护作用，要有足够的强度和耐磨性， 通常选用中碳中合金钢或空淬钢，使硬度达到HRC40以上，也常常采用 表面硬化技术或局部堆焊耐磨层。
刮刀刃是刮刀刮削岩土和保护刀体不被磨损的关键部位，通常是用硬 质合金做成的，硬质合金的型号为YG11C。其大小和形状根据部位、作 用、地层设计。
滚刀工作原理分析
滚刀工作原理分析
盘形滚刀简称盘刀，是隧道掘进机滚压破岩常用的一种刀具型式，典型的盘刀一般由刀圈、轮毂和轴组成。
盘形滚刀在各类隧道掘进机上使用非常广泛，主要用于全断面岩石隧道掘进机、盾构及顶管设备。过去盘形滚刀主要用于全断面岩石隧道掘进机刀盘破岩，随着隧道及地下工程的快速发展，所遇到地层复杂性逐渐增加，开始在盾构刀盘上使用盘刀(同时布置切刀和滚刀)，形成所谓的复合式盾构，以应对各种软硬不均或富水地层，如砂卵(砾)石地层、风化岩地层及越江、跨海隧道的高水压地层_1]。实践证明，这种盾构对地层具有良好的适应性，大大拓展了盾构的适用范围。国际上现在有研发全能隧道掘进机的趋势，复合式盾构应该是全能隧道掘进机的一种雏型。
1 盘形滚刀的受力及破岩机理
每把盘形滚刀在切割岩石的过程中，刀刃与岩石之间都存在3个方向的相互作用力：(1)法向推压力FN，指向开挖面，由刀盘的推力提供；(2)切向滚动切割力FR，指向滚刀切向，由刀盘转矩提供；(3)滚刀边缘的侧向力FIJ，由滚刀对岩石的挤压力和刀盘旋转的离心力所产生，指向刀盘中心，其数值较小，与其它2个力不属于同一数量级，一般不考虑。3个方向的作用力见图1。切向滚动切割力主要取决于推力、切深及滚刀直径。盘刀直径一定，切深越大，所需滚动切割力越大；切深确定时，滚动切割力随盘刀直径的增大而减小。
刀盘工作时，滚刀先与开挖面接触，在推力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和转矩共同作用下，在掌子面上切出一系列同心圆沟槽。刀盘旋转并压人岩石的过程中，盘形滚刀对岩石将产生挤压、剪切、拉裂等综合作用，首先在刀刃下会产生小块破碎体，破碎体在刀刃下被碾压成粉碎体，继而被压密形成密实核，随后密实核将滚刀压力传递给周围岩石，并产生径向裂纹，其中有一条或多条裂纹向刀刃两侧向延伸，到达自由面或与相邻裂纹交汇，形成岩石碎片，整个过程如图2所示。由此形成的岩渣由破碎体、粉碎体及岩石碎片组成，各部分的组成比例取决于岩石性质、刀圈几何尺寸、推压力及刀问距。
盾构机刀具管理制度
盾构机刀具管理制度
一、引言
盾构机是一种广泛应用于城市地铁、水利、城市供水、城市供排水等领域的一种特殊工程机械设备，它不仅能够完成地下的掘进工作，而且在掘进的同时还能够实现地层的支护。而作为盾构机中的重要部件，刀具的状态和管理对于盾构机整体性能和生产效率具有重要影响。因此，建立和完善盾构机刀具管理制度是确保盾构机正常运行和保证工程质量的重要措施之一。
二、刀具管理的重要性
盾构机刀具是盾构机掘进机头上的重要零部件，其状态直接影响着盾构机的掘进效率和掘进质量。盾构机刀具管理对于确保盾构机正常运行、提高施工效率、保证工程质量具有重要意义。
1、保证盾构机掘进效率
盾构机刀具的状态直接关系到盾构机的掘进效率。如果刀具磨损严重或者损坏，就会导致盾构机掘进速度减慢，从而影响工程进度。因此，要想提高盾构机的掘进效率，就必须保证刀具的状态良好。
2、保证盾构机施工质量
盾构机刀具的状态也直接关系到盾构机的施工质量。如果刀具磨损严重或者损坏，就会导致盾构机的掘进面不规则，地层的支护不到位等问题，从而影响工程质量。因此，要想保证工程质量，就必须保证刀具的状态良好。
3、延长盾构机使用寿命
盾构机刀具的状态直接关系到盾构机的使用寿命。如果刀具经常处于磨损或者损坏状态，就会导致盾构机整体性能下降，从而影响盾构机的使用寿命。因此，要想延长盾构机的使用寿命，就必须保证刀具的状态良好。
三、盾构机刀具管理制度
为了保证盾构机刀具的状态良好，提高施工效率和工程质量，延长盾构机的使用寿命，需要建立和完善盾构机刀具管理制度。盾构机刀具管理制度主要包括刀具的采购、验收、保养、修复和报废等方面。
掘进顶管法的组成及其作用
掘进顶管法的组成及其作用
掘进顶管法是一种地下工程施工方法，主要用于建设城市地铁、隧道、水利工程等。这种方法的核心是通过地下的掘进机械推进管道，同时进行地层的支护和土方的开挖。以下是掘进顶管法的主要组成部分及其作用：
1.掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）：
作用：掘进机是掘进顶管法的关键设备，负责在地下推进管道。它通常由刀盘、推进缸、掘进盾构壳体等组成。
2.掘进盾构（Tunnel Boring Shield）：
作用：掘进盾构是掘进机的外部保护结构，用于保护工人和设备免受地层坍塌的危险。它同时还有支撑地层和导向掘进机的功能。
3.刀盘（Cutterhead）：
作用：刀盘是掘进机上的部分，装有刀具，通过旋转和推进，切割和破碎地层，形成掘进通道。
4.推进缸（Thrust Cylinder）：
作用：推进缸负责推动掘进机向前行进，同时将刀盘推入地层进行切割。
5.土压平衡掘进（EPB）系统：
作用：EPB系统用于平衡地下工作面的土压，防止地层坍塌。它通过控制切割室内的压力，维持一个平衡状态，确保掘进面的稳定。
6.螺旋输送机（Screw Conveyor）：
作用：在掘进过程中，螺旋输送机负责将切割好的土方传送到掘进机后部的车厢或脱水系统中。
7.管道衬砌（Segmental Linings）：
作用：一旦掘进机推进一段距离后，需要在掘进机后方安装管道衬砌，以构建地下管道。这些衬砌通常由预制的混凝土环组成，形成管道的结构。
8.注浆设备：
作用：为了防止地下水渗透进工作面，掘进过程中可能需要进行注浆，注浆设备用于将注浆材料注入地层，提高地层的稳定性。
盾构机刀具选型及维护
5、刀具的检查
• 5.1 在掘进中过程中检查刀盘刀具 • 刀具是易损件，因此必须进行定期检查，维修保 养，使刀盘及刀具保持完好状态。在进行刀盘维 修保养时，需认真彻底，损坏的刀具应该及时更 换。由于刀具的布置是相互保护的，如果某把刀 损坏了没有及时发现并更换，特别是在硬岩地层 或磨砺性大的地层，继续掘进很可能造成成片的 刀具损坏甚至刀盘损坏而无法掘进。 • 对于均一的软土地层如上海等地一般切削刀具都 能从头到尾没有很大磨损，均一的硬岩地层如 TBM刀具的掘进检查也比较方便易于建立刀具和 刀盘的检查制度。
• 而对于广州、成都、深圳的复合地层，往往不具 备开仓条件，但恰恰是这类地层，刀具适应性较 差，刀具寿命较短或非正常刀具损坏越经常发生。 这种情况下更应该建立严格、完整的刀具检查、 更换制度。如采取刀具磨损检测装置、带压进仓、 事先加固等措施保证刀具检查和更换制度的执行。 因不重视刀具检查，未能及时更换刀具造成刀盘 磨损而停机的事屡见不鲜。 • 5.2 成品刀具的检查 • 对于新购进的刀具或现场返修的刀具，要检查刀 具的密封情况、刀圈的硬度及磕碰损坏情况、刀 具的启动扭矩数值。
• 3.6 国产盾构刀具的应用 我国盾构机刀具的研制，通过铁道部科技攻关和 国家863项目以及一系列的地方产学研项目的完 成，掌握了盾构机刀具制造和应用的核心技术， 走在了世界前列。表现在： 1)应用范围广：广泛应用于城市地铁隧道、江底隧 道、引水隧道和铁路隧道； 2)刀圈的耐磨性接近世界先进水平的威尔特圈； 3)刀具的密封性能优良，能实现长距离掘进； 4）适应性更强，刀具的多样化，解决了我国重大 工程中刀具问题，如北京直径线、广深港狮子洋 隧道、广州地铁、成都地铁等。 5）经济性更好（同样质量前提下）
盾构掘进中刀具_刀盘损坏及维修措施探讨
测工
４ 负责地表与掌子面稳定性监控
维修工
４
负责保证设备正常
安全员
２
调度
２
监控现场安全 协调现场工序组织
值班经理 ２
重大问题协调， 控制现场
其它人员
８
配合维修人员工作， 负责维修相关 包括门吊与电瓶车司机、
材 料 、配 件 、机 具 运 送
调车员
（ ２） 材料、配件供应 根据维修的基本项目和维修工艺， 制定维修所需的足够的 配件计划和材料计划， 提前 购置如耐磨钢板、耐磨焊 条 和 刀 具 、 刮刀刀座等较难采购或加工周期较长的材料与配件， 派专人进 行管理， 每个班清理库存， 不够的材料与配件及时采购。 ４．２．３ 维修技术保证措施 刀盘维修的工作内容主要有： 下料、割 除 、打 磨 、焊 接 、刀 具 安装五大项。为保证维修工作质量， 避免因某个环节工作失误 造成返工， 或者质量隐患存在， 在维修过程中对各个环节的监 控相当重要， 必须遵守以下技术要求： （ １） 下料前需测量所需钢板尺寸， 根据需 要 下 料 ； 下 料 时 合 理规划， 严禁浪费。 （ ２） 对刀盘进行割除操作前， 需详细查看 刀 盘 结 构 图 ， 在 刀
③弧形刮刀与切刀已开始径向压力， 部分刮刀可能已脱 落， 弧形边刮刀出现严重磨损， 承压在刀盘下面或边缘与切口 环之间， 刀盘的异响可能为脱落的刮刀或滚刀刀圈与切口环干 摩擦引起。
盾构机的刀具配置介绍概述.
报告人：西安地铁四号线张杰
1
盾构机的起源发展
报 告 内 容
4
2017/9/20
2
盾构机、刀盘的结构形式
3
常见盾构机刀具的配置
案例分析
2
2
盾构机在隧道施工中的应用
通讯工程、水利工程、市政工程、城市轨道交通等现代化基础设施
3
国内外历史沿革
1818年 1876年
M.I.Brunel盾构法获得专利
切刀 刮刀
齿刀 中心齿刀 正齿刀
软土地层 软岩 软土
通过刀刃切割土体并具 有装载作用
使岩体固结性能变差、 破坏岩体的结构
复合式盾构机的开挖系统（一）
双刃刮刀
撕裂刀实物图
双刃刮刀和撕裂刀安装示意图
2017/9/20 2017/9/20
双刃刮刀实物图
19
复合式盾构机的开挖系统（二）
边 缘 刮 刀 周 边 保 护 刀
2017/9/20
边缘刮刀示意图
各种滚刀以及刀箱里 的安装示意图
复合式盾构机的开挖系统-刀具安装位置
地铁施工的代表性地层
目前我们在地铁盾构施工中遇到的代表性 地层主要有： 以广州地层为代表的硬岩及软硬不均的 复合地层； 以上海、天津为代表的淤泥质土层； 以北京、沈阳为代表的砂砾复合地层； 以西安为代表的黄土地层； 以成都为代表的卵石地层； 以深圳为代表的漂石地层。
盾构机的刀具配置介绍.
报告人：西安地铁四号线张杰
1
盾构机的起源发展
报 告 内 容
4
2017/10/14
2
盾构机、刀盘的结构形式
3
常见盾构机刀具的配置
案例分析
2
2
盾构机在隧道施工中的应用
通讯工程、水利工程、市政工程、城市轨道交通等现代化基础设施
3
国内外历史沿革
1818年 1876年
M.I.Brunel盾构法获得专利
2017/10/14
常见盾构机模式
土压平衡盾构
泥水平衡盾构
异形盾构
多圆形盾构
偏心多轴盾构
球体盾构
子母盾构
刀盘结构形式选择
刀盘形式
面 板 式
比较项目 砂、土适应性 （粒径＜15 cm） 砂卵石适应性 （粒径30cm>D＞ 15cm） 由于开挖面土体受面板开口影响， 渣土进入渣舱不顺畅，易粘结，易堵 塞。 卵石地层以剥离为主的切削方式， 面板式刀盘碴土流动性不好，滚刀作 用不大，刀具会产生二次破碎，易磨 损成本高。
滚刀破岩机理（一）
刀盘在纵向油缸的推力下，使其面板上的滚刀压入岩石：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刀轴 自转，使滚刀在岩面上连续滚压。刀盘施加给刀圈滚动力和推力，推力 使刀圈压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体，通过滚刀对岩体的挤压和剪 切使岩体发生破碎，在岩面上切出一系列的同心圆。
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：B
In troductio nto Shield Machi neCutter
LU 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.
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国外刀圈性能 表2
类别
X50CrMoV51 (Wirth刀圈实测)
4340 Robbins刀圈实测
σb(M pa)
δ5%
2050 5.5
Ψ% aK(J/Cm2)
Cr
4.75-5.5 4.8-5.5 4.5-5.5 4.8-5.5 4.75-5.5
Mo
V
1.1-1.75 0.8-1.2 1.2-1.5 0.9-1.1 1.0-1.5 0.8-1.2 1.2-1.5 0.85-1.15 1.1-1.75 0.8-1.2
标准 GB DIN JIS NF ASTM
各国合金结构钢材料标准比较
牌号 40CrNiMoA 36CrNiMo4 SNCM439 40NCD3 4340
C 0.37-0.44 0.32-0.40 0.36-0.43 0.37-0.44 0.38-0.43
Mn 0.5-0.8 0.5-0.8 0.6-0.9 0.6-0.9 0.6-0.8
Si
滚动刀具(滚刀) 滚动刀具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（钢齿和球齿）、盘
形滚刀（钢刀圈滚刀和球齿刀圈滚刀）。见图 根据安装位置滚刀可分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩
孔滚刀。 目前盾构掘进机滚刀主要是盘形滚刀，盘形滚刀又有单刃、
双刃和多刃。
1.2 刀具破岩机理
4.75- 1.1- 0.8-
5.5
1.75 1.2
Robbins 0.39 0.53 0.65 0.018 0.009 0.84 0.24 刀圈实测
1.62 0.25
Wirth 刀圈实测
0.50 0.76
0.32 0.032 0.019 5.15
1.17 0.72 0.25 0.13
各国工具钢材料标准比较
P
类别
S
Cr
Mo
V
9Cr2Mo
0.85- 0.20.95 0.4
0.2- ≤0.03 ≤0.03 1.4- 0.2-0.4
0.4
2.0
6Cr4Mo2W2V 0.5- 0.2- 0.2- ≤0.01 ≤0.02 3.5- 2.0-3.0 1.0-
0.7 0.4 0.4
4.5
1.5
Ni Cu
4Cr5MoSiV1 0.32- 0.2- 0.80.42 0.5 1.2
2．1 滚刀的内部结构 滚刀的内部结构是保证滚刀工作时正常旋转的关键，通常是 由轴承、密封、润滑油脂组成。根据刀具的发展，大体经历 了三个阶段，即有三种结构。
2．2 刀具安装结构 安装结构是为了把滚刀即方便又可靠的安装在刀盘上。常用 的安装形式有如下几种。
2．3 刀具刀刃结构形状 刀刃是用来破岩的，通常有齿形和盘形两大类，每一类往往 又有多种不同的刀刃形状。如下图.
标准 GB DIN JIS NF ASTM
牌号
C百度文库
4Cr5MoSiV1 0.32-0.42
X40CrMoV51 0.37-0.42
SKD61
0.32-0.42
X40CrMoV5 0.36-0.44
H13
0.32-0.45
Mn
0.2-0.5 0.3-0.5 ≤0.5 0.2-0.5 0.2-0.5
Si
0.8-1.2 0.9-1.2 0.8-1.2 0.8-1.2 0.8-1.2
3.盘型滚刀的材料和性能
• 3.1刀圈的材料
根据刀圈的工作条件，刀圈材料应满足以下性能： 1)高的屈服强度，避免刀刃端在高应力下压溃变形； 2) 足够高的硬度，增加耐磨性，减少刀圈磨损； 3) 良好的冲击韧性，提高材料裂纹扩展功，防止刀圈断裂； 4)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。 5)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。
盾构掘进机刀具综述
晁焕清 王汉章 邹恒 洛阳九久技术开发有限公司
主要内容 1.盾构机刀具的类型和破岩机理 2.盾构机刀具的结构 3.盘型滚刀的材料和性能 4.刮刀的结构和性能 5.盾构机刀具的应用及对地层的适应性 6.提高盾构机刀具寿命的途径
1 盾构机刀具的类型和破岩机理
1.1 盾构机刀具常用类型 目前使用的刀具一般分为两大类:刮削刀具、滚动刀具 刮削刀具(刮刀、割刀) 刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具，刮削刀具 的种类繁多，目前盾构掘进机上常用的刮削刀具类有边刮刀、 刮刀、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀、刮板等。
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。
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。通过滚刀对岩体的挤压 和剪切使岩体发生破碎，在岩面上切出一系列的同心圆（见 图）。
目前的滚刀刀圈有两大类：整体耐磨钢材料和镶有硬质合金球齿 的刀具材料。
整体耐磨钢刀圈材料主要以合金工具钢为主，也有合金结构钢， 硬度在HRC52-59, 它的特点是可以承受较大的冲击，并具有较高的耐 磨性能，刀具制造费用较低，适用地层范围广，从软岩、中硬岩到硬 岩都可选用。
常用刀圈材料成分
C
Si Mn
各类刀具的主要破岩机理
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
2．盾构机滚刀的结构 滚刀结构如图所示。它们主要由刀圈、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。
Cr
0.17-0.37 0.6-0.9
≤0.4
0.9-1.2
0.15-0.35 0.6-1.0
≤0.4
0.9-1.2
0.15-0.35 0.7-0.9
Mo
Ni
0.15-0.25
0.15-0.3 0.9-1.2
0.15-0.30 1.6-2.0
0.15-0.3 1.3-1.7
0.2-0.3
1.65-2.0