盾构施工刀具的选用
刀具的分类
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边缘刀
边缘刀的迎土面焊有球齿，材料为硬质合金， 主要用于承受沙粒、卵石的磨损与冲击。
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超前刀
顾名思义，超前刀即为 先行切削土体的刀具 他在设计中主要考虑与 切削刀组合工作，刀具 切削土体时，超前刀在 切削刀切削土体之间先 行切削土体，将土体分 割成块，创造了良好的 切削条件，显著的提升 切削土体的流动性。
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起裂阶段
沿粉碎区周边应力大于岩体 的抗拉强度或抗剪强度时， 便产生张拉裂缝。该裂缝是 滚刀能否破岩的先诀条件。 在应力核心区下层是应力过 渡区，该区为应力衰减区， 对岩体裂缝的产生不起控制 性作用。在刀刃正下方分布 有主裂缝，由于其方向与破 岩方向一致，因此也不能显 著地提高破岩效率，但能加 大下个循环中压入阶段应力 范围
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影响刀盘上刀的数量的因素
1) 钻孔直径； 2) 岩石性质； 3) 刀盘总推力； 4) 盘形滚刀尺寸； 5）刀盘转速
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刀具排列的方式
第一种为刀具整体连续排列方式，因其切削阻 力较大，盾构机密封舱内土体流动性差，现已 很少使用，仅偶尔在切削阻力小的淤泥质地层 中采用； 第二种为刀具牙型交错连续排列方式，因其切 削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性 好和易搅拌而被广泛使用。目前世界上基本均 采用牙型交错连续排列方式。
1) 2) 3) 4)
适应地层，能快速掘进; 刀具费用少; 安全性; 破碎每一单位体积岩石动力消耗少.
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盾构机刀盘常见结构
刮刀类刀盘适用于软土及沙卵石地层，一般
盾构刀具选择详述
盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。
本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理，同时针对不同的地层情况，提出刀具的具体配置方式。
针对盾构机在复合地层隧道掘进，解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。
结合工程实例，在砂卵石地层中（尤其是含大直径漂石）长距离隧道掘进的工况下，提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。
最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。
1 、引言盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容，其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。
2 、刀具种类和切削原理2.1、切刀（齿刀，刮刀）切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽的两侧，其切削原理是盾构机向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，在刀盘的转动下，刀刃和刀头部分插入到地层内部，不断将开挖面前方土体切削下来。
切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。
2.2、先行刀（超前刀）先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。
先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。
先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好的切削条件。
先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高。
采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。
在松散体地层，尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。
2.3、贝型刀贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体屑松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。
将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石。
2.4 、中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀）在软土地层掘进时，因刀盘中心部位不能布置切刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀（羊角刀），一般鱼尾刀超前600 mm左右。
盾构机刀盘材料选择与性能评价
盾构机刀盘材料选择与性能评价随着城市化进程的加速，地下隧道建设日益增多。
盾构机作为地铁、隧道等地下工程施工的主要设备，其刀盘材料的选择及性能评价对于施工质量和效率起着重要作用。
本文将对盾构机刀盘材料的选择和性能评价进行详细讨论。
一、盾构机刀盘材料的选择在盾构机刀盘材料的选择中，主要考虑以下几个因素：1. 强度和硬度盾构机刀盘在施工过程中需要承受巨大的压力和冲击，因此材料的强度和硬度是选择的重要指标。
通常情况下，碳钢和合金钢是常用的刀盘材料。
碳钢具有较高的韧性和可塑性，但相对硬度较低；合金钢则强度和硬度相对较高，但韧性较差。
选择刀盘材料时需要根据具体的工程环境、土壤条件和切削要求进行综合考虑。
2. 耐磨性和耐腐蚀性盾构机在地下施工过程中，刀盘与土壤、岩石不断摩擦，容易产生磨损。
因此，耐磨性是选择刀盘材料时需要考虑的重要因素之一。
钢材表面的硬化处理、涂层材料的选用以及刀具设计的优化都可以提高刀盘的耐磨性。
此外，如果施工环境中存在腐蚀物质，如酸碱等，刀盘材料还需要具有一定的耐腐蚀性能。
3. 刀具可更换性刀盘材料的选择还需要考虑刀具可更换性。
由于盾构机刀盘的使用寿命有限，因此需要设计可更换的刀具。
合理设计刀具安装与拆卸结构，选用便于更换的材料，可以提高盾构机的施工效率。
二、盾构机刀盘材料性能评价对于盾构机刀盘材料的性能评价主要是通过实际的使用情况和试验数据进行分析。
以下为常用的性能评价指标：1. 切削效率切削效率是衡量刀盘材料性能的重要指标。
切削效率高意味着材料切削能力强，刀具寿命长，从而可以提高施工效率和降低成本。
2. 磨损速度磨损速度是盾构机刀盘材料性能评价中的重要指标之一。
通过测量刀具的磨损量以及使用时间，可以评估刀具的耐磨性能。
磨损速度低的材料具有更长的使用寿命，减少了因频繁更换刀具而造成的时间和成本的浪费。
3. 断裂强度断裂强度是刀盘材料的基本性能之一。
通过试验测定材料的断裂强度，可以判断刀具是否具有足够的强度来承受施加在其上的压力和冲击力。
简析盾构机刀盘与刀具的选型配置
简析盾构机刀盘与刀具的选型配置1工程概况湛江湾跨海盾构隧道工程是湛江市鉴江供水枢纽工程的一部分，工程位于湛江湾最窄处，不但水深流急，又是进出湛江港的咽喉，航道非常繁忙。
湛江湾盾构隧道穿越南三岛与东海岛之间海底，横穿湛江湾海峡，长2750m。
盾构隧道内径5.1m、外径6.0m。
2工程地质根据勘探资料，场区为深厚第四系地层，从上向下有：①、中全新统海风混积层，②、中全新统海相沉积层，③、中更新统北海组层，④、下更新统湛江组层。
各岩土层主要特征分述如下：①、中全新统海风混积层：黄色中细砂、细砂，局部含泥质，砂质均匀，以石英为主，主要分布在地势较高的陆地。
②、中全新统海相沉积层：主要呈灰色、深灰色，成分不均匀，主要为中细砂，次为中粗砂，含泥质，底部为粗砂，含少量砾，局部为泥粉质细砂、淤泥质细砂，含少量贝壳碎片、腐殖质，见少量薄层粘土夹层，砂以石英为主。
③、中更新统北海组层：主要呈土黄、棕黄、浅黄色，以中细砂为主，含泥质，局部夹粗砂，含少量砾和粘土，含铁质及发育铁质层为其特征，底部以波状起伏的铁质层与湛江组上部杂色粘土接触，铁质层呈暗红色，主要为贴胶结的粉细砂，致密坚硬。
④、下更新统湛江组层：主要为灰色、青灰色粘土、砂质粘土，含淤泥，见少量黑色碳化腐殖质木，土层不均匀，夹有砂层或与薄层砂互层。
砂为中粗砂夹细砂，含泥质、少量砾石，砂以石英为主。
3、刀盘与刀具的型式及布置本工程隧道穿越中全新统海相沉积层砂层和下更新统湛江组层砂质粘土层为主，存在中等～强透水砂层，围岩与海水直接连通，拱顶覆土厚度为20～40m，隧道水下埋深27～61m，最大外水压力约0.3MPa～0.6MPa，外水压力较大。
同时海中无条件设置途中工作井，不能分段掘进，因此本隧道掘进距离长达2750m，对盾构刀盘与刀具的可靠性及耐久性要求高。
同时小直径盾构在高水压条件下刀具更换存在较大的安全风险，换刀过程十分困难且提高了工程成本，耗资巨大，同时对工程进度造成严重影响。
盾构机刀具选型及布置
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｆ ｒ ｏ ｍ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｌ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｉ ｆ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ ． Ｉ ｔ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｔ ｔ ｍｎ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｘ ｃ ａ ｖ ａ ｔ ｅ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｗｈ ｅ ｈｅ ｔ ｒ ｉ ｔ ｓ ｕ ｉ ｔ ｈｅ ｔ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｎａ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｈｅ ｔ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎｄ ａ ｃ ｏ ｌ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｈｅ ｔ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ， ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｃ ｕ ｔ ｅ ｒ ｓ ， ｃ ｏ ｌ ｌ ｏ ｃ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｏ ｆｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｓ ｒ ｎｄ ａ
刀具 统称为 滚动刀 具 ，又称为 滚刀 。滚动 刀具均 是通
下 空 间开发工具 ，是集 机械 、电气 、 自动 化控制 、光 过滚 动和滑 动产生 的挤压 、剪 切 、研 磨等 达到破 岩 的 目的。根 据刀具形 状 的不 同滚刀又分 为 ：齿形 滚７ Ｊ （ 钢 学等多 学科综 合技术 为一体 的成套设备 。
盾构机刀盘刀具的设计与优化
盾构机刀盘刀具的设计与优化盾构机是一种用来建设城市地下隧道的重要工程机械，而刀盘刀具又是盾构机中的核心部件之一。
刀盘刀具的设计与优化对盾构机的工作效率和质量至关重要。
在本文中，我们将探讨盾构机刀盘刀具的设计原则、优化策略以及一些新技术的应用。
首先，盾构机刀盘刀具的设计应考虑以下几个方面：刀具材料的选择、刀具形状的优化以及刀具的布置方式。
刀具材料应具有一定的硬度和耐磨性，以保证刀具在长时间工作中不易损坏。
常见的刀具材料有高速钢、硬质合金等。
刀具的形状优化主要是为了提高切削效率和降低切削力，一般采用多刀刀盘设计，以增加刀具数量和刀具布置的灵活性。
刀具的布置方式则需根据具体工程项目的要求和地质条件来确定，以确保刀具能够适应不同的地质环境。
其次，盾构机刀盘刀具的优化策略主要包括刀具的布置优化、刀具参数的优化以及刀具寿命的优化。
在刀具布置优化方面，可以采用非对称布局、间距调整等方法来改善刀具的使用效果。
刀具参数的优化则需要通过合理选择刀具的直径、刀具间距、刀具角度等，以提高切削效率和降低切削力。
刀具寿命的优化可以通过改进刀具材料、刀具涂层等方式来延长刀具的使用寿命，降低更换频率，从而提高盾构机的工作效率。
另外，近年来，一些新技术的应用也为盾构机刀盘刀具的设计与优化带来了新的机会。
其中，数值模拟技术是一种非常有效的方法。
通过建立盾构机工作的数值模型，可以对刀具受力情况进行仿真分析，预测切削力、刀具磨损情况等，从而指导刀具的设计与优化。
此外，激光测量技术也可以用于实时监测刀具的磨损情况，及时调整刀具参数，提高盾构机的工作效率。
在实际应用中，盾构机刀盘刀具的设计与优化需要结合具体工程项目的要求和地质条件进行深入研究。
同时，应重视刀具的维护和管理，定期进行刀具的检查、修复和更换，以确保刀具的正常工作和延长使用寿命。
总结起来，盾构机刀盘刀具的设计与优化是提高盾构机工作效率和质量的重要环节。
通过合理选择刀具材料、刀具形状以及刀具布置方式，优化刀具参数和刀具寿命，并结合新技术的应用，我们可以提高盾构机的工作效率，降低切削力，提高切割质量，从而为城市地下隧道的建设贡献力量。
盾构机刀具的选型及其磨损分析
61WMEM·2020年 第1期产品与技术盾构机刀具的选型及其磨损分析济南重工集团有限公司 朱振鹏 姜晓彤盾构刀具将会直接影响盾构机掘进效率，不同岩土条件下将会采用不同类型刀具。
将从刀具种类、材料以及性能等方面对盾构刀具进行概括，分析盾构机刀具选型、切削机理以及磨损情况。
盾构法在隧道建设中的应用最初是由英国的布鲁诺在1818年提出的；20世纪60年代我国开始盾构机研制，现在已经基本实现国产化。
盾构机在公路、城市轨道、水利以及铁路等隧道建设中被广泛应用，具有对地面交通设施影响小、掘进速度快、开挖安全以及劳动强度低等优点。
在盾构机掘进系统中，盾构刀具作为关键部件，将直接影响盾构机掘进速度、出土速度和掘进效果。
盾构机在掘进过程中，将会受到岩土作用而产生损耗，为了减少刀具磨损，提高掘进效率，针对不同地质条件需要选择合适刀具。
本文将会针对盾构刀具选型以及切削磨损情况展开分析。
一、盾构刀具的选型1.盾构刀具分类及工作原理盾构刀具按照其切削方式可分为切削刀具和滚动刀具；切削类刀具又可以分为刮刀、先行刀、鱼尾刀和贝壳刀等。
（1）切削刀具切削刀是盾构机切削开挖面土体的主要刀具，其切削原理是盾构机在推进力作用下向前运动，刀具随着刀盘转动将会对土层产生径向的切削力和轴向剪切力，使得开挖面的土体被切削下来。
切削刀具一般形状示意图如图1所示，其中后角α和前角β一般为5°～20°，刀具角度在不同地层下是不同的，其中砂卵石地层稍小，黏土层稍大。
对于软土层或经过滚刀破碎的渣土，将会通过刮刀和切刀正面进入渣槽，如图2、图3所示，刮刀和切刀可以起到很好的切削与运输作用。
图1 切削刀一般形状示意图图3 切刀图4 超前刀切削土体示意图图2 刮刀先行刀也称为超前刀，超前刀切削土体示意图如图4所示。
在切削土体时先行刀一般会在切削刀之前切削土体，将土体切削成块，为切刀切削创造良好条件。
先行刀在切削过程中可以增加切削土体流动性，减少切刀磨损，降低切刀扭矩，提高切削效率。
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。
盾构机刀具选型及维护
• 3.2 根据地层选择刀盘刀具 • 地层不同,刀盘的结构及其刀具的组合布置、刀具 性能的要求也不同。根据地层一般把刀盘分为三 类：刮刀刀盘、滚刀刀盘和复合刀盘
• 刮刀刀盘 切削型刀具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。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 条式刀盘或软土刀盘。 • 滚刀类刀盘 盘形滚刀适用于硬岩地层，对于均一的全断面硬岩 地层通常只用滚刀（配以刮板），铁路、公路隧道、 引水工程隧道常常是这类地层。作成的刀盘通常称 为硬岩刀盘或TBM刀盘，目前主要是17〞盘型滚 刀。如秦岭铁路隧道施工的TBM刀盘。
• 在西宁线桃花铺隧道施工中，采用威尔特TB880E 隧道掘进机，国产刀圈与维尔特刀圈对比如表。
• 一组国产刀具应用图片
• 国产面临的问题： • 1）实现标准化或通用化，达成批量化生产降低生 产成本、提高质量稳定性； • 2）刀具生产企业整体实力的提升； • 3）对国产刀具的正确认识
4、刀具的失效形式
• 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）
• 4.1刮刀（齿刀）的失效： 1）正常磨损 2) 刮刀刀刃崩裂：在硬岩掘进中，滚刀磨损太大， 刮刀直接切割未经滚刀破碎的硬岩；在硬岩中掘 进时，转速太快，突遇硬岩，冲击造成刀刃崩裂； 在硬岩掘进中，进刀太深等原因造成刀刃崩裂。 3) 刮刀刀体断裂：刀体本身的强度和韧性不够；进 刀太深。 4) 刮刀掉齿：合金刀齿的焊接工艺不过关；刮刀突 遇硬岩。
浅谈盾构机刀具的种类及其配置方式
、
刀具 ，其 直 接影 响着 盾 构施 工进 度 。所 以必 须 根据 工程 地 段 岩石 的 不同 强度 和地 质 特点 以及 刀具 在 不 同岩 石 中表 现 出的破 岩机 理来 对 刀具 进 行设 计 和选 择 。为 了适 应从 软 土到 硬 岩不 同地 层 的开 挖 ，目前设 计 出多 种刀 具 与之 适应 。盾构 机 刀具 类型 分 为两 大类 ：滚 刀 和 切削 刀 。而切 削 刀 的种类 繁 多 ，包括 ： 切 刀 、齿刀 、边 刮 刀 、先行 刀 、仿 形刀 、 鱼 尾刀 。其 中 ，滚 刀 和齿 刀的 刀座 形式 相 同 ，根 据不 同 的地 质类 型 ，两种 刀具 可以 互换 。 １滚 刀 。滚 刀用 于掘 进 纯岩 地层 ；伴 有 大粒 径 的砾 石 （ 粒 径大 于４ ０ ０ ｍ ｍ） 并 且 含量 达 到一 定 比例 的松 散地 层 ；岩 石 （ 强 度 不是 太高 ）与一 般土 体 （ 松 土或 砂 土 ） 交错 频 繁 出现 的复 杂地 层 。采用 滚 刀破 岩 时 ，其 破岩 原 理是 ：刀 盘旋 转 带动 刀具 扫 过开挖面 ，此时滚刀挤压周边的岩石 ，使 其 表面形 成 裂 纹继 而 与开挖 面脱 落 ，使 得 岩石 成 功破 碎 。滚 刀按 刀具 形状 的 不 同分 为 ：盘形 滚 刀 和齿形 滚 刀 ；而根 据 安装 位 置 不 同分 为 ：正 滚 刀 、 中心 滚 刀 、 边 滚 刀、扩孔滚刀；按照刀圈的数量分为单刃 滚 刀 、双 刃滚 刀和 三刃 滚刀 。在 风 化 的砂 岩 和泥 岩等 软岩 地层 时 ，一 般采 用 双刃滚 刀 ；在较 硬岩 中采 用单 刃滚 刀 。 ２切 刀 。切 刀是 盾构 机切 削 开挖 面 上 体 的 主刀具 。切 刀用 于开挖 非 岩质 或软 土 地层 ；粒 径 小 于４ ０ ０ ｍ ｍ的砂 、卵 石 、粘 土 等 松 散 体 地 层 。 切 刀 在 切 削 和 剥 离 土 体 时 ，其切 削 原理 是 ：盾构 机 向前 推进 的同 时 ，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴 向 （ 沿 隧道前 进 方 向 ）剪切 力 和径 向 （ 刀 盘旋 转 切线 方 向 ）切削力 ，使得 切刀 的刀 刃 和刀 头插 入到 地层 内部 ，从 而 不 断将 土 体切 削下 来 。 ３先 行刀 （ 超前 刀 ）。先 行 刀是 先行 切 削土地 的刀具 。先 行 刀在 主要 是协 同其 他 刀 具 进 行 开挖 。 先 行 刀 顾 名 思 义 是 先 行 ，所 以它先 于切 刀切 削土体 ，将 土体切 割分 块 ，避 免切 刀先 行 切削 到地 层 ，起 到 保护作用 。先行刀一般位于面板上 ，切削 宽度一般比切刀窄 ，能够增加土体的流动 性 ，从而大大降低切削刀的扭矩 ，提高切 削效 率 。先行 刀分 为贝壳 刀 和撕裂 刀 。 ４仿 形刀 （ 超挖 刀 ）。土压 平衡 的盾
盾构机的刀具配置介绍.
50
40
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20 10
异常磨损量
0
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刀具磨损分析——滚刀（二）
刀具磨损情况图 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
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滚刀破岩机理（三） 滚刀滚压岩石随着推力的不同，岩石的破碎一般分为三个阶段：研磨、疲劳 破碎和有效体积破碎。 研磨：当滚刀受到的推力很小时，刀圈对岩体的挤压力远小于岩体的极限强 度，岩体破碎是摩擦力的作用下引起的表面磨损，破碎的颗粒小，刀圈磨损严重 ，对岩体的破碎速度慢。 疲劳破碎： 当滚刀受到的推力增大，但刀圈对岩体的挤压力仍小于岩体的极限强度，通 过刀圈对岩体的多次碾压，岩体产生疲劳裂纹，进而发生破碎。 有效体积破碎：当滚刀受到的推力足够大，刀圈对岩体的挤压大于岩体的极 限强度时，刀尖贯入岩石，岩体产生跳跃式的直接破碎，破碎块增大，破碎速度 增大，并随轴压的增加而线性增加，岩面被盘形滚刀挤压破碎而形成多道同心圆 沟槽，随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，相邻同心圆沟槽间的岩石 成片崩落，完成盘形滚刀的破岩过程，改工况下破岩速度高，刀圈磨损小，岩石 破碎过程所消耗的比功小。
中心鱼尾把先行刀54把保径刀20把横向保径刀1620151216盾构机刀盘的结构形式掘进刀具切削破岩刀具滚压破岩刀具刮刀常见刀具形式双刃常见刀具工作原理和使用条件刀具类型适应条件工作原理刀盘向前的压力及旋转的惯性力破坏岩石刮刀软土地层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2015121619复合式盾构机的开挖系统一20151216双刃刮刀撕裂刀实物图双刃刮刀和撕裂刀安装示意图双刃刮刀实物图20151216复合式盾构机的开挖系统二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目前我们在地铁盾构施工中遇到的代表性地层主要有
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。
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。
盾构刀具工作总结
盾构刀具工作总结
盾构刀具是盾构机械中至关重要的部件之一，它直接影响着盾构机械的施工效率和质量。
在盾构机械的工作过程中，刀具的选择、维护和使用都是至关重要的环节，下面我们来总结一下盾构刀具的工作要点。
首先是刀具的选择。
在选择盾构刀具时，需要考虑地质条件、地层特点、施工环境等因素。
不同的地质条件需要选择不同的刀具类型和材质，以确保盾构机械能够顺利地进行开挖作业。
在选择刀具时，还需要考虑到刀具的耐磨性和耐腐蚀性，以及刀具的结构和设计是否符合实际施工需求。
其次是刀具的维护。
盾构刀具在工作过程中会受到严重的磨损，因此定期的维护和保养是非常重要的。
刀具的磨损情况需要及时进行检查和评估，一旦发现刀具磨损严重，需要及时更换或修复。
同时，还需要对刀具进行清洗和润滑，以延长刀具的使用寿命。
最后是刀具的使用。
在盾构机械的施工过程中，需要严格按照刀具的使用要求和操作规程进行作业。
操作人员需要熟练掌握盾构机械的操作技术，合理控制刀具的进给速度和刀具的工作压力，以确保刀具能够顺利地进行开挖作业，并且保证施工的安全和质量。
综上所述，盾构刀具的选择、维护和使用都是影响盾构机械施工效率和质量的重要因素。
只有在做好刀具工作总结的基础上，才能确保盾构机械能够顺利地进行作业，为工程的顺利完成提供保障。
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【摘要】盾构刀具在盾构施工中扮演着重要角色，其选择、正确使用、维护保养、故障排除和维修管理至关重要。
本文首先介绍了盾构刀具的作用和重要性，以及维修管理的意义。
详细讨论了盾构刀具的选择原则、正确使用方法、维护保养、故障排除和维修管理流程。
最后总结了合理使用盾构刀具的重要性，维修管理的必要性，以及长期性能保障的重要性。
通过本文的介绍，读者将了解到如何正确使用和维护盾构刀具，以确保盾构机的顺利施工，提高工程质量和效率。
【关键词】盾构刀具、使用、维修管理、选择原则、正确使用方法、维护保养、故障排除、维修管理流程、合理使用、必要性、长期性能保障。
1. 引言1.1 盾构刀具的作用盾构刀具是盾构机的重要组成部分，其主要作用是用来开采、破碎和运输隧道中的岩石和土壤。
盾构刀具通过旋转运动和冲击力来破碎周围的岩石和土壤，然后将破碎后的材料输送到隧道内部或外部。
在盾构机的工作过程中，盾构刀具起着至关重要的作用，直接影响着隧道开挖的效率和质量。
盾构刀具的选择和使用不当可能导致工程进度延误和安全事故，因此盾构刀具的作用是非常重要的。
除了开采和破碎岩石土壤外，盾构刀具还可以在工程施工中进行地质勘察和取样，为工程设计和施工提供重要数据支持。
盾构刀具还可以用于修复和维护已建成的隧道结构，保障隧道的安全运行和使用。
盾构刀具的作用不仅仅是开挖隧道，更涵盖了隧道施工的各个环节，对于保障工程质量和安全具有不可替代的作用。
1.2 盾构刀具的重要性盾构刀具是盾构机中至关重要的部件，其作用是在地下施工过程中进行切割和破碎岩石、土壤等障碍物，从而顺利推进盾构机。
盾构刀具的选用直接影响到盾构机的施工效率和质量，并且与工程安全密切相关。
盾构刀具的重要性不言而喻。
盾构刀具作为盾构机的"利器"，其质量和性能直接影响到整个施工过程的顺利进行。
优质的盾构刀具可以有效地降低施工成本，提高施工效率，同时保障施工质量。
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１ ６ ２ ６ＭＰ ．８ ７ ０ ａ ０ｍｍ粒 径 占 ６ ％ 以上 ）的地 质 ５ 条件 ，对该 ￥ ￥ 进行一 些研究 、探讨 。 ￥论 问题 ￥ ￥
１ 盾 构掘进 中刀具 的切削机 理 盾 构机掘进 切削装 置 由切 削刀盘 和切削 刀具组
日益 普及 。盾 构 掘进 施 工 中刀 具 的选 用 是 重 要环
刀具 的磨耗 系数是衡 量刀具 使用 寿命 的一 个重 要参 数 ，定 义为 每掘进 １ ｍ时刀具 的磨耗 量 。 ｋ
滚 刀 由一 个环形 刀 圈和刀鼓 组成 ，刀圈安装 在 刀 鼓上 （ 图 １ 。在 掘进 施 工 中滚 刀 的磨 耗 系 数 见 ） 是齿 刀的数倍 。原 因是 ：其 一 ，滚 刀是通 过刀 圈压
继续 使 用 主要 为 壳体 部分 磨损 更 换 轴 承 密 封 损 坏 造 成
进 砂
时 ，滚 刀 的主要工 作方 式是 挤压 切削 。
在 不 同地 质情 况下 滚刀 的选 用原 则是 ：在 岩石
层 时 ，通 过 提高刀 体 硬度 、韧性 、耐 磨性 ，可有 效 地解决 滚刀抗 磨性 、刀圈断 裂等 问题 ，从 而提 高滚 刀的使用 寿命 。在 软地 层与 松散地 层 中 ，则 通过 提 高刀体 硬度 、耐磨 性 ，同时 采用镶 嵌 合金体 或覆 焊
中图分类号 ：Ｔ ９ ３ 文 献标识 码 ：Ｂ 文章编号 ：１０ — ２ ６ （０ ０ ６ ０ ６ — ２ Ｅ７． ４ ０ １ ２ ０ ２ １ ）０ — ０ ８ ０
０ 引 言
动 实现对 土体 的切削 ，为二次辅 助切 削 （ 在此 不作
详 细探讨 ） 。
近年采用 盾构法 挖掘 隧道或铺设 各种地 下管道
成 。切削 刀盘位 于盾构 机的前方 ，其功 能是 既能切 削土体 ，又能对 地层 的土体起 到支撑作 用 ，从 而保 证 掘进 面的稳定 。切削 刀具 的功能是切 削掘进 面的
土体 ．切 削刀具 安装在 刀盘 的正面与侧 面 ，刀 具随 着 刀盘转 动从 而实现对 土体 的切削 。切 削刀具 主要 分 为两种 ：一种 为 固定 式齿刀 或刮刀 ，另一种 为盘 形 滚刀 。滚刀按 一定 的切削轨 迹与 间距 安装在 刀盘
情况 下 。一 般认 为滚 刀刀具 的作 用是 以挤 压破 碎为
标 准滚 刀 ７ 镶齿 滚 刀 ８ 标 准 滚 刀 ｌ ９ 镶 齿 滚 刀 ２ １ 齿 型 滚 刀 ２ ０
２０ ４ ２０ ４ ２０ ４ ２０ ４ ２０ ４
２． ５８ ２５ ． ２． ９４ ２７ ． 偏 磨
行 切削 ，同时它 因受正 向压力 与侧 向切 力而被 动旋
转 ，从而对 土体进行 挤压 切削 和松 动 ，滚 刀是掘 进
？ Ｉ
（ ）滚 刀 与土 体 的 作 用 ｂ
切 削土体 的主要刀具 。齿 刀和刮 刀 ，通过 刀盘 的转
图 １ 盘 形 滚 刀 的 运动 与 作 用
第３ ６卷 第 ６ 期
的磨耗 系数 远大 于齿 刀 ：其 二 ，滚刀在对 地层压 挤 过程 中 ，其 轨迹是 沿着定 圆的切线 方 向运 动 ，在 破 岩过 程 中滚 刀本身 同时承 受径 向力 、轴 向力 、摩 擦
阻力 、振动 等 ，滚 刀的结 构形式决 定 了整 个刀 圈的 不均 匀受力 状态 ，使得整 个刀 圈的机械性 能必 须兼 顾韧性 、硬 度 、耐磨 三方 面 的要 求 。这导 致 了刀圈 的磨耗 系数较 大 。
李 胜新 等 ：盾 构 施 工 刀 具 的选 用
表 １ 刀 具 选 型 的 工 程 试验
６ ９
２ 刀 具 的 选 用
在盾 构施工 中 ．因滚刀 刀 具磨耗 量过 大而 进行
刀 型
刀 号 掘进 磨 损 量
里 程／ ｍ
效 果
备 注
刀具 的更换 是一项 经 常性 的工作 ，尤 其在 复杂 地质
更换 继续 使 用
刀 圈磨 损 不 能 使 用 壳 体 部 分 磨 损 刀 圈 磨 损
主要 工作 方 式 的 ，我们 通 过 工程 实 践认 为 ：其 一 ，
当地质 为岩 石层 时 ，滚 刀 的主要 工作 方式 是挤 压破 碎 ：其 二 ， 当地 质 为 软 地 层 、砂 层 、卵 砾 石 地 层
３ 程 进度 和效 益产 生 重要 的影 响 。文 章在 阐述 泥水 平衡 式 盾 构机 掘进 过 程 中刀具 切 削机 理 的基 础 －
上 ，提 出 了根据 不 同的地质 情 况选用 不 同结 构刀具 的原 则 ，并结合 工程 实例介 绍 了刀具的 选型试 验
和 工程 应 用 效 果 。
关键词 ：盾构机 ；刀具 ；选 型 ；地质条 件 ；应 用
人地层 从 而对土体 进行破 碎和松 动 的 ，这 造成 滚刀
节 ，将 直接影 响施工 的工期 和工程效 益 。盾 构施工
刀具 的选 用必须 根 据工 程地 质 、水 文条 件来 确 定 ， 针对不 同 的地 质条件如 何科学 、合理地 选用不 同 的 刀具 ．延 长刀具 的使用 寿命 ，是摆在工 程技术 人员 面前 的重要课题 。我们 针对宜 昌长江 穿越盾 构工程 的黏 土 质粉 砂 岩 （ 压 强度 为 ３ Ｐ ，易造 成 对 抗 ６Ｍ ａ
上 ］一
ｌ
—一 、 ）
（
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力
／
ｆ
－—方 滚 向 — 动＼ — 刀 ＼ — ｜ 转 ｌ
／ 刀转 力 盘
（ ）滚 刀 的运 动 ａ
上 ，安 装 后 的滚 刀 比刀盘 面 高 出 ８ ０～１０ｍｍ。掘 ２
进 时 ．滚 刀首先 接触地 层 ，随刀盘 的旋 转对土 体进
石
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油
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程
建
设
２１ ０ ０年 １ 月 ２
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李胜新 ，刘广仁，张 平
（ 中国石 油天然气管道局第四工程公司 ，河北廊坊 ０ ５ ０ ） ６０ ０
摘 要 ：根 据 不 同的地 质条件 ，科 学合理 地 选用不 同的盾 构施 工 刀具 以延 长刀具 的使 用 寿命 ，将 对