盾构刀盘刀具使用与管理
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
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。
盾构机械刀盘及刀具设计与优化
盾构机械刀盘及刀具设计与优化随着城市地下空间的不断开发和利用，盾构机械在地铁、隧道等工程领域中得到了广泛应用。
盾构机械的刀盘及刀具是决定其施工质量和效率的重要因素之一。
本文将重点讨论盾构机械刀盘及刀具的设计与优化。
1. 刀盘设计1.1 刀盘结构设计刀盘是盾构机械的核心部件之一，其结构设计的合理性对盾构机械的工作效果有着重要的影响。
刀盘的结构设计应该考虑以下几个方面：1.1.1 刀盘刚度设计刀盘的刚度设计直接影响到刀具在施工过程中的稳定性和耐久性。
应该根据盾构机械的工作条件和土壤的物理特性，合理选择刀盘的材料和结构尺寸，确保刀盘具有足够的刚度。
1.1.2 刀盘模块化设计刀盘的模块化设计可以极大地提高刀具更换的效率，并且便于维护和保养。
刀盘的模块化设计应该考虑到刀具的安装和拆卸便捷性，同时也要保证刀具的工作性能。
1.1.3 刀盘防护设计刀盘的防护设计不仅能够保护刀具，在施工过程中还能够减少对环境的影响。
刀盘的防护设计应考虑到刀具的精度和平衡性，同时也要与盾构机械的其它部件协调配合。
1.2 刀盘传动系统设计刀盘传动系统是盾构机械的另一个重要部分，其设计的合理性对盾构机械的运行效果至关重要。
刀盘传动系统设计应该考虑以下几个方面：1.2.1 传动效率设计传动效率直接关系到盾构机械的工作效率。
刀盘传动系统的设计应该尽可能地提高传动效率，降低能量损耗。
1.2.2 齿轮设计齿轮是刀盘传动系统中常用的传动元件，其设计应考虑到负载分配、噪声控制等方面的需求。
合理选择齿轮的材料和结构尺寸，可以提高刀盘传动系统的可靠性和耐久性。
1.2.3 传动稳定性设计传动稳定性是刀盘传动系统设计时需要充分考虑的因素，合理选择传动比、减小晃动等措施，可以提高刀盘传动系统的稳定性。
2. 刀具设计与优化2.1 刀具材料选择刀具材料的选择直接影响到刀具的硬度、韧性和耐磨性等性能。
应根据盾构机械工作的土壤条件和设计要求，选择适合的刀具材料，以确保刀具有良好的工作性能和寿命。
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。
盾构施工刀具的检查与更换
五、开仓前准备工作
• 1、由于处于富水砂卵石地层，此地层的自稳性较差，且含水量 较多。因此在开仓前，需在刀盘前方地面打降水井降水。降水井 深度及降水后水位必须在刀盘底部以下。
• 2、在刀盘前方地面打3-4根1.2m-1.5m的旋挖桩对地层进行加固 并记录好旋挖桩里程。当刀盘掘进至旋挖桩里程并进入旋挖桩 1/3-1/2后，方可开仓。
地层，支撑掌子面，搅拌渣土，施工过程中，其工作条件极
其恶劣，受力复杂，是盾构机检查维护的主要部件，其结构
特点结合刀具配置形式及刀具的好坏将直接影响盾构施工能
否顺利进行。
•
刀盘按照开口率，结构等的不同，可大致分为三类：
• 1.面板式刀盘
• 2.辐条式刀盘
• 3.复合式刀盘
面 板 式 刀 盘
辐 条 式 刀 盘
体的磨损。造成管片破损，地表沉降甚至塌陷等一系列影响隧道
施工质量的事件。
•
因此，在盾构施工掘进过程中，掘进参数连续出现异常情况
时，我们就有必要进行开仓刀具的检查与更换。
•
开仓刀具检查与更换更多的出现于以成都，广州，深圳等以
复合地层为主的隧道施工中。
四、开仓刀具检查更换的分类
• 开仓换刀一般分类两类：常压换刀与带压换刀。 • 1、带压换刀 • 指我们在开仓后，通过空压机等空气输送系统向密闭的人仓及
土仓内土压变化情况，等土仓内渣土降至回转中心以下之后，停止出
渣。打开土仓壁腰部两个球阀观察是否有水流出。
• 1.2、气体检测
•
在盾构司机出渣降压的同时，用气体检测仪放置于螺旋机出土
口检测跟随渣土出来的气体是否有害。如隧道内有有毒、有害气体，
需对隧道内持续通风排除。
• 1.3、打开仓门
盾构机刀盘设计与刀具优化分析
盾构机刀盘设计与刀具优化分析引言：盾构机刀盘是现代隧道工程中不可或缺的工具，其设计和刀具的优化分析对于提高隧道工程的效率和质量至关重要。
本文将会就盾构机刀盘的设计要点和刀具的优化分析进行详细探讨，希望能够为相关从业人员提供有价值的参考。
一、盾构机刀盘设计要点1.适宜的刀盘直径选择：刀盘直径的选择需要根据具体的隧道工程情况进行合理的选定。
通常情况下，刀盘直径不宜过大，以免给隧道掘进带来过大的应力。
同时，刀盘直径也要足够大，以确保刀盘能够顺利穿越地下障碍物。
2.刀盘结构的设计：刀盘结构的设计需要考虑刀盘的整体强度和稳定性。
首先，需要选择适宜的刀盘材料，以确保其正常工作状态下不会发生破损。
其次，刀盘的结构应该具备合理的刚性和刚度，以能够对复杂的地质情况和地下水力进行有效的抵抗。
3.刀盘导向系统的设计：刀盘导向系统是刀盘在掘进过程中的重要支撑系统，其设计的合理与否直接影响着刀盘的准确定位和稳定性。
因此，需要在设计中充分考虑刀盘导向系统的刚度和韧性，以确保刀盘能够准确地控制掘进方向并避免出现误差。
二、刀具的优化分析1.刀具材料的选择：刀具材料的选择直接影响着刀具的使用寿命和切削效率。
通常情况下，刀具应选择硬度较高、耐磨性能好的材料，以确保刀具在长时间的切削过程中不会出现过快的磨损和损坏。
2.刀具结构的优化：刀具结构的优化主要包括刀具形状和刀具排列方式的设计。
在刀具形状方面，需要选择适合具体地质条件的刀具形状，以确保切削效果的良好。
在刀具排列方式上，需要根据地质情况和工程要求进行合理的选择，以避免切削过程中的堵塞和卡刀现象。
3.刀具切削参数的优化：刀具切削参数的优化是提高切削效率和减少刀具磨损的关键。
在设计中，应合理选择切削速度、进给量和切削深度等参数，以确保刀具在长时间的切削过程中保持稳定的磨损状态和高效的切削效果。
结论：盾构机刀盘设计和刀具的优化分析对于隧道工程的顺利进行和质量的保障具有重要意义。
通过合理的刀盘设计和刀具优化分析，可以提高隧道工程的效率和质量，降低工程风险，为隧道工程从业人员提供更好的工作条件。
盾构机刀盘与刀具的设计与分析
盾构机刀盘与刀具的设计与分析盾构机是一种用于地下隧道开挖的机械设备，它的核心部件是刀盘和刀具。
刀盘是盾构机的主要工作部位，而刀具则是刀盘上的切削工具。
盾构机刀盘与刀具的设计与分析是为了提高盾构机的工作效率和安全性，下面将对这方面的内容进行讨论。
首先，盾构机刀盘与刀具的设计应考虑以下几个方面。
首先是刀盘的结构设计，包括刀盘直径、刀盘壳体的材料和强度设计。
刀盘直径的选择需要考虑隧道的尺寸和地质条件，以确保刀盘能够适应不同的工作环境。
刀盘壳体的材料选择应具有足够的强度和耐磨性，以保证刀盘的工作寿命和使用安全。
其次是刀盘上的刀具布置设计，包括刀具的数量、布局和角度。
刀具的数量应满足施工需要，布局应合理，角度的选择要考虑到土层特性和切削力的分布。
最后是刀盘与盾构机的连接设计，要确保刀盘能够与盾构机紧密连接，传递切削力和承受土压力。
其次，对于盾构机刀盘与刀具的分析，首先需要进行刀盘的载荷分析。
通过对刀盘受力情况的分析，可以确定刀盘的结构和材料，以确保其具有足够的强度来承受土压力和切削力。
其次是刀具的选择和分析。
不同的地质条件和隧道要求需要使用不同类型和材料的刀具。
刀具的选择应考虑到切削效率、耐磨性和经济性等因素。
此外，还需要对刀具的切削性能进行评估和分析，以提高切削效率和减少能耗。
最后是切削力的分析。
切削力对于刀具和刀盘的设计非常重要，因为过大或过小的切削力都会影响刀具的使用寿命和切削效率。
因此，对切削力的分析和评估可以指导刀具和刀盘的设计和优化。
此外，还可以运用有限元分析等工具对刀盘和刀具进行力学仿真分析，以评估其强度和刚度等性能指标。
通过仿真分析，可以发现潜在的结构问题和设计缺陷，并对刀盘和刀具的设计进行改进和优化。
总结起来，盾构机刀盘与刀具的设计与分析是为了提高盾构机的工作效率和安全性。
通过合理的设计和有效的分析，可以优化刀盘和刀具的结构，提高其强度和耐久性，以适应不同的地质条件和工作要求。
同时，对刀盘和刀具进行力学仿真分析，可以发现潜在的问题并进行改进和优化。
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。
盾构机刀盘驱动控制系统分析和使用
盾构机刀盘驱动控制系统分析和使用[摘要] 刀盘驱动系统是盾构机的重要组成部分，本文分析了国内盾构机中刀盘常用的几种典型的驱动方式，结合广佛地铁十二标中罗宾斯盾构机的刀盘驱动系统进行重点分析。
并使用GX Developer和GT Designer2进行联合仿真，分析其控制过程，供施工人员进行学习检修作参考。
[关键词] 盾构机；刀盘驱动；PL前言刀盘是盾构设备的重要组成部分，是进行掘进作业的主要工作装置。
虽然盾构机刀盘工作转速并不高，但是由于广佛地铁十二标地质构造复杂、刀盘作业直径较大。
要求刀盘的驱动系统需具备: 大功率、大转矩输出、抗冲击、转速双向连续可调。
在满足使用要求的前提下减小装机功率，具备节能降耗等工作特点。
盾构机中主要使用三菱电机自动化生产的Q2大型PLC进行分布式控制，各个部分在控制系统中分工明确，整个控制系统具有一定的复杂性。
因此，刀盘的驱动系统以及控制系统必须具有高可靠性和良好的操作性能。
通过使用GX Developer 和GT Designer2进行联合仿真可以很好地克服整套大型设备难以开展调试、学习、检查等工作的缺点。
1刀盘驱动系统分类刀盘驱动系统是盾构机的主要系统之一, 分析盾构机刀盘驱动系统液压驱动方式和电驱动方式, 并对两种驱动方式进行了优缺点比较,结果如表1-1所示。
表1-1 驱动方式优缺点对比表驱动形式特点电机驱动能源使用效率高，噪音小，价格上比液压驱动具有优势，但是在前盾中占用空间比较大。
液压驱动起动力矩大，容易同步控制，效率低，噪音高。
前盾内空间宽敞，后续台车配套设备所占空间比较大。
虽然液压控制在控制精度以及起动转矩方面有一定的优势，但是随着异步电机变频控制技术的发展和完善，在刀盘驱动中使用电机驱动技术更加符合生产和设备使用和维护实际情况。
刀盘采用电机驱动将会越来越普遍。
2刀盘电驱动分析电驱动方式分为单速电机驱动方式、双速电机驱动方式和变频电机驱动方式。
单速电机驱动方式不能调节速度，近年来在投入和功能的比较上，越来越缺乏竞争力，因此较少使用。
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
盾构机刀盘刀具磨损分析与改进
盾构机刀盘刀具磨损分析与改进一、引言盾构机是一种用于地下隧道开挖的机械设备，其刀盘刀具是关键部件之一。
刀盘刀具的磨损情况直接影响到盾构机的开挖效率和寿命。
本文将对盾构机刀盘刀具磨损进行分析，并提出改进措施，以提高盾构机的工作效率和使用寿命。
二、盾构机刀盘刀具磨损分析1. 磨损形式刀盘刀具主要有刀头、滚刀、凿岩头等组成。
在盾构机开挖过程中，刀具与隧道地层不断磨擦，导致刀具磨损。
刀盘刀具主要磨损形式包括磨耗磨损、断裂磨损和自擦磨损。
磨耗磨损是最为常见的磨损形式，主要是因为刀头与地层的摩擦导致切削面材料磨损。
断裂磨损则是刀盘刀具在工作时由于受到剧烈冲击或超过其材料强度限制造成的断裂现象。
自擦磨损是指刀头上的刀具与切削面之间的磨损，主要是因为刀具材料之间的磨擦产生摩擦热而引起的。
2. 磨损原因刀盘刀具的磨损主要受以下几个方面的影响：（1）地层硬度：地层硬度越大，刀具与地层摩擦力越大，磨损程度也越大。
（2）地层结构：地层的裂隙、节理等结构对刀具磨损具有一定影响。
（3）刀具材料：刀具材料的硬度、韧性、耐磨性等性能对磨损情况有直接影响。
（4）刀具设计：刀具的形状、角度、排布等设计因素会直接影响磨损情况。
三、刀盘刀具磨损改进措施1. 材料优化刀盘刀具的材料选择至关重要。
根据地层的硬度以及磨损形式，选用具有良好硬度、韧性和耐磨性的材料，可以有效延长刀具的使用寿命。
目前，硬质合金、高速钢等材料被广泛应用于刀盘刀具制造。
2. 刀具设计改进通过改进刀具的形状、角度和排布等设计因素，可以降低刀具的磨损程度。
例如，合理的刀具刃角可以减少切削阻力和磨损；适当增加刀头与地层的接触面积，可以分散磨损力，延缓刀具的磨损速度。
3. 切削液的应用在盾构机开挖过程中，切削液的应用可以减少刀具与地层之间的摩擦阻力，从而降低刀具的磨损程度。
合适的切削液类型和浓度可以根据具体地层情况进行调整。
4. 定期检测和维护定期对刀盘刀具进行检测，及时发现和修复磨损、断裂等问题，可以保持刀具的良好工作状态，延长使用寿命。
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。
刀具管理重要意义
刀具管理的重要意义盾构机刀具管理是要把盾构机刀具的养、用、管、修提高到管理的高度上，有统筹、有计划、有反馈、有分析和总结，建立一个良性的、闭式循环的管理系统。
加强盾构机刀具管理在以下几方面有着十分重要的意义：①有计划性的实施刀具的检查和更换，能及时了解、掌握和分析刀具的使用状况，对有效地利用刀具以及对刀盘进行有效的保护有重要意义；②建立准确、详尽的刀具台帐和完善刀具维护、修理工艺，能最大限度地减少在刀具方面的投入，对降低刀具的使用成本有重要意义；③掌握并熟练运用刀具检查、更换的方法，加强对刀盘的监控，能避免刀具非正常原因的大面积损坏，对保证施工顺畅，降低施工风险有重要意义。
正是基于上述三方面的重要意义，我们需要总结出合理的、操作性强的刀具管理方法，并把它规范化、制度化，用来指导我们的工作。
2. 刀具管理的主要内容盾构机刀具管理分为大小两个闭式循环管理系统。
大循环指从刀具选用――具体操作――比较、分析――反馈――刀具选用的过程；小循环指从测试——使用——检查、更换——修理——试验（测试）的过程。
其中，大循环是小循环的基础，小循环是大循环的具体体现。
控制好大循环，就等于把好了第一关，为小循环顺利的运行建立了良好的基础；控制好小循环，做好具体工作，又能给大循环提供更多、更好、更及时的反馈，使大循环能做及时、有效的调整，使一切按着计划来运行，避免了多余的投入，保证了成本的最小化。
3. 刀具管理流程与任何一项工作一样，盾构机刀具管理有特定的流程，见图1。
盾构机刀具管理的每一个环节环环相扣，要将刀具管好、用好，需认真做好每一个环节的具体工作。
3.1 测试盾构机刀具主要分为齿刀与盘型滚刀两大类，前者主要用于软弱地层及强度在20MPa 以下地层的开挖，后者适用于强度较高的地层。
对齿刀而言，主要侧重于检查齿刀刀体结构，齿刀刀头的牢固性（齿刀刀头与齿刀刀体相连的方式主要有三种：焊接式，螺栓连接式与嵌入式），以及刀头上硬质合金的质量，多为目测。
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滚刀两种，常用于软岩；无齿盘形滚刀应用较广。
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（一）刀具类型与结构形式
齿形滚刀
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（一）刀具类型与结构形式
（一）滚刀
按同一个刀毂上配置刀圈数量划分，滚刀又分为单刃
滚刀、双刃滚刀、多刃滚刀等三种形式。其中，在风
化砂岩及泥岩等较软岩地层时，一般采用双刃滚刀； 较硬岩采用单刃滚刀。
（一）刀具类型与结构形式
（2）切刀
嵌入式切刀是在刀体上开槽，刀刃嵌入槽内并与刀体
焊接，只有参与切削的一部分刀刃暴露在槽外。嵌入
式切刀的刀刃不易脱落，具有较强的耐冲击能力，适 用于砂卵石地层。
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（一）刀具类型与结构形式
（2）切刀
根据切刀与刀盘安装连接形式不同，又可分为栓接式
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（一）刀具类型与结构形式
（2）切刀
附着式（也称为板式）切刀的刀刃平焊于刀体上，切
削时刀刃的切削面全部暴露在土砂中，多适用于黏土 、粉土、粉砂等地层。采用特殊形状刀刃制造的强化 型板式切刀，其耐冲击性能显著提高，越来越多地应 用于砂卵石地层。
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（一）刀具类型与结构形式
中心滚刀
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（一）刀具类型与结构形式
双刃滚刀
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（一）刀具类型与结构形式
盘形滚刀按刀圈材质主要分为耐磨层表面刀圈、标准 钢刀圈、重型钢刀圈、镶齿硬质合金刀圈滚刀等，并分 别适应于如下不同地层： ① 耐磨层表面刀圈：适用于掘进强度40MPa的紧密地层， 强度80～100MPa的断裂砾岩、砂岩、砂粘土等地层。 ② 标准钢刀圈：适用于掘进强度50～150MPa的砾岩、 大理石、砂岩、灰岩地层。 ③ 重型钢刀圈：适用于掘进强度120～250MPa的硬岩， 强度80～150MPa的高磨损岩层，如花岗岩、闪长岩、斑 岩、蛇纹石及玄武岩等地层。 ④ 镶齿硬质合金刀圈：适用于掘进强度高达150～ 250MPa的花岗岩、玄武岩、斑岩及石英岩等地层。
一 刀盘刀具类型与结构形式
二 刀具的破岩机理及载荷计算
三 盾构刀盘刀具的失效与管理 四 工程案例
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（一）刀具类型与结构形式
盾构刀具按照破岩（土）原理不同，可分为滚压型刀
具和切削型刀具，滚压型刀具主要用于岩石破坏，主 要为盘形滚刀；切削型刀具主要用于软土破坏，包括 正面切刀、周边刮刀、先行刀，也叫撕裂刀等。
（一）刀具类型与结构形式
单刃滚刀的安装结构
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（一）刀具类型与结构形式
双刃滚刀的安装结构
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（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。
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（一）刀具类型与结构形式
（2）切刀
耐磨性结构设计：为了提高
切刀整体抗磨损能力，一般 采用双层碳钨合金刀齿的耐 磨设计，即利用具有切削高 度差的主副切刀分别参与切 削，其工作原理为：当主切 刀的高度磨损大于20mm后， 副切刀开始工作，因此延长 了切刀磨损时间。此外，可 在刀具背部设置双排碳钨合 金柱齿。
盾构及掘进技术国家刀
在砂卵石等松散地层下掘进时，由于地层对卵石缺少
约束力，不能为滚刀提供足够的转动力矩和滚刀破岩 支撑力，故导致滚刀无法破岩，此时宜采用切刀配合 先行刀开挖地层。 先行刀（又称为撕裂刀）一般采用背装式安装于辐条 中间的刀箱中，且超前于切刀布置。由于先行刀切削 宽度较窄，故用于在切刀接触地层（特别是较硬地层 ）之前松动致密地层，从而使先行刀在砾石地层等较 硬的地层中有更高的切削效率。此外，利用撕裂刀随 刀盘高速旋转产生的冲击惯性能量，对卵石、砾石和 漂石等进行“锤击”破碎，以延长切刀寿命的作用。
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（一）刀具类型与结构形式
（1）滚刀
盘形滚刀刀圈截面形状从最初的尖楔形（刀刃角为
60°、75°、90°和120°）和钝楔形，再至近似常
截面刀圈（包括窄形平刃、窄形弧刃和宽形弧刃等） 、镶齿刀圈和敷焊刀圈等多种型式。与楔形刀圈相比 ，常截面（CCS）滚刀很好地协调了换刀频率、刀具 成本和贯入深度三个指标，使得刀圈刃部既不太宽也 不太窄，保证磨损发生后仍能进行有效地切割。
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（一）刀具类型与结构形式
滚刀结构
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（一）刀具类型与结构形式
滚刀结构
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（一）刀具类型与结构形式
单刃滚刀的安装结构
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（一）刀具类型与结构形式
单刃滚刀的安装结构
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（一）刀具类型与结构形式
球齿滚刀 滚压破岩 楔齿滚刀 盘形滚刀 切刀 切削破岩 先行刀 周边 刮刀 仿形刀
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盾构刀具
辅助刀具
（一）刀具类型与结构形式
（1）滚刀
按切削刃形状划分，滚刀分为有齿盘形滚刀和无齿盘
形滚刀。其中，有齿盘形滚刀主要有球齿滚刀和楔齿
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
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2017年3月24日
第六期全国盾构从业人员施工技术培训班 课程大纲
一 刀盘刀具类型与结构形式
二 刀具的破岩机理及载荷计算
三 盾构刀盘刀具的失效与管理 四 工程案例
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第六期全国盾构从业人员施工技术培训班 课程大纲
、销接式和焊接式。
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（一）刀具类型与结构形式
栓接式，即用螺栓将切刀安装在刀盘上，其特点是容易
更换，但必须采取措施防止螺栓松动和磨损，适用于掘 进中途需要更换切刀的场合。 销接式，即用圆柱销将切刀安装在刀盘上，其特点是切
刀能围绕圆柱销适当转动，当刀盘回转切削时，用于相 反方向回转切削的切刀脱离开挖面，以避免磨损，且便 于更换，但必须采取措施防止紧固圆柱销的螺钉松动和 磨损，适用于掘进中途需要更换切刀的场合。 焊接式，即切刀直接焊接在刀盘上，其特点是安装牢固 ，不易脱落，但不方便更换切刀，适用于在黏土、粉土 、粉砂等地层掘进且不需要中途更换切刀的地层工况。