盾构刀具大解析
盾构刀具大解析
设置部位 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面外沿 面板外沿 面板背面 加泥嘴部位 面板正面外围
北京铁城建设监理有限责任公司
8
滚刀的示意图和实物照片
a) 盘形 滚刀 示意 图
b) 盘形滚刀圈
c) 盘形滚刀
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9
切削刀的实物照片
a) 周边刮刀
b) 周边刮刀(背面)
盘形滚刀圈
盘形滚刀
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26
安装在刀盘上的盘形滚刀在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。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沟槽。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，形成压碎区和放射状裂纹;进一步加压，当滚刀间距S 满足一定条件时，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，盘 形滚刀完成一次破岩过程。
C
5～6 5～6 5～6 5～6 5～6
用途
盾构刀具 盾构刀具 砂层刀具13
海瑞克齿刀由刀体、端部硬质合金刀片和背部球齿构成。
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14
海瑞克刮刀是用硬质合金钢做为刀头，高耐磨合金钢作为刀 体。
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15
• 其它进口盾构刀具在材料方面由两至三种构成，即 基体材料、硬质合金材料、刀具刃口堆焊材料等复 合制成。下表为一种用于盾构机刀具刃口的铁基堆 焊材料的化学成分和性能。
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28
2) 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。
盾构机械刀具设计与优化
盾构机械刀具设计与优化盾构机是一种用于隧道施工的重要设备，其刀具的设计与优化对于施工效率和隧道质量具有重要影响。
在本文中，我们将讨论盾构机械刀具的设计原理、结构优化和性能提升方法。
一、盾构机械刀具设计原理盾构机械刀具是指在施工过程中，通过刀具对土壤进行破碎、切割和挖掘的工具。
其设计原理主要包括以下几个方面：1. 土壤力学特性分析：通过分析隧道施工区域的土壤力学特性，确定刀具的适宜形状、材料和结构参数。
2. 切削力计算：根据土壤的物理力学参数和切削过程的力学原理，计算刀具受到的切削力和切削压力。
3. 刀具与盾构机匹配：根据盾构机的工作原理和结构特点，设计刀具与盾构机的匹配方案，确保刀具能够有效地运行和切削土壤。
4. 刀具的韧性和耐磨性：在设计刀具时，要考虑到土壤的不均匀性和难以预料的地质情况，选择具有良好韧性和耐磨性的材料，以延长刀具的使用寿命。
二、盾构机械刀具结构优化为了提高盾构机械刀具的使用效率和切削质量，可以对其结构进行优化。
以下是一些常见的优化方法：1. 刀具形状与尺寸优化：通过优化刀具的形状和尺寸，使其具备更好的破碎和切削能力，提高施工效率。
2. 刀具刃口材料选择：结合地质条件，选择具有较好耐磨性和强度的材料作为刀具刃口，以延长刃口使用寿命。
3. 刀具刃口的切削角度和锋利度：通过调整刀具刃口的切削角度和锋利度，提高刀具切削效果，降低能耗。
4. 刀具支撑结构优化：通过优化刀具的支撑结构，提高刀具的稳定性和切削精度，减少振动和冲击。
三、盾构机械刀具性能提升方法除了结构优化之外，还可以通过以下方法进一步提升盾构机械刀具的性能：1. 刀具自动化控制：采用自动化控制系统，实时监测刀具的工作状态和切削力，及时调整刀具的工作参数，提高切削效率和施工质量。
2. 刀具润滑和冷却：采用合适的刀具润滑和冷却系统，降低刀具磨损和温度，延长刀具寿命。
3. 刀具保养与更换：定期对刀具进行保养和更换，保持其正常工作状态，减少刀具故障和施工延误。
盾构机刀具设计与有限元分析
盾 构 机 刀 具设 计 与 有பைடு நூலகம்限 元分 析
◇西 南石 油大 学机 电工程 学院 李 梦媛 巫 丹
刀具是 盾构机 的主 要工作部 件 ，刀具类 型、结构 与布置 在 盾构机设 计 中是 非常重 要的 内容 。本文根 据盾构机 的工作 原理 来确 定盾 构机刀具 并对其 进行 设计计 算 ，运 用Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 软
件 对 刀 具 进 行 有 限 元 分 析 ， 得 到 其 破 岩 原 理 ， 刀 具 在 掘 进 过
属 性
刀体 Ｏ ２ 站
刀央 Ｔ Ｇ ｌ １ Ｃ
童度 橱 氏模 量
泊松 比
７ ． ８ ５ ８ ｇ ／ ｃ ｍ ２ １ Ｏ Ｇ Ｐ ａ
０ ３
１ ４ ． ２ ｇ ／ ｅ ｍ ５ Ｏ Ｏ Ｇ Ｐ ａ
地面交通影响小 、高度 自动化 、受天气因素影响小 、维修控制
方 便 、无 噪 音 。据 了解 ，采用 盾构 法 挖 掘 隧道 已 占总 施 工 量 的
一
半 以上 ，虽然盾构机的施工成本高 ，但其高速 的进掘 大大缩
Ｉ 奎 ｊ Ｉ切 刀 受 力 分 析 图
短了施工周期 ，提高了挖掘效率 ‘ ，具有广大的市场前景 。刀具 是盾构机的重要部位 ，不 同的底层条件需要不同的刀具 ，其结 构参数与布置位置决定了其进掘效果 。本文对三种重要 的刀具
进 行 了设 计 与有 限元 分析 。
１刀具原 理 及作 用
∑ Ｆ ＋ 尸 一 ・ Ｃ ｏ ＋ ） 一 尸 Ａ Ｓ ｉ ｎ ｌ １ ＋ ｊ 。
∑ Ｆ ： Ｆ － Ｐ ． Ｓ ｉ ｎ ∽ ＋ ） 一 Ｐ ｎ Ｃ ｏ ｆ １ ＋ ］ ： ｏ
２刀具 的 数值 仿真
盾构掘进机破岩刀具课件
4Cr5MoSiV1 0.32- 0.2- 0.80.42 0.5 1.2
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
这种密封由两个啮合的金属密封环和两个富有弹性的复合橡胶密封圈组
成。具有浮动能力，可补偿装配端间隙或防止偏斜。金属密封环是密封装置中 的主要零件，其结构及质量的好坏起决定性作用。金属密封环采用高硬度的耐 磨高铬钼的铸铁材料，硬度HRC60-65，工作表面粗糙度Ra≤0.1um，表面平面 度≤0.0015mm。
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。
盾构掘进机破岩刀具课件
常用刀圈材料成分
盾构掘进机破岩刀具课件
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)
10
14
40
HRC 54－57 52－53
通过对国外刀圈解剖分析和我们的研究，各刀圈制造公司对
标准材料都会作适当调整，并采用特殊的冶炼工艺、锻造工艺和 热处理工艺,保证刀圈的综合性能。
C
Si Mn
盾构刀具分析(1)
常压可更换切削刀应用分析
本次盾构掘进了102米，通过了砾砂、卵石圆砾地层 进一步说明砾砂、卵石圆砾地层对刀具的磨损不大，外 周磨损在20mm以内 通过513环与462环的比较，新换的刀具没有合金崩断， 说明462环检查时大部分合金的崩断是在加固段造成的
常压可更换切削刀应用分析
580环切削刀检查
常压可更换切削刀应用分析
55号刀压板螺丝全部断裂
防止螺栓断裂装置
常压可更换切削刀应用分析
1、粘土层和沙层对刀具的磨损较小 始发加固段（有部分建筑混凝土块）强度过高对切削刀造 成崩裂损坏；在加固段施工时应加以重视 砾砂、卵石圆砾地层对外周刀的正常磨损量，根据以上统 计分析，在每掘进100米时磨损量在20mm以下； 较大的卵石地层，如果较大的卵石在刀盘前堆集在一起， 会很容易造成刀具合金的崩断和常压可更换切削刀的刀箱螺 栓断裂；因此，为安全考虑，希望对常压可更换切削刀的刀 箱结构设计和螺栓连接强度应该进一步的优化和加强。
数量80把 用于粘土、砂卵石掘进，
并起到保护滚刀作用 安装在2、4、6、8辐条上
纬三路盾构机刀盘介绍
仿形刀 最大超挖高度为130mm 数量1把 用于仿形超挖 安装在刀盘外周面上
超挖刀 最大超挖高度为100mm 数量1把 用于固定超挖 安装在刀盘外周面上
仿形刀 超挖刀
常压可更换切削刀应用分析
513环切削刀检查
序 号
刀号 （辐条）
检查情况
备注
序 号
刀号 （辐条）
检查情况
备注
1
17
2
25
3
29
4
33
5
37
6
45
7
盾构刀具大解析
构刀具。
陶瓷材料
具有极高的硬度和耐磨 性，适用于高速切削和 干切削，但脆性较大。
超硬材料
如金刚石和立方氮化硼 ，具有极高的硬度和耐 磨性，适用于加工极硬
岩石。
制造工艺与流程
01
02
03
04Βιβλιοθήκη 锻造工艺通过高温加热、锻打和冷却等 工序，使钢材达到所需形状和
06
盾构刀具未来发展趋势与挑战
Chapter
技术创新方向预测
新型材料应用
随着新材料的不断涌现，盾构刀 具将采用更高强度、耐磨性和耐 热性的材料，如高性能陶瓷、超 硬合金等，以提高刀具的使用寿
命和切削效率。
智能化技术融合
结合人工智能、大数据等技术， 实现盾构刀具的智能化设计、制 造和管理，提高生产效率和降低
推进和导向
盾构机的推进系统提供前 进动力，导向系统控制盾 构机的掘进方向。
关键技术与创新
刀具材料和制造工艺
高性能的硬质合金、陶瓷和超硬 材料等被应用于刀具制造，提高 了刀具的耐磨性和切削效率。
智能控制系统
引入先进的传感器和控制系统， 实现盾构机的自动化和智能化控 制，提高施工效率和安全性。
01 02 03 04
盾构刀具大解析
汇报人：XX
目录
• 盾构刀具概述 • 盾构刀具结构与工作原理 • 盾构刀具材料选择与制造工艺 • 盾构刀具性能评价与试验方法 • 盾构刀具应用实例分析 • 盾构刀具未来发展趋势与挑战
01
盾构刀具概述
Chapter
定义与分类
定义
盾构刀具是盾构机上的重要部件 ，用于在地下开挖过程中破碎岩 石和土壤。
盾构刀具简介
本文 简要 介绍 盾构 刀具 的分类 和组 成 。
１ 盾构 刀具 的分 类
在煤 矿巷 道挖 掘 中的推 广试 用 ， 盾 构设 备及 刀具 的发 展空 间和需 求 将会越 来 越大 。 我 国盾 构刀具
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ５ — ０ ８
自钻 式 锚 固钻 具 是集 钻 进 、 注浆 、 锚 固为 一 体 的岩 土 锚 固工具 ， 在 国外 地 下 工 程施 工 、 隧 道
ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｓ ｒ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｓ ｒ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ． Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ａ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｕ ｓ ｅ ｓ ｒ ａ ｎ ｄ ｋ ｅ ｅ ｐ ｅ ｒ ｓ
Ｌ Ｕ Ｚ ｈ ｉ － ｆ ｅ ｎ ｇ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｙｕ － ｈ ａ ｉ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｕ ｅ ・ － ｈ ｏ ｎ ｇ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｇ ｏ ｎ ｇ Ｇ ｅ ｏ ｔ ｅ ｅ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｅ ｈ ｅ ｎ ｇ ２ ５ ２ ０ ０ ０ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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
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。
复合地层盾构掘进刀具的分析
复合地层盾构掘进刀具的分析摘要：本文分析了盾构机刀盘的一般结构，刀具类型，刀具的更换，复合地层刀具的应用分析。
关键词：复合地层；掘进；刀具前言：可以说，任何的盾构机施工基本都是围绕工具进行服务的，刀具直接切削岩石，刀具的使用费用占盾构机施工配件费用的30%，因此刀具的维护是必不可少的，设置维修团队是非常必要的。
因为维修刀具的价格与新刀具的价格相距甚远，修理刀的费用是新刀的1/10，因此，使用大量的维修刀具将大大降低施工成本。
一、盾构机刀盘的一般结构1.1切削刀盘的分类目前掘进机使用的刀盘可分为垂直平面型、锥型和弓型三种。
在上海和南京的软土或砂土层中，锥形刀盘应用广泛。
在广州和深圳的混合岩层中，一般采用垂直平面刀盘。
根据刀盘的前部面板形状，分为面板型和轮辐型两种类型。
1.2广州使用的海瑞克盾构机刀盘的结构(1)结构特点刀盘直径为6250毫米，开挖隧道的直径为6280毫米，刀盘面板的厚度为550毫米，从法兰板的底部到刀盘是1410毫米，刀盘的总重量约55吨，为了保证刀盘整体结构的强度和刚度，刀具的板结构为焊接箱形结构。
(2)刀盘开口形式刀盘的开口形式为八个对称分布的长孔，开口尽可能靠近刀盘的中心位置，以利于中心处渣土的流动。
刀盘的开口率根据安装的刀具的不同而不同。
安装硬岩刀具时，刀盘开口率为28%。
当安装齿刀时，刀盘开口率可以达到30%。
图1刀盘结构图(3)泡沫注入系统在面板上有8个泡沫注入口，用于注入泡沫剂、膨润土和其他添加剂。
刀盘的中心位置4个，刀盘的外圈位置4个。
通过掺入外加剂，可以改善碴土，提高其流动性。
合理使用泡沫剂可减少硬岩对刀盘和刀具的磨损。
在软岩区掘进时，可降低刀盘扭矩，防止泥饼出现在刀盘中心，以防止开口堵塞。
(4)耐磨设计刀盘周边有三条耐磨带，刀盘四周有格栅状耐磨材料，充分保证了硬岩开挖过程中刀盘的耐磨性。
二、刀具类型根据工程区硬岩和软岩的不同强度和地质特点，进行选择刀具。
可在刀盘上安装不同类型的刀具，以适应不同地层的开挖。
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。
盾构刀具大解析
1-8号中心齿刀
7
刀具按掘削目的、设置位置和用途的分类
种类名称 固定刀具 旋转刀具 超前刀具 导向钻头 外沿保护刀具 修边刀具 背面保护刀具 加泥嘴保护刀具 掘削障碍物刀具
用途 掘削掘削面 掘削掘削面 超前掘削 破碎地层 保护刀盘外沿 减小推进阻力 保护背面面板 保护加泥嘴 掘削障碍物
设置部位 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面外沿 面板外沿 面板背面 加泥嘴部位 面板正面外围
切削刀一般形状示意图
六北安京市铁长城安建小设学监理有限责任公司
三棱刮刀
18
切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、 布局将对开挖效果有重要影响。切削刀切削土体的示意见 下图。对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切刀和 刮刀进行开挖。碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽，因此切 刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。
12
海瑞克周边刀的刃口主要承受高应力的磨粒磨损，周边刀迎 土面钎焊有球齿，球齿材料为硬质合金，主要用于承受砂砾、 卵石的磨粒磨损与冲击。
超 硬 钢
种 类
特性值
硬度 抗弯强度 (HRA) (MPa)
的 种
E1
>90
>1200
类 及 E2 >89 >1400
特
性 E3 >88 >1600
六北安京市铁长城安建小设学监理有限责任公司
北京铁城建设监理
六北安京市铁长安城小建学设监理有限责任公司
1
目录
一、盾构刀具 二、盾构开挖面的变形与破坏分析
六北安京市铁长城安建小设学监理有限责任公司
2
一、盾构刀具
1 综述
• 对于盾构机来说,掘削系统即是掘削 刀盘及其驱动系统。掘削系统对于盾 构机的施工效果有着决定性的影响, 而且选择的差异对盾构机造价也有着 很大的影响,刀盘选型可以影响到总 造价的4％～8％,尤其掘削设备的装 备扭矩是盾构机最基本的参数之一。
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
盾构机刀具配置
盾构机刀具配置盾构机刀具配置是盾构机设计的重要内容，直接影响刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。
标签：适应性;寿命;效率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600mm左右。
鱼尾刀的设计和配置方式如下：其一让盾构分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位小圆断面土体，而后扩大到全断面切削土体，即将鱼尾刀设计与其它切刀不在一个平面上，即鱼尾刀超前切刀布置，保证鱼尾刀最先切削土体;其二是将鱼尾刀根部设计成锥形，使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来的土体，在切向、径向运动的基础上，又增加一项翻转运动，这样既可解决中心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性和搅拌效果，又大大提高盾构整体掘进效果。
盾构机刀具及维护(1)
三、预防刀具异常磨损的措施(滚刀)
(2) 根据不同的地层选择不同的刀具 根据地质资料和对出土情况的判断来确定刀具的更换，特 别是两种地层的交界处。从岩石微风化带地层向岩石强风化 带转换,如不能及时将齿刀更换为滚刀，就会很快加剧齿刀地 磨损；从硬岩地层向软土地层转换，如不及时将滚刀换回齿 刀，也有可能出现滚刀偏磨的现象。
般形状如左下图所示。一般情况下，β(前角)与 α(后角)值随切削地层特性不同变化，取值范围在 5～20度之间，粘土地层稍大，砂卵石地层稍小。
切削刀一般形状示意图
一、盾构刀具
切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、 布局将对开挖效果有重要影响。切削刀切削土体的示意 见下图。对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切 刀和刮刀进行开挖。碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽， 因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。
五、刀具的维护和修复
(1) 边缘滚刀（正面滚刀）的维护和修复 根据更换的边缘滚刀（正面滚刀）的磨损情况和使用记录，来确定滚刀 的维护和修复方案。如果刀圈磨损量没有超过20mm，可先检查滚刀密封油 是否足够，如密封油不够就应添加；用锯条将滚刀端盖和轴承缝之间的碎 石泥土清理干净并检查油封及油封座是否完好，如有损坏应换新或修复。
设置部位 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面外沿 面板外沿 面板背面 加泥嘴部位 面板正面外围
一、盾构刀具 （三）刀具工作示意图
一、盾构刀具
（四）刀具的选择
对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同型式： 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)。
盾构刀具类型及刀具磨损分析张正银
盾构刀具类型及刀具磨损分析张正银发布时间：2023-07-02T07:02:30.721Z 来源：《建筑实践》2023年8期作者：张正银[导读] 盾构刀具是盾构机掘进的关键部件，盾构机的推进速度直接受到盾构刀具类型、质量等的影响，进而影响到整个施工进度及工程的效益。
本文通过对盾构刀具的分类，介绍了不同盾构刀具的磨损的原因，通过分析表明刀具的磨损不仅与刀具的质量有关，还与地质条件、掘进参数设置、刀具的配置等等有关。
最后分析了不同刀具的破坏形式，并给出了几点相关减少盾构刀具磨损的建议。
重庆交通大学重庆市 400074摘要：盾构刀具是盾构机掘进的关键部件，盾构机的推进速度直接受到盾构刀具类型、质量等的影响，进而影响到整个施工进度及工程的效益。
本文通过对盾构刀具的分类，介绍了不同盾构刀具的磨损的原因，通过分析表明刀具的磨损不仅与刀具的质量有关，还与地质条件、掘进参数设置、刀具的配置等等有关。
最后分析了不同刀具的破坏形式，并给出了几点相关减少盾构刀具磨损的建议。
关键词：盾构刀具；刀具分类；磨损一、引言伴随着我国经济的快速发展，城市的地表土地资源捉襟见肘，未来城市发展将往城市地下空间转移，而在城市地下空间的开发过程中，会经常遇到各种复杂的地质条件，需要大量相关的技术设备。
近年来盾构技术得到了广泛的采用，但同时也受到了各方面严峻的挑战。
在整个掘进过程中，由于复杂的地质条件会导致刀具出现磨损，刀具的磨损受到多方面因素的影响，包括刀具结构和材料自身、掘进参数设置、地质条件、刀具与地质条件的适应程度等等，其中刀具与地质条件的适应程度是重要的影响因素，不同的刀具应与不同的地质条件相适应才能使加快盾构机的掘进进度，相反如果刀具和前方地质条件不相适应，那么这将会使得盾构机掘进效降低，严重的还会导致刀具磨损，将直接影响到掘进的工作效率、工程的进展及工程的经济效益。
本论文通过介绍了盾构刀具的分类并分析了这些刀具的功能作用和在不同地质条件下的适应性，从目前存在的刀具磨损的问题，给出了几点减少刀具磨损的措施。
盾构刀具磨损分析
氧化磨损
在高温、高压环境下，氧气与刀 具表面的铁元素发生氧化反应， 形成氧化膜，随着切削过程的进 行，氧化膜不断被剥离，导致刀
具表面磨损。
02
盾构刀具磨损分析方法
宏观磨损分析
01
02
03
刀具表面形貌观察
通过目视或低倍显微镜观 察刀具表面的磨损程度、 磨损区域和分布情况。
刀具尺寸测量
使用测量工具对刀具的尺 寸进行测量，包括刀具的 长度、宽度、厚度等，以 评估其磨损程度。
力学性能分析
硬度测试
通过硬度测试了解刀具表 面的硬度和材料的耐磨性。
弹性模量测量
通过测量刀具材料的弹性 模量，评估其力学性能和 抗疲劳性能。
显微硬度测试
利用显微硬度计对刀具表 面进行硬度测试，了解不 同区域和不同材料的硬度 分布。
03
盾构刀具磨损的影响因素
切削参数的影响
切削速度
切削速度越高，刀具磨损越快。
碎岩石。
切削刀
适用于各种地层，切削 能力强，使用寿命长。
中心刀
位于盾构机刀盘中心， 用于破岩和导向。
盾构刀具的工作环境与条件
高压、高温环境
盾构机在地下工作时，会面临高压力、 高温度的环境，这对盾构刀具的耐磨 性和耐热性提出了较高要求。
复杂地质条件
泥水或泡沫润滑环境
为了减少摩擦和冷却刀具，盾构机通 常采用泥水或泡沫润滑系统，这对盾 构刀具的防锈和密封性能提出了较高 要求。
盾构刀具磨损分析
目录
• 盾构刀具概述 • 盾构刀具磨损分析方法 • 盾构刀具磨损的影响因素 • 盾构刀具磨损的预防与控制
目录
• 盾构刀具磨损的案例分析 • 结论与展望
01
盾构刀具概述
盾构机的刀具配置介绍.
50
40
30
20 10
异常磨损量
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
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
24
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
盾构刀具问题研究
全断面硬岩地层
硬岩地层如秦岭隧道 ，隧道断面范围内以 混合片麻岩和混合花 岗岩两种岩石为主， 刀具基本全部选用滚 刀。
洞门强化密封
砂岩、石灰岩、泥灰岩、砂粘土等。
耐磨敷焊+镶齿刀圈
采用耐冲击的钢制刀圈为基体，在刃口镶装硬质合金柱 齿，同时在刀圈刃面堆焊耐磨层。适用在磨蚀性很强的地 层，如石英砂质岩层。耐磨堆焊+镶齿刀圈使用寿命超长， 适合于不更换刀具，长距离、高效率掘进。
刀圈照片1
刀圈照片2
硬质合金齿刀
刮刀
• 正面刮刀 • 边缘刮刀
镶齿刀圈
采用耐冲击的钢制刀圈为基体，在刃口镶装硬质合金柱齿。由于硬 质合金齿的硬度在HRA 85以上，因此镶齿刀圈比钢制刀圈和耐磨堆焊 刀圈使用寿命更长，适合于长距离掘进而不更换刀具，可以提高工作 效率。镶齿刀圈对硬质合金柱齿的性能要求非常高，合金要保证既耐 磨又耐冲击，公司高质量的钻头合金产品能够满足这一要求。 —— 硬度30-50 MPa的致密性地层； —— 硬度60-150 MPa的断裂性砾岩、页岩
耐磨敷焊刀圈
在标准钢制刀圈的基础上，采用等离子焊机制造。 特点：在刀圈表面形成一层冶金结合的、具有特定性能耐 磨金属堆焊熔敷层。该层HRC65，可增强刀圈工作面的耐磨 性，进而达到提高滚刀使用寿命的目的。 —硬度40 MPa的致密性地层； —硬度80-100 MPa的断裂性砾岩、页岩
砂岩、石灰岩、泥灰岩、砂粘土等。
联合了院校和钢厂共同研制，采用 高强度和高硬度的改良模具钢制作。 刀圈刃工作整体硬度达到HRC55-59。 产品适用地层： ——适用于掘进硬度50～150MPa的砾岩、砂岩、灰岩地层。 另有尺寸加强型刀圈：适用于掘进硬度120～250MPa的硬岩， 硬度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。
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某刀盘实物照片
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3
某 刀 盘 主 驱 动
刀 盘 驱 动 系 统 示 意 图
主 轴 承
刀 盘 搅 拌 结 构
搅拌棒
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4
关于盾构机的刀盘、驱动机构等将在后边介 绍，因此这里主要介绍盾构机掘削地层的刀 具。
刀具布置和刀具形状在盾构机设计中是非常
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ห้องสมุดไป่ตู้
海瑞克周边刀的刃口主要承受高应力 的磨粒磨损，周边刀迎土面钎焊有球齿， 球齿材料为硬质合金，主要用于承受砂 砾、卵石的磨粒磨损与冲击。
超 硬 钢 的 种 类 及 特 性 特性值 种 类 硬度 抗弯强度 (HRA) (MPa) E1 E2 E3 E4 E5 >90 >89 >88 >87 >86 >1200 >1400 >1600 >1700 >2000 化学成份（%） W C0 C 用途
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(6) 滚刀
根据广州及深圳地铁建设经验，随着城市轨道路网 的延伸及建设力度的加大，盾构区间不仅需穿越常见的 软弱地层，同时还需在部分硬岩地段中通过。因此在刀 具选择上既要考虑在软岩中开挖的需要，也要考虑在硬 岩中的要求。一般认为刮刀适用于土层及部分软岩，盘 形滚刀适用于硬岩，其中单刃滚刀能用在强度很高的岩 石中，国外曾有在抗压强度超过200 MPa岩石中应用的工 程记录。
19
(2) 超前刀(也称先行刀)
顾名思义，超前刀即为先行切削土体的刀具。超前刀在设计中主 要考虑与切削刀组合协同工作。刀具切削土体时，超前刀在切削刀 切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切削刀创造良好 的切削条件。据其作用与目的，超前刀断面一般比切削刀断面小。 采用超前刀，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低切削刀 的扭矩，提高刀具切削效率，减少切削刀的磨耗。在松散体地层， 尤其是砂卵石地层使用效果十分明显。
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2) 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。
按运动方式分类 按安装方式分类
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6
按安装位置分类
1-8号中心齿刀
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7
刀具按掘削目的、设置位置和用途的分类 种类名称 固定刀具 旋转刀具 超前刀具 导向钻头 外沿保护刀具 修边刀具 背面保护刀具 加泥嘴保护刀具 掘削障碍物刀具
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盘圈贝型刀实物照片
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盘圈贝型刀示意图
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(4) 鱼尾刀
采用大刀盘全断面切削土体，布臵在刀盘不同位 臵的切削刀，从刀盘外周至中心，运动圆周逐渐减小， 中心点理论上可以视为零，相应土体流动状态也是越 来越差。而且中心支撑部位(直径约1.5 m)不能布臵 切削刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可 考虑在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。
鱼尾刀切削土体示意图
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(5) 仿形刀
盾构机一般设计两把仿形刀(一把备用)，布臵在辐条的 两端。施工时，可以根据超挖多少和超挖范围的要求，从辐 条两端径向伸出和缩回仿形刀，达到仿形切削的目的。仿形 刀伸出最大值一般在80～130mm之间。盾构机在曲线段推进、 转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削土体创造所需空间，保证 盾构机在超挖少、对周边土体干扰小的条件下，实现曲线推 进和顺利转弯及纠偏。
Q235钢的化学成分和力学性能
化学成分 等 级 C Mn Si (≦) S (≦) P (≦) 脱氧方法 抗拉强度 δb/MPa 伸长率 δz(%) 硬度 (HB)
A
B C D
0.14- 0.300.22 0.65
0.050
0.045 F,b，Z 375-400 0.040 TZ Z 21-26 180220
超前刀刀具形状及与切削刀协同切削土体的示意图见左
下图。
超 前 刀
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20
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21
(3) 盘圈贝型刀
盘圈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 体属松散体，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。采 用盘圈贝型刀，将其布臵在刀盘盘圈前端面，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。
15
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其它进口盾构刀具在材料方面由两至 三种构成，即基体材料、硬质合金材 料、刀具刃口堆焊材料等复合制成。 下表为一种用于盾构机刀具刃口的铁 基堆焊材料的化学成分和性能。
堆焊
镶铸
一种铁基刀具刃口堆焊材料的化学成分和性能
硬度 化学成分 （HRC） C Cr Ni Si Mn Mo Fe 0.1-0.3 5-10 1-3 <1 0.5-2 <0.5 余量 50-55
三棱刮刀
18
切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、 布局将对开挖效果有重要影响。切削刀切削土体的示意 见下图。对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切 刀和刮刀进行开挖。碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽， 因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。
切削刀切削土体示意图
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用途 掘削掘削面 掘削掘削面 超前掘削 破碎地层 保护刀盘外沿 减小推进阻力 保护背面面板 保护加泥嘴 掘削障碍物
设置部位 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面外沿 面板外沿 面板背面 加泥嘴部位 面板正面外围
8
滚刀的示意图和实物照片
a) 盘形 滚刀 示意 图
b) 盘形滚刀圈
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87～90 4～8 5～6 85～89 5～10 5～6 83～87 7～12 5～6 盾构刀具 82～86 8～13 5～6 盾构刀具 78～85 9～17 5～6 砂层刀具 13
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海瑞克齿刀由刀体、端部硬质合金刀片和背部 球齿构成。
14
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海瑞克刮刀是用硬质合金钢做为刀头，高耐 磨合金钢作为刀体。
盘形滚刀圈 盘形滚刀
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安装在刀盘上的盘形滚刀在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。滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切 出一系列的同心圆沟槽。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，形成压碎区和放射状 裂纹;进一步加压，当滚刀间距S满足一定条件时，相邻滚刀间 岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，盘形滚刀 完成一次破岩过程。
重要的内容。刀具布置方式及刀具形状是否
适合应用工程的地质条件,直接影响到盾构
机的切削效果、出土状况和掘进速度。
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5
2 盾构刀具的分类
盾构机刀具可根据运动方式、布置位置和方式及形
状等进行分类。按切削原理划分，盾构机的刀具一
般分为切削刀和滚刀两种，其余形式的刀具为辅助 刀具。切削刀又分为齿刀、刮刀和先行刀等。
2) 耐磨性:本指标直接关系到盾构机掘进效率，是承包商
进行刀具寿命及备品估算、工期筹划的主要依据。根据国外资 料统计在耐磨性小的岩石中，更换刀具时间占总停工时间的3%， 而在高耐磨性岩石中有20%之多；以每掘进1米时间计算，耐磨 性小的岩石为0.02~0.05 hr/m，而高耐磨性岩石则可高达0.2hr/m。
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硬岩滚刀破岩主要分为以下几个步骤：
1) 挤压阶段：滚刀在高推力作用下，切入岩石表面(切入深
度1～10/15mm，取决于岩体强度)，同时岩面产生局部变形及很 高的接触应力。并在此应力作用下，刀刃与岩石接触部分的岩体 产生粉碎区，即应力核心区。此核心区深度越深、范围越大对提 高破岩效率越明显。
c) 盘形滚刀
9
切削刀的实物照片
a) 周边刮刀
b) 周边刮刀(背面)
c) 周边刀安装位置
d) 齿刀
方柄齿刀
f) 齿刀
g) 中心齿刀
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切削刀的实物照片
k) 牛角刀
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l) 羊角刀
m）三棱刮刀
11
3 刀具的材料
海瑞克周边刀的刀体是德国产钢号为St52-3的钢 材，其性能相当于国产的低碳钢Q235，Q235钢的化学 成分和力学性能见下表。由表可知，该材料的韧性较 好但硬度较低。
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5 刀具的作用及切削机理
(1) 切削刀 切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，切削刀一 般形状如左下图所示。一般情况下，β(前角)与 α(后角)值随切削地层特性不同变化，取值范围在 5～20度之间，粘土地层稍大，砂卵石地层稍小。
切削刀一般形状示意图
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3)破碎阶段：当相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互
连通时，表面部分岩体便被裂缝分割，形成碎片并脱离开挖面。
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影响裂缝能否形成的直接因素有： 1) 岩石硬度： 在刀具挤压阶段，必须保证刀具硬度