盾构刀具大解析.
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。
盾构机刀具
盾构机刀具盾构机刀具北京固本科技有限公司 胡建平关于盾构机刀具这里主要介绍盾构机掘削地层的刀具。
盾构机刀具布置和刀具形状在盾构机设计中是非常重要的内容。
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。
1 盾构机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)。
2 盾构机刀具防磨损的措施2(1 严格刀具制造流程刀具生产加工必须制定一套科学合理的制造工艺，刀具制造工艺是控制刀具质量的关键。
2(1(1 滚刀的制造盾构机滚刀完全按照掘进地质选用碳钢经表面渗碳处理 ，刀圈采用热煅一次滚压成型工艺，使刀具材料内部金相组织结构更加均匀致密，减少刀圈的断裂 ，同时在表面形成一定厚度的硬化层，具有高耐磨、抗冲击性能。
选用优质热膨胀系数小的润滑油脂，同时在刀具内部安装有润滑油补偿装置，在一定温度变化范围内确保刀具的正常润滑与油脂的补充。
经使用对比效果显著。
由于滚刀在掘进过程中承受比岩石层抗压强度高8MPa,12MPa ，当岩石硬度超过 60MPa 时 ，刀圈硬度 HRC65,70，如果刀圈采用合金材料制造时，其内外硬度是一致的，具有较好的耐磨性，但抗冲击性能明显下降，不利于 TBM 的破岩。
根据经验总结及材料机理分析，当岩石抗压强度达到或超过 55MPa 时，刀具材料应选用高碳钢，表面采用高温气体渗碳达到相对硬度，形成外硬内软，具有较好耐磨性、抗冲击性能，而不适于选用合金钢作为刀圈制造材料或刀圈采用中碳钢表面镶嵌合金齿，以满足破岩性能的要求。
2(1(2 刮刀的制造根据进 口刮刀在使用中易造成变形，通过物化性能分析，刮刀基材为 45中碳钢或 20低碳钢加工而成，表面硬度 HRC22,28，未作任何表面处理 ，因此在受到岩石或卵石冲击时极易产生变形。
在国产刮刀生产时，做了以下制造工艺调整:材料由原来的低碳钢改为中碳钢，基材表面硬度 HRC32,36;在冲击面与棱角部位补焊 0(25-0(32耐磨合金层。
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。
盾构机的刀具配置介绍
双刃刮刀和撕裂刀安装示意图
12082.00/33./218020
双刃刮刀实物图
复合式盾构机的开挖系统（二）
边
周
缘
边
刮
保
刀
护
刀
边缘刮刀示意图
18.03.2020
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：
在手掘式盾构的切口环部分，安装与盾构直径大小相同的旋转大刀盘 ，对土体进行全断面开挖的盾构，称为机械式盾构。 4、泥水加压盾构
泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘后面设置一道隔板，隔板与刀 盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用 ，保证开挖面土体的稳定。 5、土压平衡盾构
土压平衡盾构前端有一个全断面切削刀盘，盾构的中心或下部有长筒 形螺旋运输机的进土口，其出土口在密封舱外。
1 盾构机的起源发展
报
告
2 盾构机、刀盘的结构形式
内
容
3 常见盾构机刀具的配置
4 案例分析
2020/3/18
16
常见刀具形式
掘进刀具
滚压破岩 刀具
切削破岩 刀具
辅助刀具
球齿滚刀 楔齿滚刀 盘形滚刀
切刀 齿刀
刮刀 超挖刀
单刃
双刃
常见刀具工作原理和使用条件
复合式盾构机的开挖系统（一）
双刃刮刀
撕裂刀实物图
盾构机的刀具配置
报告人：西安地铁四号线张杰
1 盾构机的起源发展
报
告
2 盾构机、刀盘的结构形式
内
容
3 常见盾构机刀具的配置
4 案例分析
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
盾构工程中刀盘形式、刀具布局的特点及对区间地层的适应性6
盾构工程中刀盘形式、刀具布局的特点及对区间地层的适应性1.1.1.1刀具、刀盘整体布置型式本工程所采用的刀盘及刀具设计形式充分考虑了本标段的地质特点。
本标段地层属整体软地层，局部有地震液化层，主要穿越黏土、粉土、粉土粉砂，所以刀盘的刀具配备采用8把中心齿刀，27把先行刀，8把边刮刀，60把切刀。
遇到桩基础用滚刀替换先行刀，用中心滚刀替换中心齿刀，滚刀、先行刀的轨迹间隔不大于100mm，使装基础块容易被挤压破碎而落进土仓。
刮刀和切刀刀刃到刀盘面板的距离分别为145mm和140mm，（先行刀到刀盘面板的距离为180mm）此种刀具的布置优点如下：先行刀与刮刀和切刀刃高差的存在保证了在本段地层掘进时通过先行刀进行拨落而保护刮刀与切刀不受损害；先行刀在刀盘正面的十字形布置方式能拨松刀盘前面土体镶嵌的小颗粒砾石，从而有利于土体的开挖。
刀具与刀盘面板间高差的存在有利于碴土的流动和排出，防止刀盘泥饼的形成，并减少碴土对刀盘面板的磨损。
1.1.1.2刀盘结构特点刀盘为焊接结构，在刀盘上焊接了安装各种刀具的刀座。
刀盘和主驱动通过一个有4个幅臂钢结构与主驱动法兰盘相连，以传递足够的扭矩和推力。
刀盘可以双向旋转，刀盘开挖直径6480mm。
为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，刀盘的周边和中心部件在制造时采用先栓接后焊接的方式连接。
根据对刀盘设计模型在硬岩模式下对每个滚刀加载25t的荷载的有限元分析结果显示，刀盘的强度和刚度均满足要求。
刀盘的开口形式：刀盘开口设计如图所示，其开口形式为对称的八个长条孔，开口尽量靠近刀盘的中心位置，以利于中心部位碴土的流动。
刀盘的开口率约为37%。
图 0-1 刀盘及刀具布置碴土改良注入口设计：刀盘面板上设有膨润土浆喷口。
其中在刀盘的中心设置有4个泡沫通道。
泡沫注入口也可以用来加注膨润土。
在刀盘面板上设有8个泡沫喷口。
这些喷口已经过了优化设计，如图 0-2所示。
单向阀泡沫管路清洗口图 0-2刀盘泡沫喷头示意图刀盘上的泡沫浆管路为三通结构，喷头处设有单向阀，刀盘背面设有清洗口。
盾构刀具大解析
c) 周边刀安装位置
d) 齿刀
方柄齿刀
f) 齿刀
g) 中心齿刀
北京铁城建设监理有限责任公司
10
切削刀的实物照片
k) 牛角刀
l) 羊角刀
m）三棱刮刀
北京铁城建设监理有限责任公司
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。
北京铁城建设监理有限责任公司
29
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。
北京铁城建设监理有限责任公司
30
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，必须保证刀具硬度要高于岩石硬度，才
能切入岩石表面，形成必要深度的应力核心区。
2) 抗压强度：刀具切入岩石表面后，当应力大于岩石抗压强度(单向应力
条件)或抗压强度与地层主应力组合值(三向应力条件)时才能形成粉碎区， 以保证裂缝产生位置具有一定深度。
3) 抗拉强度：是裂缝形成的力学原因。
北京铁城建设监理有限责任公司
31
影响破岩效率的因素：
根据以往工程实践及试验数据，影响破岩效率的因素有：
盘圈贝型刀实物照片
北京铁城建设监理有限责任公司
盘圈贝型刀示意图
22
(4) 鱼尾刀
采用大刀盘全断面切削土体，布置在刀盘不同位置的切削刀，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)不能布置切 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。
2024年盾构刀具市场规模分析
2024年盾构刀具市场规模分析引言盾构机是一种用于地下工程的施工设备，其关键部件之一是盾构刀具。
盾构刀具市场随着地下工程的发展而迅速增长。
本文将对盾构刀具市场规模进行分析，探讨其发展趋势。
盾构刀具市场的定义盾构刀具市场是指盾构刀具及其相关产品在市场上的供求情况。
盾构刀具通常包括刀盘、刀头、刮板等等，用于在地下工程中切削或清理土壤。
盾构刀具市场的现状目前，全球盾构刀具市场规模总体呈上升趋势。
地下工程的不断增加，例如城市地铁、隧道、地下管网等项目的建设，驱动了盾构刀具市场的发展。
另外，一些发展中国家也在加大对基础设施建设的投入，进一步推动了盾构刀具市场的增长。
盾构刀具市场的主要驱动因素基础设施建设的增加随着全球城市化进程的加速，对于城市基础设施的需求不断增长。
城市地铁的建设是盾构刀具市场的主要驱动因素之一。
随着城市人口的增加，地铁减缓了交通拥堵问题，因此在世界各地新的地铁线路不断开通，推动了盾构刀具市场的需求。
地下管网建设的推动随着城市供水、供电、排水等基础设施的不断完善，地下管网的建设和维护也日益重要。
盾构刀具作为地下管网清理和修复的必备工具，其市场规模也随之增加。
盾构刀具市场的发展趋势技术创新的驱动随着科技的进步，盾构刀具的设计和制造技术不断改善。
新材料的应用、刀具结构的优化等技术创新，使得盾构刀具的效率和使用寿命得到提高，进一步推动了市场的发展。
环保意识的提高随着环保意识的增强，盾构刀具市场对于环保型产品的需求也在增加。
环保型盾构刀具减少了对土壤的损害以及尘埃的产生，符合绿色施工的要求，因此将成为未来市场的一个重要发展方向。
结论随着全球基础设施建设的加速以及环保意识的提高，盾构刀具市场将继续保持增长势头。
技术创新将是市场发展的关键驱动力，同时环保型产品也将成为未来市场的重要发展方向。
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)。
盾构刀具问题研究ppt课件
刀圈基本规格形状
平刃刀圈
刃宽加厚刀圈
圆弧刀圈
在使用过程中，刀刃能 保持一定的宽度，适合 范围也较广。
能提高刀圈的耐磨能力， 开始阶段提高刀圈抗冲
增加抗冲击力，破岩石 击力，利于破岩，掘进
能力下降。
一段时间后，与平刃刀
圈效果相同。
圆弧刀圈2
利于破岩，掘进速 度快，但刀圈抗剪 切能力较差。
14
标准钢制刀圈
16
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
27
保护刀等
1、保护刀：形状尺寸不一，有面板保护刀、外周保护刀、外 周耐磨板、保径刀等，主要保护刀盘在掘进过程中不过早磨损。 2、超挖刀：盾构机通过超挖切削土体创造所需空间，实现曲 线推进和顺利转弯及纠偏。
28
保护刀等
外周耐磨板：用于刀盘的外周保护，其中钢体采用合金工具钢，硬度大 于HRC36，合金采用702牌号，硬度大于HRA87。将48件耐磨板焊接在刀盘 外周，拼成整周，可以有效保护刀盘。
盾构刀具问题研究
1
一、刀具种类
1 盾构刀具
2 矿山钻具 3 工程钻具 4 油田钻具
2
1、钻头合金生产
钻头合金生产工艺特点
精选高质量的WC原料 喷雾干燥工艺生产优质混合料 进口压力机精密压制成型 进口压力烧结炉高温烧结 合金内部组织均匀，孔隙度接近A00，在 保证硬度的前提下，可以大幅度提高合金的 韧性。特别适合于要求耐疲劳磨损，又要承 受耐疲劳冲击的钻掘领域。
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
盾构隧道刀具磨损特性分析与优化设计
盾构隧道刀具磨损特性分析与优化设计盾构隧道是一种用于地下工程建设的重要工具，其刀具磨损情况直接影响着工程进展和施工质量。
本文将针对盾构刀具的磨损特性进行分析，并提出相应的优化设计方案。
1. 盾构刀具的磨损特性分析1.1 磨损类型盾构刀具的磨损一般包括切削面磨损、刀具体积损耗以及刃口磨损等。
切削面磨损主要是由于刀具与岩土的磨擦引起，刀具体积损耗是指刀具体积的减少，刃口磨损则是刀具切削边缘的磨损现象。
1.2 磨损影响因素盾构刀具的磨损受到多种因素的影响，其中包括岩土的物理性质、刀具材料及硬度、施工参数(如推进速度、刀盘转速等)等。
这些因素的综合作用使得磨损的程度和速率不同。
1.3 磨损评估指标评估盾构刀具磨损的指标通常包括磨损率、切削力以及切削质量等。
磨损率反映了刀具的损耗情况，切削力则代表了切削的负荷情况，切削质量则衡量了切削时刀具的工作性能。
2. 盾构刀具磨损优化设计2.1 材料选择为减轻刀具磨损，可以通过选择更优质的材料来提高刀具的抗磨损性能。
例如，可采用高硬度的合金钢、陶瓷材料或碳化硅等材料来增加刀具的硬度和耐磨性。
2.2 刀具结构设计刀具的结构设计也是磨损优化的关键。
合理的结构设计可以提高刀具的刚度和稳定性，减少磨损的发生。
例如，在刀具的切削边缘增加复合涂层、设计刀具的几何形状等方式，可以减少刀具与岩土之间的磨擦，延缓磨损的发生。
2.3 施工参数优化合理的施工参数设置有助于减轻刀具磨损。
通过研究不同施工参数对磨损的影响，可以找出合适的推进速度、刀盘转速等参数，以减少刀具的磨损。
此外，刀具的清洁和润滑也是减轻磨损的重要措施。
3. 优化设计案例分析以某盾构隧道工程为例，应用上述优化设计方案，进行了刀具磨损分析和改进设计。
结果显示，在优化材料选择和采用复合涂层的同时，合理调整了推进速度和刀盘转速，成功降低了刀具的磨损率和切削力，提高了切削质量。
4. 结论盾构隧道刀具的磨损特性对工程建设具有重要影响，因此需要进行详细的分析和优化设计。
盾构刀具分析课件
盾构刀具的市场需求
地铁建设
随着城市地铁建设的快速发展，对盾构刀具的需求持续增 长。
水利工程
大型水利工程建设的增加，对盾构刀具的需求也逐渐增加 。
城市管廊
城市管廊建设的推进，对盾构刀具的需求呈现多样化趋势 。
盾构刀具的发展前景
技术进步推动市场发展
随着盾构刀具技术的不断进步，其市场应用范围将进一步扩大。
刀具的日常维护
刀具检查
每次使用后，应检查刀具的磨损 情况，查看刀刃是否出现裂纹或
破损。
清洁刀具
使用后及时清理刀具上的泥土、 岩石等杂物，保持刀具清洁。
紧固刀具
定期检查刀具的紧固情况，确保 刀具固定牢固，防止松动脱落。
刀具的定期保养
涂层保护
定期对刀具进行涂层保护，增强刀具的耐磨性和 耐腐蚀性。
润滑保养
合理设置掘进参数
根据地质条件和岩石硬度，调整推进 压力和转速，避免刀片过载。
加强日常维护保养
定期检查刀具磨损情况，及时更换磨 损刀片；定期紧固刀座螺栓，确保刀 座牢固。
实时监测与预警系统
引入实时监测系统，对刀具的工作状 态进行实时监测，一旦发现异常，及 时预警，避免刀具失效。
04
盾构刀具的维护与保养
03
盾构刀具的失效分析
刀具失效的形式
刀片磨损
盾构过程中，刀片与岩石、土壤等硬 物的持续摩擦导致刀片表面材料损失 。
刀片崩裂
刀座松动或损坏
由于长时间使用或受到不均匀外力作 用，刀座固定螺栓松动或焊缝开裂。
在硬岩掘进时，刀片受到强大的冲击 载荷，导致刀片出现裂纹或崩裂。
刀具失效的原因
材料强度不足
01
定期对刀具进行润滑保养，减少摩擦和磨损，延 长刀具使用寿命。
盾构刀具大解析.共110页文档
谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
盾构刀具大解集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思