盾构机滚刀

盾构机滚刀

北京固本科技有限公司胡建平

盾构机滚刀布置和盾构机滚刀说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 盾构机滚刀工作

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。

2 影响盾构机滚刀破岩效率的因素：

根据以往工程实践及试验数据，影响盾构机滚刀破岩效率的因素有：

1) 脆性/塑性:是对抗压强度、抗拉强度的综合评价，适用于抗压强度较大(小)，而抗拉强度较小(大)岩石。有关文献资料显示在同样条件下，脆性岩体在挤压阶段所需时间远远小于塑性岩体(约八分之一)。

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。

3.双刃盾构机滚刀刀具的磨损及原因：

（1）正常磨损

刀具的正常磨损是指刀圈的磨损量超过了规定值，磨损量可用专用的量具进行测量。

2）刀圈偏磨

如果滚刀在掘进工作面不转动，由于刀圈和掘进工作面的相对运动就会形成刀圈的偏磨。由于中心区滚刀线速度较小，承受载荷较大，中心区滚刀容易出现此现象。

3）刀圈挡圈磨损或脱落

挡圈是由两个半圆的钢环安装在滚刀轴的卡槽里焊接成一个完整的圆环，其作用是防止刀圈从滚刀轴上脱落，一旦刀圈挡圈脱落或焊接处磨损严重，就应该更换刀具。

4）盾构机滚刀漏油

由于密封件的损坏，就可能使密封油泄漏，从而导致油封座和轮毂的损坏。

5) 盾构机滚刀的多边形磨损

在掘进时滚刀时转时不转，或者在某个点转动时间长在其它点转动时间短，就会产生这样的磨损。

4.盾构机滚刀耐磨堆焊工艺

从盾构机滚刀磨损情况来看,由于刀具本体基本完好,大部分盾构机滚刀磨损在容许范围

内,剩余刀刃高度能够满足右线掘进任务,没有必要更换整个滚刀或者是全部刀具,只需要对磨损的盾构机滚刀本体和刀具进行焊接修复和更换,即可保证盾构机正常进行下阶段的掘进施工。盾构修复的原则是保证修复后的刀具本体性能不低于原设计制造的水平,保证更换的刀具与出厂配备的刀具性能相匹配。为此,在深入分析和研究之后,决定采用北京固本耐磨焊丝（焊丝样品图3）堆焊修复具体盾构机滚刀方案：

1 对盾构刀具本体外缘侧板环面,采用埋弧堆焊的方式,首先填平一圈凹槽,然后堆焊整个侧板环面,在环面上形成一圈耐磨层,使得刀具本体直径恢复到出厂时的6240 mm。

2 刀具外周边缘的倒角磨损采用加焊一圈耐磨钢板的方式对其进行恢复补强。钢圈外径为6240 mm,内径5920 mm,厚度30 mm。钢圈面与刀盘本体面平齐,钢圈与刀具本体焊接采用二氧化碳保护焊,用埋弧堆焊把钢圈与刀具面板之间的缝隙和钢圈与刀具外缘侧板环面之间的凹槽填平。钢圈表面采用二氧化碳保护焊堆焊栅格状的耐磨堆焊层。

【图3】

3.盾构机滚刀堆焊焊丝材料参数：

焊丝直径 1.6mm

焊接电流240-280A

焊接电压26-31V

保护气体纯二氧化碳

熔敷金属化学成分：

碳C 锰Mn 硅Si 铌Nb 钨V 其他

1% 1.2% 0.8% 7% 5% 3%

4、结束语

本次盾构机滚刀堆焊采用北京固本耐磨焊丝，制定合理的堆焊盾构修复工艺，恢复盾构机原有外型尺寸，有效减少非正常磨损，保证后续正常的施工质量和进度。

投稿日期：2011年10月22日