盾构刀具异常磨损及改进研究

盾构刀盘磨损及刀具更换

盾构刀盘磨损及刀具更换公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-

15 刀具使用维护及更换一般规定 15.1.1北京地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。在定购盾构机时，应充分考虑北京地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足北京地铁盾构施工的需要。盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计划。盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可能换刀位置。施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀盘、刀具的寿命。 15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体振动状态等，分析其原因，采取应对措施。应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。北京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。刀盘及刀具的选择 15.2.1 刀头材质的选择

1刀具一般采用真空烧制的E 5 类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是E 5两倍的所谓SINTER－H1P真空烧制的E 3 类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于HRC60； 3 采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。刀头种类及型状： 1 主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度； 2 主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显着增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3 鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。 4 盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。 5 仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为20mm～30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。

盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响

盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响摘要:土压平衡式盾构机的刀盘具有切削、支撑、搅拌、土体改良等功能，因此在控制掘进效率、保持开挖面的稳定等方面起着决定性的作用。盾构选型时必须结合地层的特殊性和通用性来确定刀盘型式、刀具的布置形式以及他们之间的组合方式。刀盘结构的改造是为充分发挥不同地层条件下辐条式刀盘和面板式刀盘的独特优势，实现两者间的转换。将面板式刀盘的六块面板的装配形式改为栓接加焊接的形式。刀具布置形式优化是根据刀具的作用和运动轨迹对刀具的位置、形状进行合理的优化布置，增强刀具的切削能力、降低土体对刀具磨损进而达到保护刀盘本体，为盾构长距离掘进提供保障。关键词:辐条式刀盘;面板式刀盘;刀盘结构设计;刀具布置形式

前言伴随着我国城市化进程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断加大，城市交通呈急剧增长的态势，21世纪将是中国城市轨道交通的新纪元，经济发展将会伴随更大的都市化，地铁交通的建设将促使城市的发展，甚至成为一个急迫的任务。盾构机在隧道施工中，通过刀盘刀具对前方土体进行切削，刀具与土体的适应程度至关重要。盾构是集液、电、气于一体的大型机械化专用施工设备，目前应用最广泛的是闭胸式盾构，主要分为泥水式和土压平衡式。土压平衡式盾构机在复杂多变的地质条件下，其刀盘的结构型式、刀盘的支撑形式、刀具的选型、刀具的布置将直接影响到设备掘进的效果。刀盘刀具于前方土体不适应，将使盾构掘进非常缓慢甚至寸步难行，直接影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益。由于刀具是易损件，消耗量大，如果只是依靠进口刀具不仅供货期长，而且成本高，所以使用国产刀具势在必行。在掌握盾构刀具切削机理和深刻认识刀具磨损相关因素的基础上，针对不同的施工地质进行刀盘刀具的选择、刀具的布置等盾构掘进设备最关键、最核心的问题，进而实现盾构机的国产化就显得尤为必要。 1 刀盘的布置针对不同的地层情况以及设备等情况，盾构的刀盘形式有很多，其主要功能为以下儿点：（1）切削功能:刀盘旋转时，通过布置在刀盘上各种形式的刀具切削土体，并将切削下来的土体刮到土仓。（2）支撑功能:依靠辐条及辐条之问的面板起到支撑掌了面土体的作用。（3）搅拌功能:通过刀盘的旋转及搅拌棒的配合作用，使土体与膨润土、泡沫等充分混合，以改善土体的和易性、可塑性，增强土体的流动性，便于出渣，提高掘进工作效率。（4）控制出渣粒径:通过刀盘结构形式及刀盘开口率控制进入土仓内土体的粒径。

刀具磨损的几种原因

刀具磨损的几种原因 2009-09-10 11:37 刀具坚硬，可随着使用时间推迟，刀具也会有一定磨损，影响刀具磨损几种原因有哪些呢？通过汇总得出了几种原因。 1、刀具材料刀具材料决定刀具切削性能根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度韧性一对矛盾，也刀具材料所应克服一个关键。对于石墨刀具，普通TiAlN涂层可选材上适当选择韧性相对较好一点，也就钴含量稍高一点；对于金刚石涂层石墨刀具，可选材上适当选择硬度相对较好一点，也就钴含量稍低一点； 2、刀具几何角度石墨刀具选择合适几何角度，有助于减小刀具振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；（1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击摩擦性能好，随着负前角绝对值减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。（2）后角，如果后角增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。（3）螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件刃长最长，切削阻力最大，刀具承受切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力切削振动都最大。当螺旋角去较大时，铣削合力方向偏离工件表面程度大，石墨材料因崩碎而造成切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力切削振动影响前角、后角及螺旋角综合产生，所以选择方面一定要多加注意。通过对石墨材料加工特性做了大量科学测试，PARA刀具优化了相关刀具几何角度，从而使得刀具整体切削性能大大提高。 3、刀具涂层金刚石涂层刀具硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层石墨加工刀具最佳选择，也最能体现石墨刀具优越使用性能；金刚石涂层硬质合金刀具优点综合了天然金刚石硬度硬质合金强度及断裂韧性；但国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本投入都很大，所以金刚石涂层近期不会有太大发展，不过我们可以普通刀具基础上，优化刀具角度，选材等方面改善普通涂层结

盾构机刀盘磨损的修复工艺探讨

盾构机刀盘磨损的修复工艺探讨摘要：在我国经济建设飞速发展的现阶段，基建工程在数量与规模方面均有所增长，所以不可避免的会用到机械化盾构机来开展相关建设活动。在机械化盾构机当中，刀盘作为掘削机构在其中有着重要作用，例如，开挖地层、保持开挖面的稳定等，同时也因此需要承载较大的载荷与力矩，所以也因此容易出现磨损情况，导致工程建设的施工效率受到影响。所以，本文重点分析盾构机刀盘磨损的修复工艺。关键词：盾构机；刀盘；磨损；修复工艺引言：在隧道施工期间，需要使用盾构机来完成土体的开挖以及渣土的排运等工作，确保隧道施工可以快速的完成。现阶段，随着现代科学技术的不断进步，机械化盾构机在相关隧道工程中得到了广泛的应用，并且应用效果十分显著。在机械化盾构机工作期间，当中的刀盘由于长期要在较为恶劣的环境下工作，所以会因此导致刀盘出现不同程度的磨损，对工程的开展造成影响，所以要求施工单位可以尽快的完成磨损刀盘的修复，确保工程可以顺利开展。一、工程实例在某工程中，盾构机的刀具与刀盘在施工过程中出现严重的磨损，具体为：对于刀盘来讲，在其中心区域以及辐条均出现显著的磨损，同时，刀箱与四把双联中心滚到均出现了掉落，还有8把正面滚刀以及6把切刀也同样出现了程度不等的磨损。所以为了保证工程可以的开展，需要对竖井中的刀盘予以及时修复。二、刀盘修复工艺胃由于刀盘磨损较为严重，修复工作量较大，且刀盘修复后仍需穿过长30m 的上软下硬地层掘进施工，对刀盘修复质量要求较高，因此在刀盘修复前应认真熟悉图纸和施工现场，根据施工方案做好施工准备，并制定刀盘修复方案。刀盘修复过程如下所述。 1、准备修复材料刀盘材料的材质为Q345B，所以为了确保刀盘在修复之后可以继续稳定使用，所以在修复过程中所选择的材质与之前保持一致。此外，测量刀盘主梁厚度为 80mm，所以需要根据测量后的规格尺寸来现场实施切割，刀座与刀箱均为原厂提供。 2、磨损区域的处理滚刀刀箱、加强筋板以及中心刀盘等磨损区域均要刨除干净，随后用打磨或者火焰切割等方式进一步修整磨损后的刀梁，并要将刀梁焊接表面的金属光泽打磨出来。另外，鉴于刀盘工作环境有着一定湿度，打磨后的表面会因此生锈，所以焊接工作要抓紧时间进行。 3、选择焊接工艺为了进一步提高修复质量，焊接工艺的选择需与原厂刀盘生产制造时保持一致，同时选用富有经验的焊接工程师来进行焊接作用。此外，在焊接前，要做好焊接区域的预热工作，并要在焊接完成后进行消除应力热处理，以确保焊接质量与焊接位置强度与原厂刀盘保持一致。 4、刀盘主梁的修复将刀盘主梁打磨后，要对其各部位的规格尺寸予以测量，随后根据测量结果来确定下料的最终尺寸。随后，将旧刀梁与新刀梁进行对接，检查对接是否存在问题，并将台阶予以打磨。另外，选择一定规格尺寸的钢管作为刀梁之间的抵抗

盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈

盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈摘要：造成刀盘和刀具的磨损是多方面的，而且很多都是不能定量分析的，但是只要综合土层性质、掘进参数、正确使用泡沫剂、适时开仓检查刀具和汲取以往的经验教训，就可能将刀盘和刀具的磨损量降到最小，从而达到保护刀盘、刀具的目的。关键词：盾构机；刀盘；刀具；磨损随着地铁建设的发展，盾构工法在地铁建设中起到了越来越重要的作用。它的优越性，实际上是得益于盾构机技术的发展，正所谓“工欲善其事，必先利其器”。盾构机之所以特别重要是因为它与其它施工机械不一样，它被形象地称为“度身定做”（taitor-made）的[1]。所谓“度身定做”度的什么身呢？就是根据特定的施工环境这个“身”来制造与之相适应的特定的盾构机。在盾构机选型中刀具的选择又是重中之重，要根据地质情况选择相匹配的盾构机，盾构机刀盘刀具布置是盾构机配置的最重要的部分。在实际施工过程中，若区间较长，需要进行开仓检查刀具和换刀，确保盾构机能够顺利到达出洞。笔者对深圳地铁2号线后海站～科苑站区间盾构隧道刀盘、刀具磨损情况进行了总结分析，可为类似工程盾构机刀具选型提供参考。 1工程概况深圳地铁2号线是深圳市优先发展的轨道交通线路，是连接城市中心区与蛇口、南头半岛的纽带，也是特区内东西向交通走廊内的第二条轨道客运干线，沿途将经过蛇口、后海开发区、南山商业文化中心和深圳湾填海区，串联了上述片区主要的居住区和商业文化密集区，满足了南山与福田、罗湖二级客运走廊的客运需求。地铁2号线建成后在深圳世界之窗站与1号线换乘，将直接为300万以上的市民提供安全便捷的交通服务，能有效缓解南山区的交通压力。深圳地铁二号线某标段土压盾构机从后海站向科苑站方向掘进。本区间左、右线隧道平面最大曲线半径为1000m，最小曲线半径为400m，左、右线线间距13.2m～14.2m，区间隧道最大线路纵坡为28‰，最小纵坡为2‰，竖曲线半径最大为5000m，最小为3000m，隧道拱顶埋深为10m～15m。 2地质概况区间场地原始地貌为滨海相潮间带（滩涂），后经软基处理由填海而成。由钻探揭示，覆土表层为人工填筑的素填土（填石、填砂），其下为第四系全新统海积淤泥、砾砂（含淤泥）、冲洪积粘土、砾砂，第四系上更新统冲洪积淤泥质

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15刀具使用维护及更换一般规定 15.1.1北京地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。在定购盾构机时，应充分考虑北京地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足北京地铁盾构施工的需要。盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计划。盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可能换刀位置。施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀盘、刀具的寿命。 15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体振动状态等，分析其原因，采取应对措施。应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。北京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。刀盘及刀具的选择 15.2.1刀头材质的选择 1 刀具一般采用真空烧制的 E5类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是 E5两倍的所谓 SINTER－ H1P真空烧制的 E3类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于 HRC60 ；

3采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。刀头种类及型状： 1主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度； 2主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显着增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。 4盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。 5仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为 20mm～ 30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。刀具磨损的预测及检测方法必须充分探讨刀头的耐磨耗性，事前预测磨耗量，制定切实可行的对策，以便施工能顺利进行。刀具磨耗量的预测最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算：

盾构刀盘磨损及刀具更换

15 刀具使用维护及更换 15.1 一般规定 15.1.1地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。 15.1.2 在定购盾构机时，应充分考虑地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足地铁盾构施工的需要。 15.1.3 盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计划。 15.1.4 盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可能换刀位置。 15.1.5施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀盘、刀具的寿命。 15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体振动状态等，分析其原因，采取应对措施。 15.1.7应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。15.1.8地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。 15.2 刀盘及刀具的选择 15.2.1 刀头材质的选择 1刀具一般采用真空烧制的E5类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是E5两倍的所谓SINTER－H1P真空烧制的E3类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于HRC60； .资

3 采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。 15.2.2 刀头种类及型状： 1 主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度； 2 主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3 鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。 4 盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。 5 仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。 15.2.3 刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为20mm～30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。 15.2.4 在地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。 15.3 刀具磨损的预测及检测方法 15.3.1必须充分探讨刀头的耐磨耗性，事前预测磨耗量，制定切实可行的对策，以便施工能顺利进行。 15.3.2刀具磨耗量的预测最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算： .资

盾构切削刀具寿命的计算

设?计计!算ＤｅｓｉｇｎａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎ２００６（１）工程机械在城市地铁工程所用盾构的方案选型中，刀盘的结构、刀具类型的选择、刀具的布置和磨损问题常成为选型的重点内容。尤其是盾构在砂或砂卵石地层中掘进，刀具的磨损问题更为突出，因此需要对刀具的掘削距离寿命进行预测。１盾构刀具的种类与布置为保证掘削刀盘的开挖效率，盾构通常根据不同的地质情况选用不同类型的刀具及刀具组合。目前盾构机上常用的刀具有切刀、刮刀、齿刀、单（双）刃滚刀、先行刀、仿形刀等。盘形滚刀常用来对付硬岩地层，而齿刀和切刀组合更适合于开挖软岩；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀（或刮刀）。单（双）刃滚刀属于滚刀型刀具，主要是依靠挤压破岩，一般用于岩石地层的掘进。在盾构穿越松散地层且有大粒径的砾石（粒径大于４００ｍｍ），以及当砾石含量达到一定比例时，可采用滚刀型刀具。另外在隧道地质条件复杂多变、岩石与一般土体交错频繁出现的情况，也可在刀盘上布置一些滚刀型刀具。切刀、刮刀、齿刀等属于切削型刀具，切削型刀具的切削原理是切刀随盾构向前推进的同时，随刀盘旋转的刀具对开挖面土体产生轴向剪切力及挤压力和周向（刀盘旋转切线方向）切削力，不断将开挖面前方土体切削下来。切削型刀具一般适用于粒径小的砂卵石、砂土、粘土等松散体地层。先行刀、仿形刀和磨耗检测刀具等是按照刀具在刀盘上作用的不同分类的。先行刀也称为超前刀。刀盘开挖时，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。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。为保证盾构在超挖少、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，盾构需设置仿形刀。仿形刀一般布置在辐臂上。施工时，可以根据超挖多少和超挖范围的要求，从辐臂一端径向伸出和缩回仿形刀，达到仿形切削的目的。为加强刀具磨损量的管理，防止刀盘和刀具因过度磨损而损坏，刀盘上常设置有磨耗检测刀具。常用的检测刀具有通电式磨耗检测刀具和超声波式磨耗检测刀具等。通电式磨耗检测刀具见图１（ａ），其原理是：在刀具制作时先将电线埋入刀具中，随着盾构的掘进，当刀具磨耗达到限定磨耗量时，通电电线将被磨断，于是电路断路。操作人员可根据电路通断情况对刀具的磨耗做出判断。该法的特点是简单、直接，但不能连续检测刀具磨耗进展情况，难以掌握换刀时机；超声波式磨耗检测刀具如图１（ｂ）所示，其检测原理是：在磨耗检测刀具中事先安装好与超声波监测器相连接的超声波探头，利用超声波来探测刀具的磨耗情况。其特点是技术相对复杂，成本较高，但能连续检测刀具的磨耗情况，有利于根据刀具磨损进展进行刀具换刀前的准备和更好地把握换刀时机。（ａ）通电式（ｂ）超声波式图１磨耗检测刀具２刀具磨损的原因和影响因素在盾构推进力作用下刀具对开挖面土体产生一西南交通大学管会生高波 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!" 摘要：通过对盾构刀具磨损的原因分析和寿命计算，可以预测盾构在隧道开挖区间刀具是否需要更换以及需要更换的次数。并通过算例说明刀具寿命预测的分析方法。关键词：盾构刀具磨损寿命盾构切削刀具寿命的计算２５——

盾构软土刀具磨损计算

盾构软土刀具磨损计算一，区间地质状况某区间设计区间总长度2669.681m。盾构区间双线总长度5338m。洞身范围内土层主要为<2-4-2>淤泥质土层、<2-5-2>粗中砂层、<3-8>卵石层等。二，盾构刀具磨损计算分析随着盾构法施工在地铁建设中的广泛应用，刀具磨损已经成为一个影响工程质量和进度的关键问题。刀具的磨损在盾构掘进过程中不可避免，合理的布局设计需要考虑因磨损引起的使用寿命一致。参照经验公式，盾构机刀盘外圈刀具的磨损公式如下： v KDLN πδ=其中δ———磨损量，mm K ———磨耗系数mm/Km D ———盾构刀盘外径，m L ———盾构掘进距离，m N ———刀盘的转动速度，r/min v ———盾构掘进速度，mm/min 刀盘转速N=0.3-3.05r/min ；计算选用1.5r/min 盾构掘进速度v=80cm/min ， 1，磨损系数K 的确定为刀具的磨损系数可以参照经验公式 333 .0n K K n =

其中n K ———1条轨迹配置n 把刀具的磨损系数 K ———1条轨迹配置1把刀具的磨损系数磨耗系数K 单位：Km mm /103 -为了安全考虑选用在砂砾中能安全掘进的E5材质的磨损系数，45×310-mm/Km 在粘土中能安全掘进的E5材质的磨损系数，15×3 10- mm/Km 刀盘局部视图由刀盘局部视图可知，42#刀具位置在同一刀具轨迹上配置了两把刀具，40#刀具位置在同一轨迹上布置了1把刀具。土压平衡式盾构粘土砂砂砾刀头材质（硬质合金） 4-15 15-2525-45E-52-2.75 7.5-12.512.5-22.5E-31.37-5.17 5.17-8.68.6-15.5 E-2

盾构机刀具修复技术

盾构机刀具修复技术采用盾构法修建地铁隧道，施工进度较快，建设质量好，而且施工过程中不需要降水，可以节省大笔费用。但由于盾构机及配套设备、设施的采购和制造费用很高，而且施工过程中所用多种消耗材料费用也不低。所以，采用盾构法的施工成本与传统施工方法相比，并无优势可言。在保证工程质量的前提下，如何有效地降低施工成本，成为企业在市场竞争中面临的一个紧迫问题。对磨损周边刀进行修复利用，就是在降低施工成本方面进行的一次有益尝试。 1盾构机刀具磨损情况需要修复的这批磨损周边刀是在完成520环（约630m）隧道掘进后更换下来的。刀具的2/5已经被磨损，其情况见图1，刀具磨损部分是正对被切削土体的迎土面部分。刀具迎土面部分，在盾构刀盘旋转时承受很大的摩擦作用力，摩擦力的大小与千斤顶的推力成正比；另外，周边刀安装于刀盘的最外边，刀盘旋转时该位置的线速度也最大；再有，由于处于边缘位置，离泡沫出口的位置较远，在盾构机掘进过程中该位置的刀具无法得到良好的润滑。以上多种因素导致了该部分的磨损最严重。 2盾构机刀具修复工艺确定从图1中可以看到，磨损的周边刀仅剩下一个安装孔是完好的。

修复工作的主要任务，一是完成另外两个安装孔的修复；二是完成切削刃和表面耐磨层的修复。据此确定总的思路是：铸造一块与原刀具本体成分相同、形状与缺损部分一样的钢块，与残刀焊接在一起；然后，在修复的刀具上堆焊切削刃和耐磨层；再以原来的安装孔为基准，根据图纸的尺寸要求加工另外两个安装孔；最后，对刀具与刀盘的安装表面进行一次精加工。 2.1修复体材料的选择及制造为保证修复刀具的工作性能不降低和便于与残体进行焊接，决定采用与原刀具本体材质相同的材料对其进行修复。通过实验室化验分析，确定原刀具本体材料为退火状态的20Mn2。根据原图纸和磨损刀具实物，设计加工了2个修复体模具（左右各1个）；然后，利用小冶炼炉进行修复体的翻砂铸造，并对工件外表面进行喷丸处理。 2.2修复体与刀具残体的焊接由于刀体较厚，断面为三角形，且整个刀具的外形不规整，要将修复体与残刀直接焊接难度很大。为此，设计了专用的夹具，在焊接时将两者精确定位，以控制焊接过程中的变形。为保证焊接质量，焊接前须将残刀进行喷丸处理；为保证修复后刀体具有足够的强度，两焊接件之间采用了大坡口焊接。 2.3刀刃及耐磨焊丝的选择周边刀切削列采用的堆焊材料，是该类刀具制造的关键核心技术。耐磨焊丝的性能直接影响刀具的使用寿命，而国内还没有采用堆焊切削刃的工艺和技术。北京地区的地层主要是以沙卵石地层为主，要求

盾构刀盘磨损及刀具更换修订稿

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1刀具一般采用真空烧制的E 类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具 5 宜采用耐磨能力是E5两倍的所谓SINTER－H1P真空烧制的E3类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于HRC60； 3 采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。刀头种类及型状： 1 主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度； 2 主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显着增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3 鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。 4 盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。 5 仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为20mm～30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。

张总：盾构机刀具磨损的分析

盾构机刀具磨损地分析中铁一局城轨公司张新义 1.概述：土压平衡盾构机的刀盘根据地质条件的不同一般分软土和硬岩两种刀盘布置形式,软土区刀盘的布置形式是以齿刀为主辅以边缘滚刀和刮刀，硬岩刀盘的布置形式是以滚刀为主辅以刮刀。刀具是盾构机的一个非常重要的组成部分，对刀具地合理选择、使用、维护和更换，直接决定盾构掘进工程的质量、进度和工程成本。所以对盾构机刀具磨损情况地分析尤为必要。 2.刀具的结构和切削机理： 2．1刮刀刮刀用来切削各种砂土、粘土等较松散的地层及全风化岩层等其它未固结的土体，刮刀上装有碳化钨刀刃，目的是为了更好的防止掘进过程中产生的磨损。 2．2齿刀用来先行松散各种砂砾层、粘土层及全风化层，使其固结性能变差，然后由刮刀将其刮掉。 2．3滚刀滚刀在推力的作用下贯入岩层，同时在开挖面岩石阻力的作用下随刀盘做同心圆滚动，岩石被挤压，形成挤压切槽，并在小半径范围内将挤压裂纹延伸到周围的岩石，最终在刀盘推力作用下挤压切槽两边的岩石呈片状破碎。滚刀于对各种强、中、微风化岩进行挤压破碎，滚刀安装在刀盘的刀座上，这些刀座也可以安装焊接在特殊支架上的齿刀。滚刀设计最大破岩能力为80Mpa，广州地铁三号线客大区间岩石的最大单轴抗压强度为62.3Mpa。 2．4边缘刮刀用来校准盾构的开挖直径。 2．5超挖刀用于盾构曲线施工时的超挖及盾构姿态的调整，由液压油缸操纵伸缩，其行程为0～100mm(各级分别为6260／6280／6300／6320／6340／6360)。 3.不同地质条件刀具的选择： 3．1刀盘布局盾构机刀盘分为三个区域：中心区、正面区和边缘区。

正面区刮刀边缘刮刀双刃齿刀双刃滚刀单刃齿刀超挖刀 3．1．1中心区该区是刀盘布局的关键，既要考虑对砂土、粘土和较为破碎岩层的开挖和出土的适应性，又要兼顾到整个区间围岩的强度，因此该区采用齿刀和滚刀可以互换的方案，刀座设计成既可以安装齿刀，又可以安装滚刀，而且设计成背装式，即可以在刀盘后面对刀具进行更换。该区布置有6把双刃滚刀（或6把双刃齿刀），硬岩用滚刀，软土用齿刀。6把双刃滚刀的刀间距为180mm.。 3．1．2正面区该区采用刮刀与双刃滚刀（或单刃齿刀）组合的布局方式，共设64把刮刀和8把双刃滚刀（或单刃齿刀），刮刀在刀盘的四个方向分两列布置，其宽度使得每把刀的切割轨迹有所重叠，可使开挖土体清除干净。滚刀安装高度超刮刀高度35mm，双刃滚刀和单刃齿刀可以互换，硬岩用滚刀，软土用齿刀。 3．1．3边缘区该区设置了5把双刃滚刀、8把边缘刮刀和1把超挖刀。双刃滚刀用于对该区围岩的破坏，边缘刮刀用来校准洞径的尺寸，超挖刀则是用于盾构曲线施工和盾构姿态调整。在开挖时，刀盘边缘的线速度较高，磨损快，故而配置了8把边缘刮刀、5把双刃滚刀，且滚刀也因为刀盘在旋转时相对于中心区和正面区而言，滚动范围大，因而刀具布置较密，刀间距较中心区刀间距小，刀间距为100mm。该5把滚刀一般不因地质情况的变化而更换，硬岩和软土都采用。 3．2软土区刀具布置刮刀64把、双刃齿刀6把、单刃齿刀8把、双刃滚刀5把、边缘刮刀8把和超挖刀1把。 3．3硬岩区刀具布置

盾构机刀盘常见故障及原因分析

泡沫口搅拌棒仿行刀滚刀耐磨条周边开口开口槽切刀弧形刮刀盾构机刀盘常见故障（损坏）及原因分析蒙先君（中铁隧道股份有限公司TBM 二分公司）摘要：总结了在盾构施工过程中刀盘常见的故障与损坏的方式，分析了其产生的原因，提出了相应的解决方法。关键字：盾构机刀盘原因分析 1．刀盘工作原理与结构特点 1.1 刀盘工作原理土压平衡盾构通过液压马达驱动刀盘旋转来切削围岩，并通过给掌子面与土仓隔板之间充满的、经过搅拌的碴土加压（油缸推力）的方式来稳定掌子面。根据不同的工程，不同的地质条件，在刀盘上设置不同数量、不同类型的刀具来进行开挖，同时通过螺旋输送机排土来保持土压在设计允许的范围内。 1.2 结构特点我集团引进海瑞克盾构机（S179，S180）刀盘为轮辐式，直径6230mm ，开挖直径6280mm ，刀盘面板厚度550mm ，从法兰盘底面到刀盘面板高1410mm ，刀盘总重约55t 。为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，刀盘结构为焊接箱形结构。

30%。 1.2.2 耐磨设计刀盘的周边布设三道耐磨条，刀盘面板焊接格栅状耐磨材料，充分保证刀盘在硬岩掘进时的耐磨性能。 1.2.3 刀具盾构机刀具是根据工程地段地质特点，和刀具在软、硬岩中不同的破岩机理来进行设计和选择的。刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层的开挖，主要刀具类型为：双刃滚刀、中心滚刀、齿刀、切刀、弧形刮刀和仿形刀。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。在硬岩中掘进时刀盘需安装双刃滚刀、中心刀，在软岩中掘进时可以根据需要把双刃滚刀、中心刀更换为对应形式的齿刀。具体刀具型式及设计特点见下表：刀具型式表正齿刀用于软土掘进。数量：13 切刀软土刀具。同时可用做硬岩掘进中的刮渣。数量：64 弧形刮刀软岩刀具，同时在硬岩掘进下可用作刮渣。数量：32

复合地层中盾构刀具磨损的检测方法

复合地层中盾构刀具磨损的检测方法研究张厚美（广州市盾建地下工程有限公司，广州，510030）摘要：刀具磨损严重是盾构在复合地层中施工遇到的最大难题之一，刀具磨损检测技术是盾构施工的一个重要研究课题。本文结合实际工程对运用掘进参数检测刀具磨损的方法进行了探索研究。介绍了刀具失效的常用判断方法、运用掘进参数检测滚刀失效的原理、滚刀磨损或失效的判断方法以及工程应用实例。初步研究结果表明，掘进参数的计算原理是正确的，方法是可行的；计算值和实际值变化趋势是一致的；刀具磨损情况检测结果与实际换刀情况是相吻合的。经常进行刀具检查，尽早更换磨损或失效的刀具是正确的选择。主题词：盾构，刀具磨损，复合地层，检测模型，切削力，掘进参数 Study on the method of estimating cutter wear of shield in mix-face ground Zhang Hou-mei Guangzhou Municipal Dunjian Underground Construction Eng. CO.,Ltd., Guangzhou 510030,China Abstract：One of the most difficult problem of shield tunneling in mix-face ground is the severe wear of cutters.How to estimate the cutter wear in mix-face ground is an important task for shield tunneling. The method estimating the cutter wear by analyzing the tunneling parameters is presented in this paper. General approaches for estimating the cutter wear ,the principle of estimating the cutter wear and an engineering example are also introduced.A comparison is made between the calculating parameters and the performance of shield in the field.Tt is shown that the method estimating the cutter wear is feasible, the estimation results are reasonable and in accordant with the case of cutters change.Examining the cutters regularly and changing the worn cutters in good time is necessary for shield tunnelling. Key words：shield,cutter wear, mix-face ground , estimating method, cutting force,tunneling parameter 引言随着盾构机制造技术的发展，盾构机的适应地层范围越来越广，盾构技术不仅在比较均匀、单一的土层中得到广泛应用，也在各种软硬交替的复合地层中得到了应用。广州地区地质条件复杂，冲积相、海陆交互相的第四系广泛分布，三大岩类，即沉积岩、岩浆岩、变质岩发育齐全。其中流塑状淤泥层，易液化的粉细纱层，膨胀土、花岗岩残积土以及高强度花岗岩被称为广州地下工程建设的四大难题。此外还存在土洞、溶洞、球状风化体、断层破碎带、煤层等地质问题，隧道