盾构机刀具刀布的失效形式分析及预防措施

盾构机械刀具结构的优化设计与改进一、引言盾构机械是隧道工程中常用的工具，其刀具结构的优化设计与改进对提高作业效率、降低成本具有重要意义。

本文将主要探讨盾构机械刀具结构的优化设计与改进方法。

二、盾构机械刀具的常见问题在实际操作中，由于盾构机械刀具的结构存在一些不足之处，所以需要进行改进优化。

常见的问题包括：1. 刀具寿命短：由于工况恶劣，刀具容易磨损，影响作业效率；2. 切削质量低：刀具设计不合理，导致切削过程中出现振动、噪音等问题，影响切削质量；3. 刀具更换困难：传统的刀具结构存在更换困难的问题，需要减少停机时间。

三、盾构机械刀具结构的优化设计方法为了解决上述问题，可以采取以下优化设计方法：1. 刀具材料的选择：选择高硬度材料，并且具有抗磨损、抗冲击的特性，可以延长刀具使用寿命。

2. 刀具结构的改进：采用合理的几何结构和刀片位置安排，减少切削振动和噪音，提高切削质量。

3. 刀具润滑措施：合理设计刀具的润滑系统，减少切削温度和磨损，延长刀具寿命。

4. 刀具更换系统的改进：采用快速更换刀具的设计方案，简化更换过程，提高作业效率。

四、盾构机械刀具结构的改进方案基于以上优化设计方法，可以提出以下改进方案：1. 刀具材料的选择：选择高硬度、高抗磨损的工具钢作为刀具材料，如M2高速钢，提高刀具的耐磨性。

2. 刀具结构的改进：优化刀片的几何结构，减少切削振动和噪音。

同时，采用合理的固定方式和刀片位置安排，提高切削质量。

3. 刀具润滑措施：设计刀具的润滑系统，采用恰当的冷却液和润滑剂，减少切削温度和磨损。

并且，可以考虑使用涂层技术，提高刀具表面的硬度和润滑性。

4. 刀具更换系统的改进：引入快速更换刀具的设计方案，例如采用夹紧机构和快速装卸机械手等，使刀具更换过程更加高效和方便。

五、盾构机械刀具结构的改进效果评估对于上述改进方案，可以通过实验和数据分析来评估其改进效果。

主要考虑以下几个方面：1. 刀具寿命：通过对比改进前后的刀具寿命，可以评估刀具材料和润滑措施的效果。

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。

盾构机换刀施工风险及预防措施
1、预防措施
⑴详细调查拟换刀地点的地层、透水情况，对其稳定性进行综合分析评价，选择地质条件较好的地层进行换刀作业。

⑵合理进行盾构刀盘刀具的配置，在刀盘上堆焊耐磨材料，减少换刀的次数。

⑶安装刀具磨损检测装置，及时掌握刀具的磨损情况。

⑷在软弱地层中如果必须进行换刀作业，则必须对换刀区域的土体进行旋喷或注浆加固，待土体固结稳定后在实施换刀作业。

2、应急预案
⑴如果开仓换刀时，发现掌子面有涌水或土体有失稳趋势，则应立即关闭土仓仓门，在不转动刀盘的情况下将盾构机向掌子面推进一定距离，确保停机时的土仓压力要高于推进时的压力，顶住掌子面土体，确保掌子面土体稳定，在地面又无法进行加固条件的情况下，采取气压换刀的形式进行刀具的更换。

⑵若盾构土仓无法保压的情况下，利用盾构机前盾上的超前注浆孔用单液浆的形式固结刀盘前方、顶部的土体。

然后开仓进行换刀。

⑶如果在人员进入土仓换刀作业过程中发现掌子面突然涌水或有失稳趋势，则人员迅速撤离土仓，关闭土仓仓门，然后采取和⑴或⑵两种应急处理措施。

毕业设计文件设计题目：盾构机刀具刀盘的失效形式分析及预防措施摘要：近年来，随着科学与技术的不断发展，人们对空间需求已经从地上逐步发展到地下，开发利用地下空间最主要的工具就是隧道挖掘机。

盾构机是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备，在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。

刀具作为盾构机上最重要的部件，国内对它的设计研究尚处起步阶段。

而刀盘是全断面隧道掘进机的设计关键，是影响其掘进性能的决定性因素。

本论文对盾构机刀具和刀盘的选型以及失效形式分析及预防措施进行了研究，具体内容如下：研究了刀具的形式及配置分析，详细的阐述了刀具的磨损与耐用度，分析了刀具的失效形式与管理。

并对刀盘的型式、结构、功能与失效形式及预防措施进行了分析。

关键词：刀具刀盘失效形式刀具磨损Abstract：In recent yeas,with scientific and technical progress,people’s demand for spacehas been gradually developed from the ground to underground,the most importanttool to exploit and utilize underground space is shield machine. The shield machine is one kind uses in excavating the underground tunnel specially the large-scale complete set construction，Excavates in the city tunnel obtains the more and more widespread application. The cutting tool takes on the shield machine most important part, Domestic to its design research still place start stage. However,Being acrucial factor in influencing the performance of shield machine，the cutterhead designis one of the key issues of shield machine. The present paper has conducted the research to the shield machine cutting tool and the cutter head shaping as well as the expiration form analysis and the preventive measure, The concrete content is as follows: Has studied the cutting tool form and the disposition analysis, Detailed elaboration cutting tool attrition and abrasive resistance, Has analyzed the cutting tool expiration form and the management. Has analyzed the cutting tool expiration form and the management.And to the cutter head pattern, the structure, the function and the expiration form and the preventive measure has carried on the analysis.key words：Cutting tool cutter-head Failure forms Cutting tool at目录前言 (1)1盾构机刀具的失效形式分析及预防措施 (3)1.1盾构机的介绍 (3)1.2盾构机刀具的管理与维护 (4)1.2.1刀具的配置 (4)1.2.2刀具管理的主要内容 (6)1.2.3延长盾构机刀具使用寿命的措施 (8)1.3刀具的失效分类与刀具分布 (9)1.3.1刀具失效的分类 (9)1.3.2各种位置上刀具的分布情况 (10)1.4刀具失效的原因分析 (10)1.5预防刀具失效的技术措施 (12)1.6本章小结 (12)2盾构机刀具磨损及耐用度分析研究 (13)2.1刀具磨损问题 (13)2.2滚刀磨损状况和磨损相关因素 (13)2.2.1滚刀磨损的主要形式 (13)2.2.2与滚刀磨损相关的地质因素 (15)2.2.3刀盘形式与刀具组合因素 (16)2.2.4施工控制因素 (16)2.2.5工程设计因素 (16)2.3提高刀具耐用度的对策 (17)2.3.1与地质相匹配的刀具配置 (17)2.3.2改善刀具磨损情况的措施 (18)2.4本章小结 (19)3刀盘的型式、结构、功能与失效分析 (20)3.1刀盘的型式分析 (20)3.1.1常见的盾构刀盘型式 (20)3.2刀盘的结构分析 (22)3.2.1刀盘的主要结构 (22)3.3刀盘的功能分析 (23)3.4刀盘的失效分析 (23)3.5本章小结 (24)结束语 (25)参考文献 (26)。

盾构机刀具磨损与局部问题分析研究摘要：减小盾构掘进刀具磨损，是保证盾构机能够长距离掘进的重要措施。

在施工中经常出现的盾构刀具磨损严重、破损、脱落等，导致工程事故的发生，给整个工程的工期、造价带来严重影响，甚至威胁人的生命。

本文从分析盾构刀具磨损的相关因素和减小磨损、延长命两方面入手，对盾构刀具的磨损、布局进行了研究。

关键词：盾构机；刀具；隧道前言城市化越来越快，大量人口涌入城市，这就造成了城市越来越拥挤，不仅是住房变得拥挤，连交通也变的很拥挤，这样也带来了很多的麻烦，不仅影响人们的正常行走，还会影响经济的发展，影响工作的正常，像北京、上海这样的大城市经常出现堵车问题，为了解决交通拥挤的难题，人们开始打算从地下进行交通。

于是，地铁开始在大城市中建立了，地铁的建立和开通使得交通变得非常的方面，要建立地铁首要的任务是进行隧道的开挖，开挖隧道仅靠人力基本上是不可能完成的，这时我们就想到用机械设备进行隧道的开挖，于是，用来开挖隧道的盾构机就设计和制造出来了。

现在，国内有很多高校和科研单位都在进行这方面的研究，中铁工程装备集团在盾构机研发和生产方面取得了丰硕的成果。

为了更好的设计和制造我国自己的盾构机，就要了解盾构机刀具的磨损原因和机理，并且要提出解决的方法，这样才能设计和制造出质量和性能更好的盾构机。

1.刀具的磨损类型1.1.刀圈偏磨由于刀具本身具有很大的启动转矩，这时要是遇到比较软的地质层的时候，很容易造成只有刀盘在转，而刀具没有在转，这样就不能是刀具产生作用，同时也会造成刀圈因受力不均而造成的磨损。

要是没有主要到这一点，也可能造成刀具的磨损，还会将所有的力都集中到其他的刀具上，从而造成所有的刀具都发生破坏，还会造成与整个切削有关的机械部件的损坏。

除了以上的情况外，由于操作人员的操作不当，以及盾构机的一些使用参数的不当选取，也可能造成刀圈的损坏，这样就会容易发生比较严重的事故和造成财产的损失。

1.2.刀圈断裂和崩角当盾构机在切削比较容易切削的地质层时，刀盘的转矩也不是很高的，但是这时突然进入比较硬的地质层时，阻力突然变大，现有的转矩不能进行该切削，这就会对刀盘造成一定的冲击，就可能使刀圈发生损坏，这样就会容易发生比较严重的事故和造成财产的损失。

盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨摘要：盾构机在掘进过程中通过硬岩地段时，刀具、刀盘极易损坏，这种情况下，换刀、修复刀盘的技术就显得尤为重要。

本文对盾构机在掘进过程中刀具、刀盘的损坏情况进行了分析，并提出了维修措施。

关键词：盾构机；刀具，损坏，维修盾构机在掘进的过程中，往往会遇到各种复杂的地形。

由于底层的变化性非常大，这就决定了盾构机在刀盘的配置及刀具的选择上非常关键，刀盘的配置及刀具的选择要根据地质条件来选择。

合理的刀盘配置及刀具选择对与保证刀具的使用寿命，工程的顺利进行具有重要意义。

1盾构刀具1.1刀具的破岩原理盾构刀具的破岩方式分为滚压破岩和切削破岩。

1.1.1滚压破岩滚压破岩是在底层中利用盘形滚刀滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用来破碎岩石。

滚压破岩一般适用于岩石、硬土层及含有砂粒和卵石地质的破碎。

其使用的主要刀具为滚刀。

1.1.2切削破岩切削破岩是通过切刀刀刃施力将岩体外层剪切剥离的方式来破碎岩石。

切削破岩一般适用于土、砂层和软岩地质的破碎。

其主要适用的刀具为切刀。

1.2刀具的选择盾构机的刀具要根据施工地区地质特点来选择适用的刀具进行碎岩作业。

2盾构掘进速度和刀具消耗对盾构施工的影响刀具的更换主要是根具两点来进行判断的。

一是刀具是否适合当前岩层的掘进作业，通常情况下，在盾构掘进的过程中，要结合前期工程地质勘察的结果来对地层进行初步分析。

再结合掘进中土层的剥离情况对当前的岩层进行判断，以选择使用的刀具，如果有必要，可以开仓进行检验，以保证分析结果的准确性。

二是刀具的磨损程度是否达到了设计磨损值以及刀具是否损坏。

首先结合盾构掘进时，不同地层对刀具的磨损量以及掘进的速度来进行判断刀具的磨损量，然后开仓验证，以此来作为更换刀具的依据。

刀具的具体损耗量的计算要通过刀具的运行距离与掘进的速度计算处刀具在进行每一环距离内体积的磨损量，然后在用隧道的中提掘进体积来除以这个值，就能得到一个刀具消耗数量的大概值（不考虑遇到特殊情况）。

设备管理与维修2021翼3（下）0引言21世纪后，城市化进程加快，交通拥堵等问题严重影响城市生活品质，地下空间资源开发成为城市可持续发展的重要方向。

目前日本、法国等国家在地下工程实践方面取得显著成果，随着各项基础设施建设、城轨交通等工程对盾构机大量需求，盾构机在隧道施工中得到迅速发展。

盾构法施工对隧道周围土体扰动小、不需拆除已有建筑物，盾构法施工成为地下空间开发的主要施工方法。

刀具配置直接影响施工效率及刀盘寿命，刀具磨损是盾构施工的难题，刀具磨损后安全高效进行更换尤为重要。

目前对刀具磨损情况掌握不足，成为制约掘进速度的重要因素。

研究表明，刀具日常维护保养及更换时间占施工成本的1/3。

刀具配置是否合理，直接影响盾构机刀盘使用寿命。

刀具磨损后经济地更换是重要的课题。

研究盾构机掘进刀具维护对盾构施工具有重要借鉴意义。

1盾构机简介盾构机是将机械等多学科技术集于一体的大型综合施工设备，用于地铁修建等大型地下工程建造。

盾构掘进机优点体现在施工安全、有利于环保、适用于多种土质等。

盾构机进行隧道施工具有施工速度快、开挖隧道可控制地面沉降，在地下开挖不影响地面交通等优点[1]。

隧道掘进机地质针对性强，用于硬岩地层隧道掘进机为TBM （Tunnel Boring Machine ，隧道掘进机）。

盾构机类型主要分为机械式、手掘式等。

手掘式盾构机需对开挖面加固，适用于软硬间杂的开挖面；半机械式盾构机安装掘土机械，在加固辅助方面与手掘式相同，适用地质包括固结粉及黏土等；挤压式盾构机掘进时，土体从胸板上开口处挤压入盾构机内，适用于冲积形成粉质砂土层；机械式盾构机前部装旋转刀盘，适用于开挖面可自立稳定洪积地层；土压式盾构机把土料作为稳定挖掘面介质，分为加水、加泥土压与复合土压盾构机，可使掘削土砂流动性增强。

泥土压式在土质应用方面最广泛，适用于粉土等固结度较低的软基。

高水压地基中需采取其他措施保证土压平衡。

盾构机主要组成包括刀盘刀具、推进系统，排土机构、电气系统等。

卵砾石地层盾构先行刀非正常磨损成因及应
对措施
卵砾石地层是一种非常压实的岩石，具有很高的摩擦系数和硬度，因此在盾构掘进过程中易出现刀具的非正常磨损。

主要原因包括以下几点：
1. 地质情况复杂，卵砾石中颗粒大小不均匀。

2. 岩石内部含有较多的细小夹层、裂缝等，易出现爆破块的掉落和破碎块的碰撞，破坏刀具。

3. 岩石固结力较强，盾构切削力增加，易造成刀具的扭曲、弯曲或破裂。

针对上述问题，应采取以下应对措施：
1. 深入了解卵砾石地层的地质情况，制定合理的掘进方案，避免在岩层复杂区域进行掘进。

2. 采用高品质的刀具材料和切削技术，提高刀具的耐磨性和抗破坏能力。

3. 加强刀具的维护保养，提高刀具的使用寿命。

4. 建立切削力监测系统，及时监测切削力的变化，并采取相应的应对措施。

5. 加强质量管理，确保各道工序的质量达标，避免工艺不合理造成刀具损耗过大。

6. 在切削过程中加强润滑，避免刀具与岩石之间的直接摩擦，减小刀具的磨损。

7. 在刀具设计中加入抗扭曲、弯曲和破裂的设计元素，提高刀具的抗破坏能力。