盾构软土刀具磨损计算

盾构切削刀具磨损现状调研分析及北京地铁砂卵石地层磨损现状§1、前言近些年来，在盾构施工中为了稳定开挖面与减少后续沉降，泥水加压式、土压式等施工方法用得越来越多。

砾层中的施工不断增加，且受到竖井数量的限制掘进距离也有所增长，所以盾构机的耐久性问题变得越来越突出。

成为耐久性问题的主要是切削刀具的损耗及面板、外圈侧面的磨损。

虽然，由于损耗严重不能继续使用时，只要将其修复成原来的状态就可以是使用，但由于使用密闭型盾构机施工时，大多需要对开挖面进行地基改善及部分加气压等补助工法，因此，修复工作无论在经济上还是工期上，都会造成浪费，而且在安全方面也是很危险的。

这样的损耗如果任其发展，就会发展为盾构机外圈部分及外圈密封层的损耗，可能会造成重大事故。

本文根据多个国外损耗事例分析了损耗的主要原因与措施的技术动向。

并对北京地铁砂卵石地层磨损现状进行了简单的介绍。

§2、切削刀具2.1切削理论2.1.1切削形式土被盾构刀具切削后的形状主要受切削基岩土质、切削条件等的影响。

切削土的形状分为以下4种。

①流水型切削②裂断型切削③剪切型切削④剥落型切削①流水型切削流水型切削指的是切削围岩为粘土或者包含着粘性土成分（粉砂、粘土）的时候，切削土沿着刀尖的前倾面被连续剪切成流水形状的情形。

②裂断型切削实在土的粘性小，含水量低的情况下产生的现象。

刀尖受到土的压力，土体受到压缩后在刀尖处产生裂缝，接着引起剪切，切削土就会分离。

此时，刀尖处产生波动，明显的时候甚至引起振动。

因为振动能减轻盾构框架与土的摩擦，大的切削抵抗或许能成为引起旋转的主要因素。

③剪切型切削切削角度大或者土体坚硬且脆弱的情况下产生的现象。

这种现象时裂断型切削预流水型切削的过渡状态。

随着刀尖的推进土会产生压缩变形，达到一定程度的时候，就会从刀尖处开始沿着某一面发生剪切。

④剥落型切削土体中混有砾石或砂砾层的时候，刀尖剥落砾粒使土与砾的粘结消失的现象。

这个现象就像用夹子把土中的砾粒抠出来一样。

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。

盾构摩擦阻力计算公式引言。

盾构是一种用于地下隧道建设的机械设备，它可以在地下挖掘并同时支撑隧道壁。

在盾构施工过程中，摩擦阻力是一个非常重要的参数，它直接影响着盾构的推进速度和施工效率。

因此，准确计算盾构摩擦阻力是非常重要的。

本文将介绍盾构摩擦阻力的计算公式及其应用。

盾构摩擦阻力的计算公式。

盾构摩擦阻力是由盾构机械与隧道壁之间的摩擦力所产生的阻力。

在盾构施工过程中，摩擦阻力可以通过以下公式进行计算：F = μ N。

其中，F表示摩擦阻力，μ表示摩擦系数，N表示受力面的法向压力。

摩擦系数μ是一个描述两个物体之间摩擦程度的参数，它与材料的表面粗糙度、材料的性质等因素有关。

受力面的法向压力N是盾构机械与隧道壁之间的压力，它可以通过盾构机械的推进力和隧道壁的支撑力来计算。

在实际的盾构施工中，摩擦系数μ和受力面的法向压力N都是需要通过实测数据来获取的。

通常情况下，可以通过在实际施工中对盾构机械和隧道壁进行实测来获得这些参数，然后代入上述公式进行计算。

盾构摩擦阻力的影响因素。

盾构摩擦阻力的大小受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 材料的性质，不同材料之间的摩擦系数是不同的，通常情况下，粗糙表面的材料之间的摩擦系数要大于光滑表面的材料之间的摩擦系数。

2. 受力面的法向压力，受力面的法向压力越大，摩擦阻力也会越大。

因此，在盾构施工中，需要合理控制盾构机械的推进力和隧道壁的支撑力，以降低摩擦阻力。

3. 环境条件，环境条件也会对摩擦阻力产生影响，例如湿润的环境会增加摩擦阻力，而干燥的环境则会减小摩擦阻力。

盾构摩擦阻力的应用。

盾构摩擦阻力的计算对于盾构施工具有重要意义。

通过准确计算摩擦阻力，可以帮助工程师合理设计盾构施工方案，提高盾构的推进速度和施工效率。

此外，盾构摩擦阻力的计算还可以帮助工程师合理选择盾构机械和隧道壁的材料，以降低施工成本。

在实际的盾构施工中，工程师可以通过实测数据来获取摩擦系数μ和受力面的法向压力N，然后代入上述公式进行计算。

1 概述盾构法已成为我国城市地铁施工的主要施工方法。

作为盾构施工中直接与岩土体接触的刀盘，其刀具的选择与布置直接影响盾构施工效率，同时也是影响盾构掘进成本的关键技术之一[1]。

由于我国地质构造多样化，盾构在掘进过程中会遇到黏土层、粉砂层、砾石层、风化岩层、复合土层等复杂情况，岩土层参数差异很大，这些都对刀具的地质适应性提出了很高要求。

了解各类盾构刀具磨损规律并采用适当的减耐磨措施是解决刀盘刀具与地层适应性问题的关键环节[2]。

风化砂岩石英含量多、强度高，其间会夹杂其他矿物，软硬质地分布不均，是一种介于硬岩和软岩之间的岩层，在我国很多城市中都有分布。

我国盾构技术起步时间不长，目前适用的盾构机大部分是从德国和日本进口，地质条件差异使进口盾构机在全断面风化砂岩施工时常常出现刀具不适应地层条件的问题，严重影响了掘进效率。

虽然地铁掘进过程中刀具的磨损问题已经引起关注，但由于现场条件限制，要对具体磨损进行测量并对刀具的适应性进行评价尤为困难。

针对全断面砂岩中刀具适应性的问题，以南京地铁3号线工程为背景，对盾构施工中的刀具更换频繁问题进行分析，提出关于刀具选择和布置方面的建议。

2 工程概况2.1 区间概况南京地铁3号线胜太西路站—天元西路站盾构区间总长约2 575 m，自2012年开始施工，目前双线已成功贯通。

区间场地属于侵蚀堆积岗地貌，该区段近地表风化砂岩中盾构刀具磨损状况分析及处理方法探讨王亦玄（上海市岩土地质研究院有限公司，上海 200072）摘 要：在地铁盾构施工中，刀具的选择对于掘进的连续进行非常重要。

全断面砂岩由于强度高，采用常规的盘形滚刀磨损量大，从而导致换刀频繁。

以南京地铁3号线为工程实例，通过研究全断面砂岩中的刀具适应性问题对刀具磨损量和换刀次数进行统计，发现初始设计中采用的盘形滚刀地层适应性不强。

将刀具更换为球齿滚刀后使用寿命明显增加，提高了掘进效率。

针对刀盘上不同位置刀具的磨损特点，对刀具的布置方法提出了优化建议。

盾构机刀具磨损与寿命预测研究研究目的：盾构机是一种用于地下隧道掘进的设备，在长时间的使用过程中，盾构机刀具的磨损对其性能和寿命有很大影响。

因此，本研究旨在通过对盾构机刀具磨损与寿命的预测研究，为盾构机的维护和刀具更换提供科学依据。

研究方法：1. 数据收集：通过对多个盾构机施工现场的实际刀具使用情况进行观察和记录，收集刀具的寿命数据以及刀具使用环境的相关信息。

2. 特征提取：利用数据挖掘和机器学习技术，对收集到的刀具使用数据进行特征提取，包括刀具的工作时间、切削力、切削温度等特征。

3. 建立预测模型：根据提取到的特征，采用适当的统计分析方法和机器学习算法，建立盾构机刀具磨损与寿命的预测模型。

可以考虑使用回归分析、支持向量机、人工神经网络等方法。

4. 模型验证：将部分数据用于模型训练，剩余数据用于验证模型的准确性和可靠性。

采用评价指标如均方根误差、平均绝对误差等对模型进行评估。

研究内容：1. 刀具磨损机制分析：通过对刀具微观结构和磨损表面的观察和分析，深入了解刀具磨损的机制，并寻找与刀具寿命相关的关键因素。

2. 刀具寿命预测模型搭建：根据收集到的刀具使用数据和特征提取结果，建立盾构机刀具寿命预测模型，并优化模型参数，提高预测准确性。

3. 刀具寿命预测方法比较：对比不同预测模型的预测效果，分析各种方法的优缺点，选择最适合的预测方法。

4. 刀具寿命预测模型应用：将建立好的预测模型应用到实际盾构机刀具维护中，提供刀具更换建议和维护策略，延长刀具的寿命，降低运营成本。

研究意义：1. 提高盾构机刀具维护效率：通过刀具寿命预测和维护策略的优化，合理安排刀具更换周期，减少停机调整时间，提高盾构机的施工效率。

2. 降低运营成本：准确预测刀具寿命，合理安排刀具更换，避免过早或过晚更换刀具，降低刀具的浪费和损耗，进而降低运营成本。

3. 推动盾构机刀具研发和改进：通过研究刀具磨损与寿命的机制和预测方法，为刀具的研发和改进提供科学依据，提高刀具的质量和性能。

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。

盾构刀具的磨损及检测措施摘要：这些年，在我国盾构法得到了广泛的应用，工程的质量和制度等方面，与刀具磨损有一定的关系。

在工程应用盾构法进行施工的时候，刀具类型的不同，其所应用的地层也是不一样的，而且刀具磨损方式也不同。

本文在研究的过程中，对刀具磨损的原因及磨损的形式进行了分析，并通过机理研究，找到了刀具磨损检测方法，并对其检测进了研究。

关键词：盾构法；刀具磨损；检测措施1.盾构刀具概况当前，在城市隧道中施工建设中，盾构法得到了良好的应用，同时也具有较高的地位，比如地铁隧道、供水隧道、及电讯电力等工程隧道中，因此，盾构法也被称为城市隧道工法。

盾构法自从在上海第一次成功以后，最后在我国国内逐渐开始了对其的探索与尝试。

但刀具磨损的规律，我们还没有完全的掌握，而且针对刀具跟踪检测方面，我们的检测水平也不够高，刀具更换的过程中也比较的复杂和困难，成本相对来说也比较高，在这种情况下，就会给工程整个的施工建设质量带来一定的影响，同时还会影响工程的工期。

所以，盾构法施工过程中，刀具磨损是影响其施工的一个重要因素，也是目前急需解决的一个重要问题。

2.刀具切削原理和磨损原因分析当前，盾构机刀具，其根据切削原理来进行划分的话，一般情况下，可以划分成两个类型，分别是切削和滚刀两种，这种类型，还可以与隧道的围岩性不同，及切削目的不同，进而再将这两种类型给进行进一步的细分。

滚刀切削原理，其刀具是通过挤压破岩，通常情况下，是在岩石隧道掘进中应用。

当穿越松散地层，有大粒径的砾石，且含量达到一定比例的时候，这这种情况下，也可以应用滚刀型刀具。

此外，在隧道施工中，在一些地质条件情况较为复杂多变，以及岩石强度较低和一般土体出现频繁交错的时候，在这种情况下，也可能会应用滚刀型的刀具，就是在复合式盾构机中进行应用切削刀，其切削的主要原理，是盾构机在向前进行推进的时候，在这个时候刀具会会随着刀盘进行旋转，进而对开挖面的土体产生轴向的剪切力，或者是产生径向的切削力，进而将开挖前面的土体给有效的切削下来。