盾构刀具简介

盾构刀具堆焊层设计与}r}能研究1.1课题背景我国中东部城市人口密集，交通状况口益紧张，公共交通系统迫待完善。

目前世界上一些大城市，如伦敦、巴黎、东京等的居民公交出行比例都在}o%到80%左右，Ifu北京地区居民乘坐地铁和地面公交的比例刚到3 0%，地铁轨道交通的医乏是一重要原因。

2001年开始，北京地区开始进行大规模地铁隧道建设，据规划，北京地区将在未来几年内新建8条地铁线路，总长200余公里，建设任十分务艰巨。

此外，我国20余个大中型城市也将在未来几年开始地铁隧道建设。

在人口密集的繁华闹市内进行地铁隧道挖掘，既不能用明挖法施工，又不能用矿山法施工，最好的选择就是后构法。

)舀构是后构机的简称，是一种暗挖隧道用的工程机械。

)舀构施工是在一个能支撑地层压力}fu又能在地层中推进的圆形(或矩形和马蹄形等特殊形状)钢筒结构的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作，它最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称做护后的钢结构的掩护下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷[y。

采用后构法施工，既可避免对地面大开挖，又可减少噪音;既能提高速度，又能降低造价;既可保证安全质量，又不受气候影响。

美国、德国、英国、法国、口本、等许多发达国家普遍采用这种施工法。

地铁五号线是首次将后构施工法应用十北京城市地铁隧道建设，地铁后构施工的关键设备是后构掘进机。

北京地铁五号线施工用的土压平衡(Earth Pressure Balance EPB)舀构机是耗资4800万兀左右从德国引进的最新大型机械。

经试验段的地下隧道后构施工，积累了大量经验和实验数据，也显现出一些问题。

)舀构机的零部件还需要进口，Ifu作为消耗品的后构刀具更是成为影响施工工期和施工成本的一个重要问题。

围绕提高后构机刀具的使用寿命开展研究，进}fu实现后构机刀具的国产化已成为急待解决的问题之一。

本课题就后构机刀具的修复及国产化进行了研究，刀具刃口的修复方法选择堆焊，材料的选择方面，结合课题组的研究经验和后构机刀具的性能要求选择为药芯焊扮。

盾构机刀具的分类与布置刘文波，杨学锋，万壮，王守仁，夏国峰，李丹(济南大学机械工程学院，山东济南250022)摘要：本文论述了盾构机刀具的分类、组成和材料，介绍了盾构机刀具的基本工作原理，针对不同的地形的刀具选择和布置形式，总结出盾构机刀具良好减摩抗磨的布置，并对盾构机刀具布置的发展进行展望。

关键词：盾构机；刀具分类；工作原理；布置中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：1001-196X(2019)02-0006-06Classification and arrangement of shield machine cuttersLIU Wen-bo,YANG Xue-feng，WAN Zhuang，WANG Shou-ren，XIA Guo-feng，LI Dan (School of Mechanical Engineering，University of Jinan，Jinan250022，China)Abstrach:Thic papee discussed the classification，composition and materials of shield cutters，and introduced the basic working principle of shield cutters.A summarized the tool selection and layout foe dferent terrains，and summarized the good friction reduction of shield cutters，anti-wees layout，and the development of shield machine tooO layout.KeyworSs:shield machine；cutter classification；working principle；layout0前言现阶段，隧道建设是解决交通拥挤的主要方法，也是打通山区与平原交通的主要手段。

浅谈盾构机刀具的种类及其配置方式作者：李健敏来源：《中国新技术新产品》2015年第17期摘要：在盾构法隧道穿越过程中，盾构机的刀具是盾构开挖的主要工具，且刀具的好坏决定了整个掘进过程。

所以选择正确的刀具，并在刀盘上对其进行合理布置是至关重要的。

本文着重介绍了刀具的种类及其配置方式。

关键词：盾构机；刀具；刀具配置中图分类号：U455 文献标识码：A一、刀具种类刀具是盾构机重要的部件，其直接影响着盾构施工进度。

所以必须根据工程地段岩石的不同强度和地质特点以及刀具在不同岩石中表现出的破岩机理来对刀具进行设计和选择。

为了适应从软土到硬岩不同地层的开挖，目前设计出多种刀具与之适应。

盾构机刀具类型分为两大类：滚刀和切削刀。

而切削刀的种类繁多，包括：切刀、齿刀、边刮刀、先行刀、仿形刀、鱼尾刀。

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。

1 滚刀。

滚刀用于掘进纯岩地层；伴有大粒径的砾石（粒径大于400mm）并且含量达到一定比例的松散地层；岩石（强度不是太高）与一般土体（松土或砂土）交错频繁出现的复杂地层。

采用滚刀破岩时，其破岩原理是：刀盘旋转带动刀具扫过开挖面，此时滚刀挤压周边的岩石，使其表面形成裂纹继而与开挖面脱落，使得岩石成功破碎。

滚刀按刀具形状的不同分为：盘形滚刀和齿形滚刀；而根据安装位置不同分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔滚刀；按照刀圈的数量分为单刃滚刀、双刃滚刀和三刃滚刀。

在风化的砂岩和泥岩等软岩地层时，一般采用双刃滚刀；在较硬岩中采用单刃滚刀。

2 切刀。

切刀是盾构机切削开挖面上体的主刀具。

切刀用于开挖非岩质或软土地层；粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。

切刀在切削和剥离土体时，其切削原理是：盾构机向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，使得切刀的刀刃和刀头插入到地层内部，从而不断将土体切削下来。

盾构机刀盘参数一、刀盘类型盾构机刀盘是盾构机的核心部件之一，根据不同的工程需求和地质条件，刀盘可以分为多种类型。

常见的刀盘类型有开式刀盘、封闭式刀盘和混合式刀盘。

1. 开式刀盘开式刀盘适用于地质条件较好的工程，刀盘中心开放，便于土层进入刀盘，减小土层阻力。

开式刀盘通常由刀头、刀臂和刀盘壳体组成，刀头采用硬质合金制成，具有良好的耐磨性和抗冲击性。

2. 封闭式刀盘封闭式刀盘适用于地质条件较差的工程，刀盘中心封闭，避免土层进入刀盘，减小刀盘磨损和故障率。

封闭式刀盘通常由刀头、刀臂、刀盘壳体和密封装置组成，密封装置能有效防止泥水进入刀盘，延长刀盘使用寿命。

3. 混合式刀盘混合式刀盘结合了开式刀盘和封闭式刀盘的优点，在不同的地质条件下灵活应用。

混合式刀盘通常具有可调节的开合机构，可以根据实际情况选择开放或封闭的状态，以适应不同地层的掘进需求。

二、刀盘直径刀盘直径是刀盘的重要参数，直径的选择与盾构机的工程要求密切相关。

刀盘直径的大小直接影响盾构机的推力和刀盘的承载能力。

1. 小直径刀盘小直径刀盘适用于直径较小的隧道掘进工程，如市政管网、地铁站台等。

小直径刀盘具有结构紧凑、操作灵活的特点，适合在有限空间内进行作业。

2. 中直径刀盘中直径刀盘适用于中等规模的隧道工程，如城市地铁、铁路隧道等。

中直径刀盘具有推力和承载能力较大的特点，能够应对一定规模的地质变化和水压力。

3. 大直径刀盘大直径刀盘适用于大型隧道工程，如跨海隧道、山岭隧道等。

大直径刀盘具有强大的推力和承载能力，能够应对复杂的地质条件和高水压力，但也对盾构机的功率和控制要求提出了更高的要求。

三、刀盘转速刀盘转速是刀盘的另一个重要参数，合理的转速选择可以提高盾构机的掘进效率和刀盘的使用寿命。

1. 低速刀盘低速刀盘适用于较硬的岩石地层，转速较低能够提供更大的切削力，效果更好。

低速刀盘适合用于大直径刀盘，能够更好地控制刀盘的承载能力和切削效果。

2. 中速刀盘中速刀盘适用于一般的地质条件，转速适中，能够平衡刀盘的切削效果和刀盘的磨损。

盾构刀盘原理及刀具布置刀盘是盾构的主要工作部件，不同地质地层应采用不同的刀盘结构形式及刀具布置，刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败，影响盾构掘进的速度和效益，本文结合本标段盾构刀盘形式及刀具布置，浅谈对盾构刀盘的认识。

1、引言盾构是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备，它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。

刀盘是盾构机的关键部件之一，是盾构主要工作部件。

盾构在地下开挖中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。

在开挖中刀盘受力复杂，工作环境恶劣，是需要重点检查和维修的部位。

刀盘结构关系到盾构的开挖效率、使用寿命及刀具费用。

盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的关系，不同的地层应采用不同的刀盘结构形式，盾构刀盘设计是盾构关键技术，采用合适的刀盘类型是盾构顺利施工的关键因素。

2、盾构刀盘的主要功能开挖功能：对掌子面的地层进行开挖，开挖后的渣土顺利通过渣槽，进入土舱；稳定功能：支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能；搅拌功能：对土舱内的渣土进行搅拌，使渣土具有一定的塑性，能通过螺旋输送机来调整控制土舱内的压力。

3、刀具工作原理对于不同地层的开挖，盾构的刀具采用不同型式：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）。

不同类型刀具的工作原理如下：3.1滚刀工作原理安装在刀盘上的盘形滚刀在盾构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。

盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆。

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，掌子面上岩石被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽。

随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，当刀具压力超过岩石的剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片崩落，完成盘形滚刀的破岩过程，如图1。

浅谈盾构刀具使用及维修管理随着城市建设的不断发展，盾构机在地铁、隧道等工程中的应用日益广泛。

而盾构刀具作为盾构机的核心部件，对于保障盾构机的正常运行和施工效率具有非常重要的作用。

盾构刀具的使用与维修管理显得尤为重要。

本文将就盾构刀具的使用技巧和维修管理进行探讨和分析。

一、盾构刀具的使用技巧1. 合理选择盾构刀具盾构刀具种类繁多，不同的盾构机需要不同类型的刀具。

在选择盾构刀具时需要充分考虑盾构机的工作环境、岩土类型、工作压力和速度等因素，选择合适的刀具是保障盾构机正常运行的第一步。

2. 控制切削速度和进刀深度在盾构作业中，切削速度和进刀深度是影响刀具寿命和切削效率的重要因素。

一般来说，过高的切削速度和进刀深度会导致刀具磨损加剧，进而影响盾构机的使用寿命。

需要根据具体的岩土情况和盾构机的工作状态来合理控制切削速度和进刀深度。

3. 定期清理和润滑由于盾构刀具在工作过程中会积聚大量的岩屑和泥沙，长期不清理会增加刀具的磨损程度和降低工作效率。

需要定期对盾构刀具进行清理，并在清理后进行润滑处理，以减少刀具的磨损和延长使用寿命。

4. 避免冲击和振动盾构刀具在工作中容易受到冲击和振动，因此需要避免在工作中产生过大的冲击和振动，以减少刀具的磨损和延长使用寿命。

二、盾构刀具的维修管理1. 定期检查盾构刀具状态定期对盾构刀具的状态进行检查是保障盾构机正常运行和延长刀具寿命的重要环节。

通过对刀具的磨损程度、开裂情况、锋利度等指标进行检查，可以及时发现刀具的问题并进行维修和更换，以免影响盾构机的正常使用。

2. 合理安排更换周期根据盾构刀具的工作环境、使用频率和磨损情况，合理安排刀具的更换周期是维护盾构机的重要措施。

及时更换磨损严重的刀具，可以有效减少对盾构机的影响，保障盾构机的正常工作。

3. 刀具维修保养对于磨损严重的刀具，需要及时进行维修和保养。

通常可以采用研磨、镀层等方法对刀具进行修复，以延长刀具的使用寿命。

4. 做好刀具的存放和保管在盾构刀具维修后，需要做好刀具的存放和保管工作。

18 城市周刊 CHENGSHIZHOUKAN 2019/21城市交通三、盾构机刀具选型配置根据地层特点，建议盾构刀具采用滚刀+切削刀（正面+边缘）为主的组合方式。

正面和边缘可采用直径19寸单刃滚刀及切刀，刀差为45mm；刀盘中心位置布置17寸双刃滚到，在提高掘进效率的同时又具有一定耐磨性能，延长换刀周期。

中有灰绿色斑点及条带，夹薄层硬石膏及钙芒硝等，本次钻探未揭穿，属软质岩，综合以上描述项目施工存在的难点是：①卵石地层均匀性、稳定性差，易积渣结饼并且产生排土不畅，造成刀具磨损严重。

②卵石地层气密性差，地层无法保持空气压力，存在较大的地质沉降风险，保压换刀难度大风险高。

③隧道穿越区间部分卵石、漂石、孤石直径大的分布与存在，使得刀具及刀盘磨损较为严重。

④卵石地层渣土改良难度大，对刀盘及输送机构磨损大，影响刀具使用寿命。

⑤由于砂卵石地层的高摩擦性，刀具与砂、卵石的冲击力及渣土对刀具的“抱死”作用造成刀具的异常磨损和失效。

二、盾构机刀盘选择如果考虑掌子面稳定，采用面板式刀盘较好，但是开口率不易过小。

如果考虑长距离掘进及排除大卵石、砾石考虑采用辐条式面板较好。

综合本项目地层特点，建议选用下图小幅面板+辐条式（复合式）刀盘较好，刀盘中心开口率控制在36%左右。

刀盘设计应充分考虑耐磨性能。

在磨损较多的部分如面板外周、搅拌棒、刀座、螺旋机内轴底部和泡沫喷嘴等部位堆焊大量的网格状耐磨硬质合金，大大提高刀盘的耐磨性能，保证掘进效率。

一、地质概况及施工中的难点分析依据设计提供的地质资料，本文将具体分析区间地质特点，提出刀具配置建议，为盾构机配置刀具做参考。

成都轨道交通19号线工程土建5工区起于温家山路站站后暗挖区间，止于高峰站站后暗挖区间。

共设2站（牧华路站、高峰站）、2段盾构区间、2段暗挖区间、1段明挖区间（含盾构井）。

线路单线全长约3.4km，其中温家山路站～牧华路站盾构区间单线长253m，牧华路站～高峰站盾构区间单线长1510m。