掘进机培训之刀盘刀具

1、盾构机功能介绍及应用技术培训 刀盘、刀具与地质刀盘、刀具与地质目 录目 录第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式开挖地层开挖地层搅拌渣土搅拌渣土排渣排渣扩挖扩挖刀盘的基本功能：刀盘的基本功能：第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式刀盘的基本结构形式刀盘的基本结构形式辐条式辐条式面板式面板式第一

2、部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式辐条式与面板式刀盘的区别辐条式与面板式刀盘的区别 面板式刀盘在中途换刀时安全可靠，但在开挖土体时易粘结易堵塞，在刀盘上易形成泥饼。 辐条式刀盘通常仅有几根辐条，渣土流动顺畅，不易堵塞。通常不能安装滚刀，且中途换刀安全性差，需进行土体加固。第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式A)A)适应软土及砂性地层的辐条式刀盘适应软土及砂性地层的辐条式刀盘辐条式刀盘：刮刀先行撕裂刀辐条式刀盘：刮刀先行撕裂刀第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式B)B)适应软土及砂卵石地层的刀盘适应软土及砂卵石地层的刀盘辐条面板式刀盘：刮

3、刀先行撕裂刀辐条面板式刀盘：刮刀先行撕裂刀第一第一 部分：刀盘的基本结构形式部分：刀盘的基本结构形式C)C)适应岩石适应岩石及复杂及复杂地层的复合型刀盘地层的复合型刀盘辐条面板式刀盘：刮刀滚刀辐条面板式刀盘：刮刀滚刀第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式D)D)适应坚硬岩石地层的面板型刀盘适应坚硬岩石地层的面板型刀盘面板式刀盘：滚刀刮刀面板式刀盘：滚刀刮刀第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式掘进机刀盘区域的划分：中心区、正面区和边缘区掘进机刀盘区域的划分：中心区、正面区和边缘区 刀盘的分区刀盘的分区边缘区正面区中心区目 录目 录第三部分：刀具的破岩机理第三

4、部分：刀具的破岩机理 第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类盘形滚刀盘形滚刀单刃滚刀单刃滚刀双刃滚刀双刃滚刀三刃滚刀三刃滚刀多刃滚刀多刃滚刀第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类刀圈的尺寸刀圈的尺寸第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类滚刀结构示意图滚刀结构示意图第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类滚刀结构示意图滚刀结构示意图第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类刮

5、刀（切削刀刮刀（切削刀/ /切刀）切刀）面刮刀面刮刀周边刮刀周边刮刀双层刮刀双层刮刀第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类双层双层先行先行撕裂撕裂刀刀先行撕裂刀先行撕裂刀单层先行撕裂刀单层先行撕裂刀贝形先行撕裂刀贝形先行撕裂刀羊角形先行撕裂刀羊角形先行撕裂刀第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类中中心心刀刀第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类仿形刀仿形刀超挖刀超挖刀第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类147s120特殊功能刀具及刀盘设计特殊功能刀具及刀盘设计可伸缩式（隐藏式）刀具可伸缩式（隐藏式）刀具常压换刀设计常压换刀设计第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类隐藏时状态隐藏时状

6、态伸出时状态伸出时状态第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类刀具的磨损检测装置刀具的磨损检测装置传感式传感式液压式液压式第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类螺栓式插入式焊接式刀柄后角前角刀刃高度刮刀（切削刀刮刀（切削刀/ /切刀）的安装方式切刀）的安装方式第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类泡沫喷口保护刀泡沫喷口保护刀刀盘边缘保护刀刀盘边缘保护刀滚刀保护刀滚刀保护刀保径刀保径刀目 录目 录第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的

7、失效形式及其原因第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 刮刀（切削刀）的开挖方式与土的破坏机理刮刀（切削刀）的开挖方式与土的破坏机理 切削刀的基本切削过程是：切削刀通过刀刃的切削作用和前刀面的推挤作用使得被开挖土体产生应力与变形。其中刀刃的切削作用使切削层土体沿刀刃方向产生分离。前刀面的推挤作用使得已分离的土体产生变形而与母体分离形成土屑。刀具切削时，通常做两个方向的运动： 沿开挖面的运动，它起着分离岩土的作用； 切入开挖面的运动，它改变切削的厚度。 切削刀工作原理图切削刀工作原理图第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机

8、理旋 转 切 线 方 向t 切 入 深 度前 刀 面盾 构 前 进 方 向后 刀 面刮刀刮刀一般形状及其一般形状及其切削土体切削土体示意图示意图土 体盾 构 前 进 方 向主 切 削 刀注：一般情况下（前刃角）（后刃角）随切削地质特性不同变化，取值范围在520之间。粘土地层稍大，砂卵石地层稍小。 第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 刮刀的开挖方式刮刀的开挖方式(a) 流动型切屑 (b) 裂断型切屑 (c) 剪断型切屑 (d) 剥离型切屑 1CF1N11N 00N 0NTFNFP)cos(sinsincos11000ACFNNFt)sin(coscossin01000BCFNNFn

9、第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理先行撕裂刀是先行切削土体的刀具，通常与切削刀组合协同工作。即在刮刀（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，同时延长刮刀的使用寿命。盾构前进方向土体主切削刀主超前刀主超前刀主切削刀与主超前刀协同切削土体示意图主切削刀与主超前刀协同切削土体示意图先行撕裂刀破岩机理先行撕裂刀破岩机理第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 设置在刀盘中心位置，尺寸较大的鱼尾状的刀具。鱼尾刀的设计和布置原理是： 使鱼尾刀最先切削土体，让盾构机先小圆切削土体后扩大到全断面切削土体； 将鱼尾刀根部设计成锥形，使刀盘旋转时随鱼尾

10、刀切削下来的土体增加一项翻转运动（如同犁地一般）。这样既解决了中心部分土体的切削问题，改善了切削土体的流动性，又提高了盾构机整体掘进水平。鱼尾刀切削土体示意图如图所示。鱼 尾 刀切 削 刀土 体土 体 鱼尾刀切削土体示意图鱼尾刀切削土体示意图鱼尾（中心）刀鱼尾（中心）刀第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理贝型（碎石）刀贝型（碎石）刀 砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层，若采用滚刀，因土体松散，在滚刀掘进挤压下，会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。针对大较粒径砂卵石地层的特性，使用贝型刀效果更好，用以敲击破碎较大粒径的卵石，因此又称作“碎石刀”。第三部分：

11、刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 滚刀在岩石面上连续做同心圆运动，轴压力（推力）使刀刃压入岩石，产生类似于静压破岩；滚动力（扭矩）使盘刀刀刃沿轨迹线连续滚压岩石，并在滚刀通过处对岩体产生侧向压力，使盘刀运动轨迹线周边的岩石不断产生崩裂，从而达到连续破岩。 滚刀破岩原理示意图滚刀破岩原理示意图 静压破岩状况静压破岩状况切削刀的开挖方式切削刀的开挖方式第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 刀间距作用在滚刀上的力作用在滚刀上的力第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 滚刀破碎的岩渣滚刀破碎的岩渣第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理影响岩石破碎过程的因素影响岩石

12、破碎过程的因素岩石强度特性（抗压及抗拉）滚刀法向力滚刀间距滚刀刀刃宽度滚刀直径目 录目 录第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置与刀盘设计及刀具配置有关的地质参数与刀盘设计及刀具配置有关的地质参数 grain size distribution 粒径分布 unit weight g 土壤容重 inner a

13、ngle of friction j 内摩擦角 cohesion c 粘聚力 permeability k 渗透系数 groundwater condition 地下水状况 clay mineralogy 粘土矿物质分析 Atterbergs limits wl, wp, w 含水率，液限，塑限 quartz content 石英含量 elastic modulus Ec 弹性模量 lateral earth pressure coefficient K0 静止侧向土压力系数 OCR 超固结率 UCS 单轴抗压强度（岩石）第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置单轴抗压强度

14、单轴抗压强度USC的测试的测试第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置完整性不同的岩石地层完整性不同的岩石地层第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置岩石耐磨性：一般岩石强度越高、石英含量越多，其耐磨性越高。第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置砂砾石砂砾石/砂卵石地层砂卵石地层第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置沙砾石、砂与粘土互层地层沙砾石、砂与粘土互层地层 第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置粉质粘土地层粉质粘土地层 第

15、四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置刮刀：软土、砂土、粘土刮刀先行撕裂刀：软土、软岩刮刀双刃滚刀：软土、软岩、中硬岩刮刀单刃滚刀 ：硬岩刀具的典型配置参考刀具的典型配置参考第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀具的配置卵石地层卵石地层岩石地层岩石地层砂性地层砂性地层刮刀先行撕裂刀刮刀先行撕裂刀刮刀先行撕裂刀碎石刀刮刀先行撕裂刀碎石刀刮刀滚刀刮刀滚刀刮刀刮刀刮刀滚刀刮刀滚刀地层与刀具配置设计地层与刀具配置设计目 录目 录第三部分：刀具的破岩机理第三部分：刀具的破岩机理 第二部分：刀具的种类第二部分：刀具的种类第四部分：地质条件与刀具的配置第四部分：地质条件与刀

16、具的配置第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第一部分：刀盘的基本结构形式第一部分：刀盘的基本结构形式第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因滚刀的失效形式滚刀的失效形式 正常磨损 刀圈断裂 刀圈剥落（表面缺陷） 刀圈卷刃（表面缺陷） 刀圈移位 漏油 挡圈脱落 偏磨（弦磨） 多边弦磨 刀体磨损（轮毂磨损） 端盖磨损（轮毂磨损） 完全损坏刮刀的失效形式刮刀的失效形式 正常磨损 断齿 掉齿 刀体折断第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因1 1）正常磨损）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

17、量具进行测量。滚刀失效形式及原因滚刀失效形式及原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因 2 2）刀圈偏磨）刀圈偏磨/ /弦磨弦磨 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。第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因3 3）刀圈断裂）刀圈断裂 推力过大或刀圈在比较硬的岩石上滚动就有可能使刀圈断裂，若一个刀圈有两处断裂，断

18、裂的部分刀圈就有可能掉到土舱。边缘滚刀和正面区滚刀经常有此现象。第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因4 4）表面缺陷）表面缺陷 如果有金属或其它坚硬物损坏了刀圈的局部表面，刀圈局部表面就会形成表面缺陷。5 5）环幅式磨损）环幅式磨损 如果刀圈的工作面和掘进工作面充分接触摩擦，就会形成环幅式磨损。第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因6 6）刀圈挡圈磨损或脱落）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

19、刀圈挡圈脱落或焊接处磨损严重，就应该更换刀具。7 7）滚刀漏油）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。第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因8 8）轮毂磨损）轮毂磨损刀具和渣土不间断的摩擦，使得滚刀轮毂也发生严重磨损。第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因9 9）油封座损坏）油封座损坏 由于漏油使得油封座损坏。1010）轮毂或油封座损坏）轮毂或油封座损坏 刀圈如果在金属物（掉了的刀圈或螺帽）上滚动，轮毂或油封座有可能被卡住，就会妨碍刀圈绕着滚刀中心轴自由转动。第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具

20、的失效形式及其原因1111）滚刀的多边形磨损）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。第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因撕裂刀的失效形式及原因撕裂刀的失效形式及原因正常磨损：撕裂刀在切削土层或砂砾地层所造成的均匀磨损。异常磨损：由于品质或换刀不及时等原因出现的掉齿、断齿、刀体折断等。正常磨损的撕裂刀断齿的撕裂刀第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因正面刮刀和边缘刮刀的失效形式及其原因正面刮刀和边缘刮刀的失效形式及其原因正常磨损：刮刀刮削土层、砂砾层和被滚刀挤碎的岩层时所造成的

21、磨损。异常磨损：由于品质、滚刀部件掉落或未及时换刀等原因造成的掉齿、断齿、刀体折断或完全磨损等。第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因正面刮刀的异常磨损正面刮刀的异常磨损第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因边缘刮刀的异常磨损边缘刮刀的异常磨损第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因刀盘清仓清出的孤石及孤石上的刀痕刀盘清仓清出的孤石及孤石上的刀痕第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因孤石对刀盘和刀具的影响孤石对刀盘和刀具的影响第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因孤石对刀盘和刀具的影响孤石对刀盘和刀具的影响第五部分：刀具的失效形式及其原因第五部分：刀具的失效形式及其原因粘性土对刀盘