PPT盾构掘进机刀具综述

盾构掘掘进机机刀具具综述述主要内内容1.盾构机机刀具具的类类型和和破岩岩机理理2.盾构机机刀具具的结结构3.盘型滚滚刀的的材料料和性性能4.刮刀的的结构构和性性能5.盾构机机刀具具的应应用及及对地地层的的适应应性6.提高盾盾构机机刀具具寿命命的途途径1盾构机机刀具具的类类型和和破岩岩机理理1.1盾构机机刀具具常用用类型型目前使使用的的刀具具一般般分为为两大大类:刮削刀刀具、、滚动动刀具具刮削刀刀具(刮刀、、割刀刀)刮削刀刀具是是指只只随刀刀盘转转动而而没有有自转转的破破岩刀刀具，，刮削削刀具具的种种类繁繁多，，目前前盾构构掘进进机上上常用用的刮刮削刀刀具类类有边边刮刀刀、刮刮刀、、切刀刀、齿齿刀、、先行行刀、、仿形形刀、、刮板板等。。滚动刀刀具(滚刀)滚动刀刀具是是指不不仅随随刀盘盘转动动，还还同时时作自自转运运动的的破岩岩刀具具。根根据刀刀刃的的形状状滚刀刀可分分为：：齿形形滚刀刀（钢钢齿和和球齿齿）、、盘形形滚刀刀（钢钢刀圈圈滚刀刀和球球齿刀刀圈滚滚刀））。见见图根根据安安装位位置滚滚刀可可分为为：正正滚刀刀、中中心滚滚刀、、边滚滚刀、、扩孔孔滚刀刀。目目前盾盾构掘掘进机机滚刀刀主要要是盘盘形滚滚刀，，盘形形滚刀刀又有有单刃刃、双双刃和和多刃刃。1.2刀具具破破岩岩机机理理刮削削类类刀刀具具的的工工作作原原理理在刀刀盘盘推推力力的的作作用用下下，，刮刮刀刀嵌嵌如如岩岩渣渣或或岩岩层层中中，，刀刀盘盘带带动动刀刀具具转转动动时时刮刮削削岩岩层层，，在在掌掌子子面面形形成成一一环环环环犁犁沟沟，，特特点点是是效效率率高高，，刀刀盘盘转转动动阻阻力力大大。。在在软软土土地地层层或或滚滚刀刀破破碎碎后后的的渣渣土土通通过过刮刮刀刀进进行行开开挖挖，，渣渣土土随随刮刮刀刀正正面面进进入入渣渣槽槽，，因因此此刮刮刀刀既既具具有有切切削削的的功功能能也也具具有有装装载载的的功功能能。。盘形形滚滚刀刀工工作作原原理理刀盘盘在在纵纵向向油油缸缸施施加加的的推推力力作作用用下下，，使使其其上上的的盘盘形形滚滚刀刀压压入入岩岩石石；；刀刀盘盘在在旋旋转转装装置置的的驱驱动动下下带带动动滚滚刀刀绕绕刀刀盘盘中中心心轴轴公公转转，，同同时时各各滚滚刀刀还还绕绕各各自自的的刀刀轴轴自自转转，，使使滚滚刀刀在在岩岩面面上上连连续续滚滚压压。。刀刀盘盘施施加加给给刀刀圈圈推推力力和和滚滚动动力力（（转转矩矩）），，推推力力使使刀刀圈圈压压入入岩岩体体，，滚滚动动力力使使刀刀圈圈滚滚压压岩岩体体。。通通过过滚滚刀刀对对岩岩体体的的挤挤压压和和剪剪切切使使岩岩体体发发生生破破碎碎，，在在岩岩面面上上切切出出一一系系列列的的同同心心圆圆（（见见图图））。。各类刀具具的主要要破岩机机理刀具类型刮刀楔齿滚刀球齿滚刀盘形滚刀主要破岩机理刮削☆剪切☆☆龟裂☆挤压☆☆研磨☆运动形式滑动滚动+微滑滚动+滑动滚动+滑动刀齿形状刨刀状楔状球面状楔状2．盾构机机滚刀的的结构滚刀结构构如图所所示。它它们主要要由刀圈圈、刀体体(套)、刀轴、、轴承、、金属浮浮动密封封环、刀刀盖(座)及联接螺螺栓等件件组成。。2．1滚刀的内内部结构构

滚刀刀的内部部结构是是保证滚滚刀工作作时正常常旋转的的关键，，通常是是由轴承承、密封封、润滑滑油脂组组成。根根据刀具具的发展展，大体体经历了了三个阶阶段，即即有三种种结构。。2．2刀具安装装结构安安装结结构是为为了把滚滚刀即方方便又可可靠的安安装在刀刀盘上。。常用的的安装形形式有如如下几种种。2．3刀具刀刃刃结构形形状刀刀刃是用用来破岩岩的，通通常有齿齿形和盘盘形两大大类，每每一类往往往又有有多种不不同的刀刀刃形状状。如下下图.3.盘型滚刀刀的材料料和性能能3.1刀圈的材材料根据刀圈圈的工作作条件，，刀圈材材料应满满足以下下性能：：1)高的屈服服强度，，避免刀刀刃端在在高应力力下压溃溃变形；；2)足够高的的硬度，，增加耐耐磨性，，减少刀刀圈磨损损；3)良好的冲冲击韧性性，提高高材料裂裂纹扩展展功，防防止刀圈圈断裂；；4)良好的抗抗回火性性能，提提高材料料的热稳稳定性，，保证刀刀圈在热热装和滚滚压岩体体过程中中不降低低硬度。。5)良好的热热加工和和冷加工工的工艺艺性能，，材料成成本低，，制造方方便，提提高产品品合格率率。目前的滚刀刀刀圈有两大类类：整体耐磨磨钢材料和镶镶有硬质合金金球齿的刀具具材料。整整体耐磨钢钢刀圈材料主主要以合金工工具钢为主，，也有合金结结构钢，硬度度在HRC52-59,它的特点是是可以承受受较大的冲冲击，并具具有较高的的耐磨性能能，刀具制制造费用较较低，适用用地层范围围广，从软软岩、中硬硬岩到硬岩岩都可选用用。常用刀圈材材料成分类别CSiMnPSCrMoVNiCu9Cr2Mo0.85-0.950.2-0.40.2-0.4≤0.03≤0.031.4-2.00.2-0.46Cr4Mo2W2V0.5-0.70.2-0.40.2-0.4≤0.01≤0.023.5-4.52.0-3.01.0-1.54Cr5MoSiV10.32-0.420.2-0.50.8-1.24.75-5.51.1-1.750.8-1.2Robbins刀圈实测0.390.530.650.0180.0090.840.241.620.25Wirth刀圈实测0.500.760.320.0320.0195.151.170.720.250.13各国工具钢钢材料标准准比较标准牌号CMnSiCrMoVGB4Cr5MoSiV10.32-0.420.2-0.50.8-1.24.75-5.51.1-1.750.8-1.2DINX40CrMoV510.37-0.420.3-0.50.9-1.24.8-5.51.2-1.50.9-1.1JISSKD610.32-0.42≤0.50.8-1.24.5-5.51.0-1.50.8-1.2NFX40CrMoV50.36-0.440.2-0.50.8-1.24.8-5.51.2-1.50.85-1.15ASTMH130.32-0.450.2-0.50.8-1.24.75-5.51.1-1.750.8-1.2各国合金结结构钢材料料标准比较较标准牌号CMnSiCrMoNiGB40CrNiMoA0.37-0.440.5-0.80.17-0.370.6-0.90.15-0.25DIN36CrNiMo40.32-0.400.5-0.8≤0.40.9-1.20.15-0.30.9-1.2JISSNCM4390.36-0.430.6-0.90.15-0.350.6-1.00.15-0.301.6-2.0NF40NCD30.37-0.440.6-0.9≤0.40.9-1.20.15-0.31.3-1.7ASTM43400.38-0.430.6-0.80.15-0.350.7-0.90.2-0.31.65-2.0国外刀圈性性能表表2类别σb(Mpa)δ5%Ψ%aK(J/Cm2)HRCX50CrMoV51(Wirth刀圈实测)20505.5101454－574340Robbins刀圈实测4052－53通过对国外外刀圈解剖剖分析和我我们的研究究，各刀圈圈制造公司司对标准材材料都会作作适当调整整，并采用用特殊的冶冶炼工艺、、锻造工艺艺和热处理理工艺,保证刀圈的的综合性能能。球齿刀圈是是在钢基体体上镶嵌硬硬质合金刀刀头，硬质质合金刀头头呈球状或或楔状，硬硬质合金硬硬度为HRA85-88。一般认为为，抗压强强度超过175Mpa的坚硬岩采采用球齿刀刀圈，它很很好地解决决了刀圈硬硬度（主要要由合金球球头满足硬硬度）和韧韧性（刀圈圈基体不要要求太高硬硬度，韧性性增加）的的矛盾，其其寿命是钢钢刀圈的3-5倍。但制造造成本较高高。3.2刀具密封装装置：密封是保证证滚刀内腔腔的润滑剂剂不漏出并并防止外来来物进入，，对保证轴轴承正常工工作和延长长工作寿命命是十分重重要的。采采用金属浮浮动密封环环密封。金属浮动密密封环密封封属于机械械端面密封封的一种，，这种密封封在均匀载载荷、润滑滑优良的条条件下试验验寿命高达达5000h。由由于于滚滚刀刀作作业业受受力力的的复复杂杂多多变变、、使使用用环环境境恶恶劣劣，，有有一一定定的的外外部部介介质质压压力力等等，，使使用用寿寿命命会会降降低低很很多多，，但但还还是是能能满满足足滚滚刀刀使使用用要要求求的的。。这种种密密封封由由两两个个啮啮合合的的金金属属密密封封环环和和两两个个富富有有弹弹性性的的复复合合橡橡胶胶密密封封圈圈组组成成。。具具有有浮浮动动能能力力，，可可补补偿偿装装配配端端间间隙隙或或防防止止偏偏斜斜。。金金属属密密封封环环是是密密封封装装置置中中的的主主要要零零件件，，其其结结构构及及质质量量的的好好坏坏起起决决定定性性作作用用。。金金属属密密封封环环采采用用高高硬硬度度的的耐耐磨磨高高铬铬钼钼的的铸铸铁铁材材料料，，硬硬度度HRC60-65，工作作表面面粗糙糙度Ra≤≤0.1um，表面面平面面度≤≤0.0015mm。这种金金属密密封环环其特特点如如下：：⑴采采用4度导油油斜面面及大大曲率率半径径球面面环与与平面面环结结构，，有利利于形形成油油膜,以保证证轴承承润滑滑油不不泄漏漏及阻阻止泥泥土进进入轴轴承腔腔；⑵采采用高高光洁洁度及及硬度度工作作面，，减少少了摩摩擦阻阻力，，使工工作面面贴合合良好好，提提高密密封性性能；；（3）浮动动密封环环采用的的复合橡橡胶0型密封圈圈,具有可压压缩性大大及回弹弹性好等等特点。。始终对对金属环环施加压压力，让让金属环环工作面面始终接接触，保保证轴承承润滑油油不泄漏漏及阻止止泥土进进入轴承承腔，起起到密封封效果。。滚刀橡胶胶密封件件性能指指标项目浮封环用0型密封圈其它位置O形密封圈硬度(邵尔A型)60±5°70±5°扯断强度MPa最小911扯断伸长率％最小300220压缩水久变形％最大(空气100℃×22h)40353.3刀具轴承承滚柱滚珠珠轴承早期使用用范围最最广的刀刀具轴承承是滚柱柱滚珠轴轴承，它它用滚柱柱承受很很高的径径向载荷荷和冲击击载荷，，用滚珠珠承受推推力，把把滚刀和和轴承固固定在一一起。滚滚刀体和和轴起滚滚道的作作用，两两者均用用优质合合金钢做做成，经经硬化和和研磨处处理。由由于这种种刀具拆拆卸维修修不方便便，在盾盾构掘进进机滚刀刀上已普普遍被圆圆锥滚子子轴承代代替。圆锥滚子子轴承这类轴承承采用锥锥形滚柱柱和滚道道，具有有以下的的优点：：1)能同时承承受径向向载荷和和轴向推推力；2)就相同的的轴承尺尺寸而言言，承载载能力更更大，相相对寿命命更长；；3)调节性能能：不管管是轴向向游隙还还是预加加负荷，，均能按按设计要要求达到到最佳性性能；4)其锥型结结构而固固有的自自动移油油特点，，能从滚滚道接触触区域除除去任何何微粒沾沾染物，，大大降降低了受受工作环环境污染染物的影影响；5)与其他类类型的磙磙子轴承承相比，，因纯滚滚动效果果较佳，，摩擦系系数减少少，速度度提高；；6)由于其内内外滚道道可分离离，安装装和拆卸卸十分简简便；由于圆锥锥滚子轴轴承具有有上述一一系列的的优点，，能很好好满足滚滚刀的工工况要求求。目前国外外滚刀生生产厂家家大多选选用美国国铁姆肯肯(TIMKEN)和日本NTN等公司的的轴承。。17双盘正滚滚刀轴承承:型号HH224334/224335－HH224310：额定动动负荷C=630kN，额定静静负荷C0=906kN；17双盘中心心滚刀边边滚刀轴轴承:型号H924045-H924010）：额定定动负荷荷C=453kN，额定静静负荷C0=610kN。由于进口口轴承价价格高、、交货期期长，九九久公司司和轴研研所、轴轴承厂合合作已制制造出滚滚刀用轴轴承，使使用性能能正逐渐渐被用户户接受。。目前生产产刀具轴轴承的材材料是低低碳铬镍镍钢如20CrNi3Mo，常常通通过特殊殊的冶炼炼工艺保保证钢材材的纯净净度，通通过深层层渗碳热热处理工工艺，保保证表面面HRC58-60，芯部HRC43-45。刀具轴承承的寿命命受润滑滑条件、、装配预预紧量、、载荷特特性、内内在质量量等影响响，但主主要和工工作载荷荷大小、、转速有有关，负负荷加倍倍，寿命命将降低低大约90%，负荷减减半，寿寿命将增增加10倍；转速速加倍，，寿命将将降低一一半，速速度减半半，寿命命将增加加一倍。。刀盘设设计和刀刀具选用用时一定定要考虑虑轴承的的这一特特性。4.刮刀的结结构和材材料刮刀是由由刀座、、刀体和和刀刃三三部分组组成的，，刀座是是与刀盘盘连接的的部分，，与刀盘盘的连接接有焊接接如先行行刀、螺螺栓连接接如边刮刮刀、插插销接如如正面刮刮刀，替替换滚刀刀部位的的齿刀或或切刀与与滚刀的的安装方方式相同同。刀座有的的是与刀刀体成一一体的，，有的是是与刀体体焊接的的。与刀刀体焊接接的刀座座材料一一般是低低碳低合合金钢。。刀体对硬硬质合金金刀刃起起支撑和和保护作作用，要要有足够够的强度度和耐磨磨性，通通常选用用中碳中中合金钢钢或空淬淬钢，使使硬度达达到HRC40以上，也也常常采采用表面面硬化技技术或局局部堆焊焊耐磨层层。刮刀刃是刮刀刀刮削岩土和和保护刀体不不被磨损的关关键部位，通通常是用硬质质合金做成的的，硬质合金金的型号为YG11C。其大小和形形状根据部位位、作用、地地层设计。刀刃与刀体的的的连接是关关键，具体工工艺有钎焊、、镶嵌和镶嵌嵌焊，连接强强度要求大于于250MPa。钎焊时，焊焊料和焊接方方法、工艺是是很关键的，，焊料有铜基基和银基两大大类，焊接方方法有高频焊焊和真空焊等等。几种刀具的推推荐使用范围围分类抗压强度MPa典型岩石刀具型式软土,软岩＜45页岩粘土泥岩刮刀;齿刀;楔齿滚刀

中软岩45--85石灰岩砂岩大理石火山岩凝灰岩盘形滚刀;楔齿滚刀

中硬岩85—180白云石片麻岩花岗岩片岩长石盘形滚刀;球齿滚刀硬岩＞180闪绿岩硅岩角闪岩硬质粘土岩玄武岩燧石砾岩盘形滚刀球齿盘形滚刀5.盾构机刀具的的应用及对地地层的适应性性5.1盾构掘进机刀刀具在国内的的应用目前我国在地地铁、引水工工程、铁路隧隧道和过江隧隧道等工程中中大量应用盾盾构掘进机，，其刀具应用用很普遍。主主要以进口为为主，各施工工单位先后购购进了威尔特特、海瑞克、、罗宾斯、三三菱、小松、、旁万利、黑黑金刚等世界界先进厂家的的盾构掘进机机刀具，已成成为盾构掘进进机刀具应用用大国。主要要以17滚刀为主，也也有19规格的。国内内也先后有多多个厂家参与与刀具研制，，如一重、戚戚所、南齿、、洛阳九久、、江钻等。国内主要工程程应用国外刀刀具情况工程名称厂家刀具种类铁路隧道维尔特17〞盘形滚刀刮板地铁旁万利17〞双刃中心滚刀17〞双刃正滚刀17〞单刃正滚刀各类刮刀三菱小松维尔特罗宾斯海瑞克

黑金刚引水工程维尔特17〞盘形滚刀刮板罗宾斯19〞盘形滚刀刮板海瑞克

17〞盘形滚刀洛阳九久公司司盾构掘进机机刀具应用一一览表序号使用单位工程名称掘进机型号刀具种类1中铁隧道集团秦岭隧道维尔特TB880E17〞刀圈2中铁十八局桃花铺隧道TB880E17〞刀圈、刮板3中铁隧道局磨沟岭隧道TB880E17〞刀圈、整滚刀、中心滚刀、刀座、刮板4中铁隧道局广州地铁二号线海瑞克EPB6280正滚刀、中心滚刀、切割刀5上海隧道股份广州地铁二号线三菱重工ST6140先行刮刀刮刀6上海隧道股份深圳地铁一号线罗湖段三菱重工ST614017〞滚刀、刀圈7上海基础公司深圳水库污水截排工程SZ4.65整盘17〞滚刀、刮刀、刀座8中铁隧道局深圳地铁二号线福皇段海瑞克EPB628017〞中心滚刀9中铁隧道局上海地铁

整盘滚刀、刮刀14中铁一局广州地铁三号线大客段海瑞克EPB6280中心滚刀、刀圈15广州水电二局广州地铁三号线三菱重工中心滚刀、正滚刀、密封件16广州盾建股份公司广州地铁海瑞克、三菱整刀、刀圈、刮刀、散件17中铁隧道股份沈阳大伙房维尔特整刀、刀圈、散件18中铁隧道股份北京地铁海瑞克、自制刀盘成套刀具19中铁一局北京地铁海瑞克滚刀、刮刀20中铁一局广州地铁四号线草陶项目海瑞克刀圈、滚刀5.2滚刀的组合设设计(刀盘的设计)刀盘是盾构的的主要工作部部件，不同工工程的地质条条件应采用不不同的刀盘结结构形式及刀刀具布置方式式及刀具形状状。刀盘及刀刀具的好坏直直接影响盾构构掘进机的切切削效果和掘掘进速度，关关系到盾构施施工的成败，，影响盾构机机的掘进速度度和效益。刀盘刀具布置置原则1)刀具覆盖整个个断面；2）使刀盘受力力均衡、振动动小、运转平平稳；3)尽量使各刀具具磨损均匀、、尽量使滚刀刀纯滚动，即即刀具母线过过刀盘中心；；4)有利于保证掘掘进直径；；5)方便排除岩土土；6)便于装拆和检检查修理。盾构机刀具的的选用原则：1)适应地层，能能快速掘进;2)刀具费用少;3)安全性;4)破碎每一单位位体积岩石动动力消耗少.5.3盾构机刀盘常常见结构与应应用根据地层的不不同,刀盘的结构及及其刀具的组组合布置、对对刀具性能的的要求也不同同。刀盘大体体分为三类：：刮刀类刀盘、、滚刀类刀盘盘和复合类刀刀盘。刮刀类刀盘适用于软土及及沙卵石地层层，一般中心心布鱼尾中心心刀，正面布布切削刀，边边沿布边刮刀刀，根据地层层的实际情况况决定是否布布先行刀。刮刀刀盘边刮刮刀通常是连连续布置的,其体积也大,布刀重叠系数数大,一般是4-8,正面刮刀重叠叠系数随着半半径的减少也也变小,一般是1-3,切削刀根据地地层需要有连连续的,但大多数是不不连续的。且且都是成对布布置，以满足足刀盘正反转转的需要。使用中刮刀的的损坏有：刮刮刀磨损、刮刮刀刀刃崩裂裂或断裂、刮刮刀掉齿。。滚刀类刀盘适用于全断面面岩层，特别别是中硬以上上地层，目前前主要是17盘型滚刀。刀盘各区的刀刀具特点根据刀盘上三三个性质不同同的区域(中心区，正面面区及边缘区区)的特性，布刀刀时一定要充充分考虑。中心区该区是刀盘的的中心，特点点是空间小，，滚刀的转弯弯半径小，所所以滚刀以滑滑动为主，在在小刀盘上常常安装单支点点中心刀。大大刀盘常用同同规格的盘形形滚刀。中心刀与正滚滚刀的主要差差别：成组安装：有有两个一组、、三个一组和和六个一组。。密封形式:单密封环与轴轴承或刀体配配对。轴承型号：轴轴承常选用大大角度的，且且预紧力也大大。正面区该区处于中心心区和边沿区区之间，工作作时刀具正对对着掌子面，，有一定的转转弯半径，是是以所谓的纯纯滚动工作，，又有足够的的布置空间，，所以该区布布刀容易，刀刀具寿命也长长。在硬岩岩中钻钻进时时，““纯纯滚动动”无无论是是刀具具轴承承寿命命还是是刀圈圈寿命命都有有提高高。边缘区区该区位位于刀刀盘的的边沿沿，其其刀具具不但但承担担的破破岩量量大，，且刀刀具受受力复复杂，，还要要保证证开挖挖直径径，所所以，，常常常布刀刀量要要多，，有些些公司司还对对刀圈圈形状状和刀刀体进进行特特殊处处理，，作成成专用用边刀刀。刀具数量和和刀间距在给定地质质条件下，，刀间距是是和刀具的的推力有关关的，刀具具推力越大大，相对刀刀具的切深深就越大，，在硬岩情情况下，刀刀间距大约约是切深的的10-20倍。试验表表明，当减减少刀间距距时，获得得一定掘进进速度所需需的推力将将下降。这这意味着在在岩石非常常硬的情况况下，维持持每把刀推推力不变，，通过减少少刀间距，，可以增加加掘进速度度；但是，，相应要求求增加机器器总推力，，并产生更更小的碎石石屑。而碎碎石屑愈小小，切削岩岩石要求的的比能耗愈愈大，开挖挖过程的经经济性就愈愈差。在给定地质条条件和刀具推推力的情况下下，刀具数与与开挖直径成成正比，刀盘盘直径越大，，刀具数越多多。适当增加加刀具数，有有利于避免瞬瞬间岩石物理理特性差异而而造成单个刀刀具及其相邻邻刀具的加速速损坏。刀盘上刀具数数量的设计基基本上取决于于以下几个因因素：1)钻孔直径；；2)岩石性质；；3)刀盘总推力力；4)盘形滚刀尺尺寸；5）刀盘转速速盾构掘进机机刀盘通常常每圈布置置一把滚刀刀，在边沿沿区由于施施于岩面上上的压力减减少，刀间间距要减少少，且每圈圈的刀具数数量要增加加，如边刀刀在8米以以上上的的大大刀刀盘盘上上以以均均分分布布置置3把以以上上为为好好。。刀盘盘直直径径越越大大，，所所选选盘盘形形滚滚刀刀的的直直径径也也应应越越大大。。在在理理论论上上刀刀盘盘的的回回转转速速度度是是以以边边刀刀转转数数每每分分钟钟＜＜120转为为计计算算基基础础的的。。回回转转速速度度RS用以以下下近近似似公公式式表表示示：：RS=120d/D，式中中：：D--钻孔孔直直径径，，d--为滚滚刀刀直直径径。。因为为回回转转速速度度与与掘掘进进机机的的切切割割速速度度是是成成正正比比的的，，当当然然是是希希望望速速度度高高。。在在保保持持刀刀盘盘一一定定转转速速时时，，滚滚刀刀直直径径加加大大是是很很有有利利的的。。滚滚刀刀直直径径加加大大后后滚滚刀刀轴轴承承可可相相应应加加大大，，使使其其提提高高了了承承载载能能力力，，有有利利于于切切割割硬硬岩岩。。同同时时单单刀刀承承载载能能力力提提高高之之后后，，刀刀齿齿切切入入岩岩层层深深度度相相应应增增大大，，单单刀刀破破岩岩量量亦亦增增加加，，刀刀具具使使用用寿寿命命延延长长（（l倍以以上上）），，减减少少了了换换刀刀时时间间，，从从而而提提高高了了掘掘进进速速度度。。采采用用大大直直径径滚滚刀刀，，可可以以实实现现以以较较少少的的刀刀具具数数量量、、较较低低的的钻钻进进扭扭矩矩、、较较高高的的钻钻进进效效率率进进行行钻钻进进作作业业。。刀具具直直径径越越大大，，承承载载能能力力越越大大，，而而刀刀具具本本身身转转速速下下降降了了，，对对轴轴承承、、密密封封、、刀刀圈圈的的寿寿命命都都有有提提高高。。所所以以，，目目前前的的发发展展趋趋势势是是大大直直径径滚滚刀刀。。但但盘盘刀刀直直径径加加大大，，重重量量会会增增加加，，装装机机更更换换会会困困难难，，所所以以17〞〞盘型型滚滚刀刀得得到到普普遍遍应应用用。。在均均质质硬硬岩岩地地层层，，滚滚刀刀的的失失效效形形式式主主要要是是刀刀圈圈磨磨损损，，也也有有轴轴承承、、密密封封早早期期失失效效、、刀刀圈圈断断裂裂现现象象。。刀圈圈的的耐耐磨磨性性是是问问题题的的关关键键，，在在地地层层条条件件和和掘掘进进参参数数一一定定的的条条件件下下，，刀刀圈圈的的耐耐磨磨性性和和刀刀圈圈的的材材料料、、制制造造工工艺艺和和金金相相组组织织有有关关，，在在材材料料确确定定的的条条件件下下，，直直观观反反映映刀刀圈圈耐耐磨磨性性的的指指标标就就是是硬硬度度了了。。刀圈圈硬硬度度与与刀刀圈圈耐耐磨磨性性对对应应关关系系序号试验刀圈硬度HRC试验刀圈30磨损均值/刀圈数威尔特刀圈30磨损均值/刀圈数30磨损值比较1-154-578．65/29．14/1-5.251-254-5710．75/510．8/2-0.461-354-579．3/29．22/10.871-454-5718．5/518．43/20.381-554-5720．92/223．02/2-9.121-654-5713．33/314．11/1-5.51-751-5411.75/110.61/110.71-851-5428.38/224.22/217.18例如如：：在西西宁宁线线桃桃花花铺铺隧隧道道施施工工中中，，采采用用了了威威尔尔特特公公司司的的TB880E隧道道掘掘进进机机，，地地层层均均匀匀，，为为石石英英片片岩岩夹夹大大理理岩岩，，节节理理较较发发育育，，刀刀圈圈硬硬度度与与刀刀圈圈耐耐磨磨性性的的对对应应关关系系见见表表。。上表表中中30磨损损值值比比较较是是指指试试验验刀刀圈圈与与威威尔尔特特刀刀圈圈耐耐磨磨性性的的比比较较值值，，负负数数表表示示试试验验刀刀圈圈耐耐磨磨性性比比威威尔尔特特刀刀圈圈耐耐磨磨性性提提高高的的百百分分数数，，如如-5.25表示耐磨磨性提高高5.25%,正数表示示耐磨性性降低的的百分数数,如10.7表示耐磨磨性降低低了10.7%。从表中数数据可以以看出，，硬度对对耐磨性性的影响响是很明明显的，，硬度平平均降低低5%，相对耐耐磨性要要降低17%。因此，，在这类类地层，，往往根根据岩层层的抗压压强度选选取刀圈圈。中软岩45—85MPa如石灰岩岩砂岩岩大理理石火火山岩凝凝灰岩岩用轻轻型刀圈圈中硬岩85—180MPa如白云云石片片麻麻岩花花岗岩岩片片岩长长石石用用重重型刀刀圈硬岩＞＞180MPa如闪绿绿岩硅硅岩岩角角闪岩岩硬硬质粘粘土岩岩玄玄武岩岩燧燧石砾砾岩岩用用球齿齿刀圈圈。当然也也有例例外，，因岩岩层的的抗压压强度度与可可钻性性并不不完全全一致致，破破岩主主要是是靠剪剪切来来完成成的（（岩石石的剪剪切强强度往往往只只有抗抗压强强度的的1/10-20），有有些胶胶结砂砂岩，，石英英含量量很高高，耐耐磨性性很大大，抗抗压强强度并并不太太高，，但用用球齿齿刀圈圈更好好。复合型型刀盘盘适用于于软硬硬不匀匀的地地层,特点是是即可可安装装滚刀刀,也可安安装切切削刀刀,在城市市地铁铁和市市政工工程盾盾构施施工中中常见见。海瑞克克复合合型盾盾构在在广州州、深深圳、、北京京等城城市地地铁大大量应应用，，日本本小松松、三三菱也也有应应用。。海瑞瑞克刀刀盘主主要有有两种种布刀刀形式式：装装有中中心双双刃滚滚刀6把，双双刃正正滚刀刀13把，切切刀64把，边边刮刀刀32把，五五环超超挖刀刀1把，适适应于于80Mpa以内的的复合合地层层；刀刀盘装装有中中心双双刃滚滚刀4把，单单刃正正滚刀刀31把，切切刀64把，边刮刀刀16把，五环超超挖刀1把，适应于于160Mpa以内的复合合地层。在在较软的岩岩石地层滚滚刀可以更更换为齿刀刀，增加刀刀盘对不同同地层的适适应性。这类地层的的特点是软软硬不匀，，往往是上上软下硬，，地层软时时滚刀易偏偏磨，外圈圈滚刀由于于受力不均均，常常出出现刀圈断断裂的情况况，特别是是遇到大的的孤石时，，在广州、、深圳地铁铁的进口刀刀盘和刀具具应用中经经常会出现现刀圈断裂裂和滚刀偏偏磨现象。。例如：在上海基础础公司施工工深圳水库库流域污水水截排工程程中，工程程地质错综综复杂，整整个管道须须穿越340m库尾浅覆土土段、270m滩涂段（硬硬岩段）和和300m沙湾河口段段（卵石、、沙层、岩岩层），岩岩层的单轴轴抗压强度度在40-140Mpa之间。地层层描述见图图。盾构机机为改制的的￠4.65m复合土压平平衡式，刀刀盘刀具为为自行设计计，其刀具具刀盘结构构见图。施施工中，中中心滚刀和和低刀位正正滚刀主要要以正常磨磨损为主，，外圈边滚滚刀主要是是刀圈崩裂裂。为解决刀圈圈断裂问题题，我们曾曾尝试采取取其他措施施如把刀刃刃做厚、适适当降低刀刀圈硬度以以提高其抗抗冲击性能能等，但效效果都不明明显。因地地层上下差差别大，刀刀盘转动时时边刀经常常会出现碰碰撞岩石崩崩裂，刚更更换的新滚滚刀也常发发生崩裂，，虽然改变变掘进参数数会有所改改善，但不不能从根本本上解决问问题，针对对这种情况况，我们采采用整体球球齿盘形滚滚刀，刀圈圈和刀体做做成一体，，采用韧性性较好的材材料，如45CrNiMo一类的材料料，降低本本体的硬度度，控制在在HRC48-50，从根本上上解决刀圈圈和刀体的的开裂问题题，要保证证有足够的的耐磨性，，在刀刃部部位镶嵌硬硬质合金，，硬质合金金的硬度HRA可高达87-88，大大提高高了滚刀的的耐磨性。。球齿盘形形滚刀如图图5。这种球齿齿滚刀制造造了两把，，安装在14-1和14-2刀位，从658环到1068环，共掘进进了410环，与14号刀相邻的的13号和15号刀位滚刀刀都又更换换了4次，而球齿齿滚刀一直直用到施工工结束，使使用后的球球齿滚刀无无论是耐磨磨性还是抗抗断性都很很好。这种种滚刀的造造价约比正正常滚刀提提高50%，通常不更换换外壳，即轴轴承寿命和刀刀体寿命相当当。6.提高盾构机刀刀具寿命的途途径6.1严把刀具零件件和装配质量量关6.2合理选用刀具具及刀盘结构构6.3正确的掘进施施工参数6.4新型耐磨材料料的研发和应应用1）发展新的钢钢结合金破岩岩刀具