盾构刀盘刀具使用与管理

—刀盘刀具类型与结构形二刀具的破岩机理及载荷计算三盾构刀盘刀具的失效与管理o工程案例盾构及掘进技术 —刀盘刀具类型与结构形二刀具的破岩机理及载荷计算三盾构刀盘刀具的失效与管理o工程案例盾构及掘进技术盾构刀具按照破岩（）原理不同，可分为滚压型刀具和切削型刀具，滚压型刀具主要用于岩石破坏，主要为盘形滚刀；切削型刀具主要用于软土破坏，包括盾构及掘进技术

盾构及掘进技术1滚按切削刃形状划分，滚刀分为有齿盘形滚刀和形滚刀。其中，有齿盘形滚刀主要有球齿滚刀和楔齿盾构及掘进技术齿形盾构及掘进技术（一）滚单刃滚刀双刃滚刀、多刃滚刀刃滚刀；较硬岩采用单刃滚刀。盾构及掘进技术中心盾构及掘进技术双刃盾构及掘进技术钢刀圈、、①耐磨层表面刀圈：适用于掘进强度40MPa的紧密地层，标准钢刀圈：适用于掘进强度50～150MPa大理石、砂③12～25～15④镶齿硬质合金刀圈：适用于掘进强度高达250MPa的花岗岩、玄武岩、斑岩及石英岩等地层盾构及掘进技术1滚盘形滚刀刀圈截面形状从最初的尖楔形（刀刃角为60°、75°、90°和120°）和钝楔形，再至近似常、镶齿刀圈和敷，常截面（CCS）滚刀很好地协调了换刀频率、刀具成本和贯入深度三个指标，使得刀圈刃部既不太宽也盾构及掘进技术滚刀盾构及掘进技术滚刀盾构及掘进技术单刃滚刀的安装盾构及掘进技术单刃滚刀的安装盾构及掘进技术单刃滚刀的安装盾构及掘进技术双刃滚刀的安装盾构及掘进技术（2）切切刀（也称刮刀），用于切削未固结土壤和软岩，并将切削渣土，如面板式刀盘和辐条式刀盘，也可用于卵及风化岩地层盾构刀盘切刀主要由矿山用硬质合金刀刃刀体组成。其中，刀刃焊接在刀体上。根据刀刃焊接方式不同可分为和。盾构及掘进技术（2）切附着式（也称为板式）切刀的刀刃平焊于刀体上，削时刀刃的切削面全部 在土砂多适用于黏土、粉土、粉砂等地层。采用特殊形状刀刃制造的强化盾构及掘进技术（2）切焊接，只有参与切削的一部分刀刃在槽外。嵌入盾构及掘进技术切根据切刀与刀盘安装连接形式不同，又可分为栓接、销接式和焊接式盾构及掘进技术栓接式销接式刀能围绕圆柱销适当转动，当刀盘回转切削时，用于相反方向回转切削的切刀脱离开挖面，以避免磨损，且便焊接式，即切刀直接焊接在刀盘上，其特点是安装牢，不易脱、粉砂等地层掘进且不需要中途更换切刀的地层工况盾构及掘进技术切采层碳钨合金刀齿的耐盾构及掘进技术先行在砂卵石等松散地层下掘进时，由于地层对卵石缺少约束力，不能为滚刀提供足够的转动力矩和滚刀破岩支撑力，故导致滚刀无法破岩，此时宜采用切刀配合先行刀开挖地层。先行刀（又称为刀）一般采用背装式安装于辐条中间的刀箱中，且超前于切刀布置。由于先行刀切削宽度较窄，故用于在切刀接触地层（特别是较硬地层）之前松动致密地层，从而使先行刀在砾石地层等较硬的地层中有更高的切削效率。此外，利用刀随刀盘高速旋转产生的冲击惯，对卵石、砾石和盾构及掘进技术先行先行刀主要有三种形式：贝壳刀、齿刀和刀。其中，盾构较常采用贝壳刀，德国海瑞克公司盾构较常采用齿刀，罗威特公司和法国NFM公司盾构较常采用刀。盾构及掘进技术（3）先行考虑到盾构掘进期间，刀盘驱动所需扭矩应大于克服刀只盾构及掘进技术刀盾构及掘进技术先行耐磨性结构设计：先行刀按刀盘双向转动设计，齿刀和刀的刀座可设计成与滚刀可互换的结构。此外，先盾构及掘进技术周边刮周边刮刀（也称铲刀）土，防止渣土沉积，确保刀盘开挖直径以及防止刀盘盾构及掘进技术周边刮周边刮刀的切削面上设有一排连续的碳钨合金齿和一即使在掘进几公里之后刀盘仍然有一个正确的开挖直径。对周边刮刀而言，单排连续碳钨合金刀齿是足够的，因为周边刮刀仅其端部切削地层，而切刀在整个盾构及掘进技术仿形仿形刀安装在刀盘外缘上。盾构可借助刀盘回转传感器，利用可编程控制器控制油缸动作，以控制仿形刀开挖的深度（即超挖的深度）以及超挖的位置。例如，当决定要对左侧进行扩挖以便盾构向左转45盾构及掘进技术刀盘保护刀：通过焊接方式焊接在刀盘围板周围，刀盘围板起到保护作用，增加刀盘围板的使 盾构及掘进技术

耐磨

切开口弧形刮仿行滚周边开刀盘系统共同实现了如下三大主开挖功能：刀盘旋转时，刀具切削隧道掌子面土体使开挖后渣土通过刀盘开口进入土仓稳定功能：支撑和稳定掌子面搅拌功能①对于土压平衡盾构而言，刀盘对土仓内渣土进②对于泥水盾构而言，利 压力控制和改善泥浆均匀性，并通过排泥管道将开挖盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形面板式盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形面板式刀盘优①盾构掘进时，土仓内土压力与开挖面土压力之间产生压力降，且压力降大小受面板开口影响不易确定，②由于受面板开口率影响，渣土进入土仓不顺畅、粘结和易堵塞，且刀具负荷大，使用短。特别是③可设置刀盘开口大小限制进入土仓的卵石粒径盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形辐条式盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形辐条式盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形辐条式刀盘优①仅有几根辐条，具有75%的大开口率，且在辐条②由于没有面板阻挡，渣土从开挖面直接进入土仓，③刀具负荷小 长进。盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形辐条式刀盘优需要将滚刀换装成先行刀，对砂、土等单一软土地层⑥在辐条之间安装可拆卸面板，即可变为面板式刀盘⑧刀盘刀具磨损较大，渣土改良 盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形复合式辐条式复合小面板幅条式刀盾构及掘进技术

面板式复合辐 （2）刀盘结构形复合式刀盘优①软土地层施工时易形成泥饼而堵仓，故宜采用小面板幅条式刀盘和中心管柱支撑结构，以减少中心泥饼②卵石地层施工时易磨损刀盘，特别是大直径卵石不破岩采用面板式复盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形TBM刀盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形TBM刀盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形TBM刀盾构及掘进技术辐 （2）刀盘结构形双模盾构盾构及掘进技术 —刀盘刀具类型与结构形二刀具的破岩机理及载荷计算三盾构刀盘刀具的失效与管理o工程案例盾构及掘进技术（一）滚刀的破岩盾构及掘进技术（一）滚刀的破岩(ConstantCrossSection即CCS)以拉、剪组合产生岩石碎片。盘型滚刀在旋转并压入岩石的过程中，对岩石将产生挤压、剪切、拉裂等综合作用，首先在单把刀刃下产生小块破碎体，进一步刀刃下的岩石被压密形成密实核，然后密实核将滚刀压力传递给周围岩石，产生样的破岩机制，当相邻两把滚刀产生的侧向裂纹交汇，两把滚刀之间。盾构及掘进技术（一）滚刀的破岩盘型滚刀是在推 缸推力作用下将刀刃压入岩心圆轨迹作滚动；当推力超过岩石的强度时，盘型滚刀刀尖下的岩石直接碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状裂纹；进一步加压，当滚刀间距S满足一定条件时，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通而形成岩石碎。 刀间距S盾构及掘进技术

剪切破

（一（一）滚刀的破岩机盾构及掘进技术国家（一）滚刀的破岩盾构及掘进技术（一）滚刀的破岩当滚刀间距太小或荷载太高时，滚刀下方无效的长裂，在两滚盾构及掘进技术（一）滚刀的破岩盾构及掘进技术（二）滚刀的破岩力盾构及掘进技术（二）滚刀的破岩力。1993年科罗型滚刀过大量不同结构参数的滚刀对多种类型的岩石进行切削试验，综合考虑各种参数对滚刀受力的影响，建立了针对近年TB和盾构上广泛使用的近似常截面盘形滚刀破岩力CS模型，该模型在很多盾构设计和施工。盾构及掘进技术（二）滚刀的破岩力计FFV1

1 tCR0TS t1 RT

1/

tCR0T t1 RT

1/

分布系数，一般为0.2~-0.2，取0.1；P0为破碎区，与岩石单轴抗为滚刀接触角；h为滚盾构及掘进技术（二）滚刀的破岩力计0 0

0.8

6S D ch FR0.8T6S3ch盾构及掘进技术（三）切削刀的破岩切削刀在压入岩土的过程中，首先在刀尖处岩土发生，当切应力超过，并以土屑的形式沿切削刀前面流出盾构及掘进技术（三）切削刀的破岩在软土地层中，切削刀依靠剪切土体工作，而在软岩比同直径的硬岩TB滚刀数少，导致相邻滚刀刀间距较大，故在贯入度不够大的情况下相邻滚刀间的岩石不能完全被滚刀滚压破碎，形成了凸出的“岩脊圈”，这些“岩脊圈”需要由切刀来切削破碎。在软岩地盾构及掘进技术（四）切削刀切削力切削刀在切削岩石的过程中，刀刃与岩石之间存在两F盾构推力提供；切削力F指向切刀切向，由刀盘扭矩提供。盾构及掘进技术（四）切削刀切削力 学者西松裕一认为切削刀切削破岩时破碎面遵守-题，通过求解破碎面的切应力和正应力，提出了基于F2bh cosTn1 0.195bhFH0.676bh盾构及掘进技术 —刀盘刀具类型与结构形二刀具的破岩机理及载荷计算三盾构刀盘刀具的失效与管理o工程案例盾构及掘进技术 滚刀的失效形依据磨损形态和磨损程度，可将滚刀的失效形式分正常磨损和异常损坏滚刀正常磨损：滚刀的正常磨损也称滚刀均匀磨损，刃口宽度逐渐增加，当滚刀度。当滚刀磨损达到极限状态时，滚刀不再具有破岩盾构及掘进技术 滚刀的失效形依据磨损形态和磨损程度，可将滚刀的失效形式分正常磨损和异常损坏滚刀正常磨损：滚刀的正常磨损也称滚刀均匀磨损，刃口宽度逐渐增加，当滚刀度。当滚刀磨损达到极限状态时，滚刀不再具有破岩盾构及掘进技术1滚刀的失效在强度高、磨蚀性强的坚硬岩石中掘进，刀圈易造成高，作用在滚刀上的压力相应要很大，刀圈材料易发生塑性变形；硬矿物压入材料的深度易超过临界深度而形成压痕断裂，从而形成较大的点磨损。在这类岩盾构及掘进技术（（1）滚刀的失效形盾构及掘进技术国家1滚刀的失效在强度低、磨蚀性低的岩石中掘进，大部分粉末流过刀刃侧面，产生了较大的侧面磨损和较小的点磨损，盾构及掘进技术1滚刀的失效从岩石特性的角度来看，TB在岩石硬度较低的地段切削形成的一次切屑与犁沟隆起堆积脱落形成的二次切屑构成，基于断裂去除机制的磨粒磨损占份额较小料的硬度指标，利圈的高硬度来提高刀圈碾压破盾构及掘进技术1滚刀的失效TB在岩石硬度较高的地段掘进时，刀圈会受到岩石强烈冲击，基于断裂去除机制的磨粒磨损加剧，部分层使用的滚刀，选材应侧重材料综合力学性能，在保盾构及掘进技术1滚刀的失效形，因而容易被磨料直接切削或犁到两边形成犁沟，由犁沟变形以及微观切削等导致的塑性去除机制的磨粒磨损，又需要考虑由裂纹扩展导致的微观断裂去除盾构及掘进技术1滚刀的失效从岩石破碎效果的角度出发，滚刀磨损可以分为磨损二次磨损。开挖面岩石受到滚刀的滚压破岩从岩体剥离形成岩屑的过程称为直接破岩，该过程对滚刀造成的磨损为一次磨损；直接破岩切削下来的岩屑未排出，部分岩屑堆积在刀盘面板与开挖面之间，在掘进机推力的作用下，滚刀对其发生重复破岩，该过程对滚刀的造成的磨损称为二次磨损盾构及掘进技术1滚刀异常损坏包括刀圈偏磨、刀圈崩裂、刀圈卷刃、刀圈滑动、挡圈断裂、密封漏油、刀体磨损、轴承损坏等盾构及掘进技术（1（1）滚刀的失效形盾构及掘进技术国家（2（2）切削刀的失效形盾构及掘进技术国家切削刀的失效形盾构及掘进技术国家盾构及掘进技术国家密封的失效浮动金属环密封失效形式：密封的破损、表面熔化、密封失效原因：装配误差、阻力太大、压力过低未使用生盾构及掘进技术（3）密封的失效当滚刀应用于高压环境时。在高压下工作引起的问题是泥浆推挤橡胶密封，推动它移位到密封法兰斜坡下盾构及掘进技术（3）密封的失效盾构及掘进技术（（4）轴承的失效形盾构及掘进技术国家（3）刀具磨损影响因素分具体影响因影响因素地质因抗压强度岩石抗压强度越高，岩石越难破坏，滚刀破岩时所受到的载荷越大，滚刀越容易磨损完整性岩石完整性越好，岩体内部的结合力越大，破岩需要的去除应力越大，刀具磨地应高地应力导致岩爆，掌子面发生岩爆大块岩石掉落，容易导致滚刀的异常磨损机械因滚刀垂直力滚刀垂直力越大，岩石与刀圈接触越紧密，岩石中的硬质颗粒越容易将刀圈表面材料剥落贯入度在滚刀载荷允许的情况下，贯入度越深，滚刀与岩体磨损接触时间越短，越不易磨损几何因刀刃间距滚刀刀间距越小，相邻滚刀间的岩石月容易被剥落，滚刀磨损越小刀刃宽度刀刃越宽，滚刀越不易磨损，滚刀磨损量滚刀半径滚刀半径越大，允许的磨损量越多，轴承能够承受的载荷越大，滚刀越长安装半径滚刀安装半径越到，刀盘旋转时滚刀运动的线距离越长，滚刀的磨损量越材料因材料硬度滚刀刀刃的硬度越高，耐磨性越好，但在受到冲击载荷时容易崩刃，反而加快滚刀磨损材料韧性滚刀刀刃韧性越高，硬度越低，抗冲击性增强，耐磨性减弱，因此需二者兼顾其他因滚刀高滚刀破岩是多把滚刀协同作业的结果，往往高出其他滚刀的刀刃越容易磨损盾构及掘进技术1盾构刀盘刀具管理流盾构及掘进技术刀具的现场管理制经济性的有效之一；但具有丰富经验的施工现场、检查与更换等环节；应加强刀具技术的培训1、建立刀 2、制定科学的换刀计3、正确 具，减少消耗4、定期检查刀盾构及掘进技术<1>建立刀具的更换状态和相邻刀具高差，尽量按标准更换和按时更换，只要规定的使用到期，外观还没有完全报废也应更换，避免刀具内部带病使用。如刀具更盾构及掘进技术<2>制定科学的刀具的进过程中做到主动换刀，避免换刀，也就是在施工整备时间内换刀，进而减少掘进中被迫停机进行刀盘检查和盾构及掘进技术<3>正确 具、减少消 盾构及掘进技术合理使圈比较贵，据统计，盾构在掘进硬岩时，刀圈费用占刀具费用的30%左右，因此，使刀圈得到充分利用，尽每把滚刀的负荷平衡，控制推进速度平稳，转速适宜，确保刀盘不偏载，刀圈不保证刀圈的充分利用盾构及掘进技术合理使用轴承：充分发挥轴承的使用。目前，国产盘形滚刀使用的轴承大都是进口铁姆肯公司生用为564小时。适当减小轴承负荷，可以大大提高轴承，因此要适当控制轴承负荷，也就是要控济，同时要保证轴承装配时的预紧量，以减少轴盾构及掘进技术合理使用密封：滚刀内部的金属浮动密封，由于其构特点是成对使用，工作过程中自动形成滑动密封，具有不可重复拆装使用的特性，据统计在硬岩掘进施工中，刀具密封费用占到了刀具费用的浮动密封施加的压力适当，一般以每对浮动密封上加压后.的扭矩为宜，过大会加快密封的摩擦，降低使用。合理使用密封也是降低刀具费用的重要盾构及掘进技术合理使体和端盖：刀体、端盖在刀具使用中不能算易损件，但这几种零件造价较高，使用中往往发生适应性，同时对这些损坏零件制定出正确的判定标准盾构及掘进技术加强规范操作，减少刀具的事故性损坏：某些项目，有时为了赶工期，加大推进力和提高刀盘转速，特稳，应采取防范措施而未采取，造成刀具意外损坏的情况时有发生，这时损坏的刀具往往不是一把，而是施工管理，制定科学的掘进参数，能有效减少刀具的盾构及掘进技术<4>刀具的定期上配备的装置与刀具磨损相关的参数进行分析，通过分析掘进速度或刀盘总扭矩的理论值与当前计划之内统计找出一个能反映刀具变化的合理周期进行刀具检查，可以实现在施工过程中及时发现刀具的盾构及掘进技术刀盘刀具洞内检查与更<1>开仓常压换刀技术：对于地层比较稳定、无大量地下水涌出、无气体存在的情况下，一般采用开仓常压换刀。条件允许的情况下，对于开挖面地层稳定性差或者水较丰富的地层，应预先将刀盘开挖面的强度和稳定性，然后开仓对刀盘刀具进行检查和更换。不加固地层的开仓常压换刀，每次换刀显性成本盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更<1>开仓常压换盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更：可以提供较为宽敞和稳定的修开仓常压换刀的缺点：对于开挖面地层稳定性差或者面影响交通；工期较长、投资较盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更<2>带压进仓换刀技术：对于气密性不良的地层，对刀构上配有的空气压缩机，通过供气系统将高压气输送计算，通体压力调节系统设定气体压力来稳定开挖面；开挖面保压成功后，通过控制来实现人员盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更带压进仓换刀优点：洞内加固，不占用地面，对周带压进仓换刀缺点：在高压环境下气割、焊接等作业相当，难以对刀盘刀具磨损部分进行彻底修复；失稳造成、或；进仓人员在加压和减压过程中可能发生伤害事故盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更<3>湖湖水如氦气）与氧气按照比例混合的气体。饱和潜水是一种适用于高水压条件下，开展长时间作业的潜水方式，作为一种可使潜水员直接于高压环境下开展水业的潜水盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更<4>减压限排换刀技术：指掘进工作面不能自稳低压力进仓作业，既可以保证安全作业，又可以大大盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更<5>常压换刀技术将泥水舱高压区（刀盘内部空腔，常压区）开来，使作业人员在常压下就可实盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更<5>常压换刀技盾构及掘进技术土耳其博斯普鲁斯海峡隧道（13.66m海瑞克盾构（3）刀盘刀具洞内检查与更换（间接方法异味添加剂：这种方法适合在TBM中应用。在秦岭隧道所使用的WIRTH公司生产的滚刀，为了检测轴承失效情况，在其轴承润滑油中加入了具有异味的MOLYUAN添加剂，掘进中若刀具漏油，则放出刺鼻这种方法在土盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更换（间接方法 盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更换（间接方法滚刀磨损感应装置则是采用刀刃尖，通过比较伸出行程与磨损前行程的差值判断此外还有一些采用短路、光纤维短路或超声波等由于感应装置只能在少量刀具上安装，应用范围小，盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更换（间接方法掘进参数分析法：随着刀具的磨损，在推力不变的情因素影响，包括推力变化、转速变化、地层变化、土盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更换（间接方法岩碴分析法地，新刀产生的岩碴块度较大，多发生剧烈摩擦，产生大量热量，导致碴土温度升高，盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更换（间接方法电路断路。 该方法简单直接，但不能连盾构及掘进技术（3）刀盘刀具洞内检查与更换（间接方法磨损检测新 刀具可视化测量：利用 盾构及掘进技术（3）刀具洞内检查与更尺寸与滚刀安装19、20英寸刀圈的报废盾构及掘进技术刀具洞内检查与更<6>盾构刀具的盾构及掘进技术刀具车间检查与维<1>刀具的不拆卸检查：拆卸下来的滚刀需要先再滚刀盾构及掘进技术（4）刀具车间检查与维<2>刀圈磨损量检查：利用滚刀刀圈检测尺对刀圈盾构及掘进技术（4）刀具车间检查与维测得扭矩值在规定范围内为合格（如Robbins20英寸滚动为20~60N•m，Wirth17英寸滚刀为30~80N•m）盾构及掘进技术（4）刀具车间检查与维<4>刀体气密性检验：通过压力测试检查刀体的密封 滚动为35~70kPa），若压力无法维持5分钟，说明刀刀体气密性刀体气密性检盾构及掘进技术刀具车间检查与维<5>油脂状态检验盾构及掘进技术刀具的拆<1>刀圈的拆卸：对于刀圈磨损量达到报废值的，利用度损伤。利用手石或者砂轮机对刀体配合面进行打磨盾构及掘进技术刀具的拆<2>刀体的拆拆除拆除浮动盾构及掘进技术刀具的安<1>刀圈的安盾构及掘进技术（6）刀具的安<2>刀体的安安装内安装内密盾构及掘进技术（6）刀具的安<2>刀体的安刀体组件套入刀轴刀体组件套入刀轴组安装前安装前安装前端盾构及掘进技术（6）刀具的安<2>刀体的安盾构及掘进技术 —刀盘刀具类型与结构形二刀具的破岩机理及载荷计算三盾构刀盘刀具的失效与管理o工程案例盾构及掘进技术铁 直径工程 直径线工程自起，于崇文门大街十字路口东侧进入，沿前门大街、宣武门西大街往西至长椿街后拐至西便门桥、天宁寺桥、白云路桥北，斜穿白云路桥至小马场附近出地面到达西站盾构及掘进技术线路全长9151m，隧道长7230m。其中盾构段长米盾构及掘进技术盾构开挖直径11.97米，管片外径11.6米，内径10.5，环宽1.8米。每环管片分为9盾构及掘进技术盾构刀盘结构由块辐条及块幅板所组成，上面安装切刀和先行把、切刀把、刀把、边刮刀把、周边保护刀16把、仿行刀1把，刀盘设计的开口率为%，4%。盾构及掘进技术盾构掘进69米，出现刀盘扭矩过大，主驱动保险轴裂。经带压进舱检查，发现刀盘刀具磨损非常严重盾构及掘进技术盾构及掘进技术国家初装刀盘受损原因分析出入较大，发现了非常致密的卵石胶结层，造成先行发生刀盘、刀具磨损；