盾构机刀具选型及维护.ppt

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1、盾构机刀具选型及维护洛阳九久技术开发有限公司晁焕清2010.3概述盾构机刀具是盾构机破岩掘进的关键部件，在掘进中容易损坏，要经常更换。其使用寿命的长短不仅与刀具制造质量有关，还与刀具的正确选用和维护有关，因此，刀具的选用和维护直接影响到盾构工程施工的安全性、可靠性和经济性，正确的选用和维护，往往能起到事半功倍的效果。1、盾构机刀具的分类目前使用的刀具一般分为两大类:刮削刀具、滚动刀具刮削刀具(刮刀、割刀)刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具.刮削刀具的种类繁多，目前盾构掘进机上常用的刮削刀具类有边刮刀、刮刀、齿刀、先行刀、贝壳刀、鱼尾刀等滚动

2、刀具(滚刀)滚动刀具是指不仅随刀盘转动，还同时作自转运动的破岩刀具。根据刀刃的形状滚刀可分为：齿形滚刀（钢齿和球齿）、盘形滚刀（钢刀圈滚刀和球齿刀圈滚刀）根据安装位置滚刀可分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔滚刀。盾构掘进机滚刀主要是盘形滚刀，盘形滚刀又有单刃、双刃和多刃。根据刀刃外径的大小，又分成13、15、17、19等规格，目前主要是17系列。2、刀具的结构、材料和工作原理2.1盘型滚刀滚刀结构如图所示。它们主要由刀圈、刀体(套)、刀轴、轴承、金属浮动密封环、刀盖(座)及联接螺栓等件组成。滚刀的内部结构滚刀的内部结构是保证滚刀工作时正常旋转的

3、关键，通常是由轴承、密封、润滑油脂组成。刀具安装结构安装结构是为了把滚刀即方便又可靠的安装在刀盘上。常用的安装形式如下：刀具刀圈结构形状刀圈是用来破岩的，通常有齿形和盘形两大类，每一类往往又有多种不同的刀刃形状。如下图.刀圈的材料根据刀圈的工作条件，刀圈材料应满足以下性能：1)高的屈服强度，避免刀刃端在高应力下压溃变形；2)足够高的硬度，增加耐磨性，减少刀圈磨损；3)良好的冲击韧性，提高材料裂纹扩展功，防止刀圈断裂；4)良好的抗回火性能，提高材料的热稳定性，保证刀圈在热装和滚压岩体过程中不降低硬度。5)良好的热加工和冷加工的工艺性能，材料成本低，

4、制造方便，提高产品合格率。目前的滚刀刀圈有两大类：整体耐磨钢材料和镶有硬质合金球齿的刀具材料。盘形滚刀工作原理滚刀在推力和和滚动力（转矩）的作用下，推力使刀圈压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎，在岩面上切出一系列的同心圆（见图）。2.2刮刀刮刀是由刀座、刀体和刀刃三部分组成的，刀座是与刀盘连接的部分，与刀盘的连接有焊接如先行刀、螺栓连接如边刮刀、插销接如正面刮刀，替换滚刀部位的齿刀或切刀与滚刀的安装方式相同。刀座有的是与刀体成一体的，有的是与刀体焊接的。与刀体焊接的刀座材料一般是低碳低合金钢。刀体对硬质合金刀

5、刃起支撑和保护作用，要有足够的强度和耐磨性。常常采用表面硬化技术或局部堆焊耐磨层。刮刀刃是刮刀刮削岩土和保护刀体不被磨损的关键部位，通常是用硬质合金做成的。其大小和形状根据部位、作用、地层设计。刀刃与刀体的的连接是关键，具体工艺有钎焊、镶嵌和镶嵌焊。钎焊时，焊料和焊接方法、工艺是很关键的，焊料有铜基和银基两大类，焊接方法有高频焊和真空焊等。刮削类刀具的工作原理在推力的作用下，刮刀嵌如岩渣或岩层中，刀盘带动刀具转动时刮削岩层，在掌子面形成一环环犁沟，特点是效率高，刀盘转动阻力大。在软土地层或滚刀破碎后的渣土通过刮刀进行开挖，渣土随刮刀正面进入渣槽。3

6、、刀具的应用及其适应性3.1刀具选用注意事项1）安全、可靠，保证盾构施工顺利进行；2）经济、适用，能降低工程成本；3）通用性、方便更换，能减轻劳动强度；4）要正确认识刀具是易损件，适用范围有限。3.2根据地层选择刀盘刀具地层不同,刀盘的结构及其刀具的组合布置、刀具性能的要求也不同。根据地层一般把刀盘分为三类：刮刀刀盘、滚刀刀盘和复合刀盘刮刀刀盘切削型刀具适用于未固结成岩的软土地层和某些全风化或强风化的软岩地层，一般破岩能力在单轴抗压强度20Mpa以下。对于如上海地区、天津、西安、郑州等均一的软土地层，通常只使用刮刀类刀具就可以了。这类刀盘结构相对简单

7、，通常称为辐条式刀盘或软土刀盘。滚刀类刀盘盘形滚刀适用于硬岩地层，对于均一的全断面硬岩地层通常只用滚刀（配以刮板），铁路、公路隧道、引水工程隧道常常是这类地层。作成的刀盘通常称为硬岩刀盘或TBM刀盘，目前主要是17〞盘型滚刀。如秦岭铁路隧道施工的TBM刀盘。复合型刀盘在盾构施工工程中，大部分地层往往是有软岩也有硬岩，一段软一段硬，或上软下硬、密实胶结卵石土等软硬不匀的地层,这种地层在广州地铁、深圳地铁、成都地铁、北京地铁工程江底隧道中普遍存在，这时刀盘的刀具不但要有滚刀，还要有刮刀，即可安装滚刀,也可安装切削刀,这样的刀盘通常称为复合刀盘或混合刀盘

8、。如广州地铁盾构刀盘，刀具的合理选择和应用在这类刀盘上也显得尤为必要。3.3按位置选择刀具的差异性刀盘上三个