盾構(gòu)掘掘進(jìn)機(jī)機(jī)刀具具綜述述主要內(nèi)內(nèi)容1.盾構(gòu)機(jī)機(jī)刀具具的類類型和和破巖巖機(jī)理理2.盾構(gòu)機(jī)機(jī)刀具具的結(jié)結(jié)構(gòu)3.盤型滾滾刀的的材料料和性性能4.刮刀的的結(jié)構(gòu)構(gòu)和性性能5.盾構(gòu)機(jī)機(jī)刀具具的應(yīng)應(yīng)用及及對地地層的的適應(yīng)應(yīng)性6.提高盾盾構(gòu)機(jī)機(jī)刀具具壽命命的途途徑1盾構(gòu)機(jī)機(jī)刀具具的類類型和和破巖巖機(jī)理理1.1盾構(gòu)機(jī)機(jī)刀具具常用用類型型目前使使用的的刀具具一般般分為為兩大大類:刮削刀刀具、、滾動(dòng)動(dòng)刀具具刮削刀刀具(刮刀、、割刀刀)刮削刀刀具是是指只只隨刀刀盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)而而沒有有自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的破破巖刀刀具，，刮削削刀具具的種種類繁繁多，，目前前盾構(gòu)構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)機(jī)上上常用用的刮刮削刀刀具類類有邊邊刮刀刀、刮刮刀、、切刀刀、齒齒刀、、先行行刀、、仿形形刀、、刮板板等。。滾動(dòng)刀刀具(滾刀)滾動(dòng)刀刀具是是指不不僅隨隨刀盤盤轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，還還同時(shí)時(shí)作自自轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的破巖巖刀具具。根根據(jù)刀刀刃的的形狀狀滾刀刀可分分為：：齒形形滾刀刀（鋼鋼齒和和球齒齒）、、盤形形滾刀刀（鋼鋼刀圈圈滾刀刀和球球齒刀刀圈滾滾刀））。見見圖根根據(jù)安安裝位位置滾滾刀可可分為為：正正滾刀刀、中中心滾滾刀、、邊滾滾刀、、擴(kuò)孔孔滾刀刀。目目前盾盾構(gòu)掘掘進(jìn)機(jī)機(jī)滾刀刀主要要是盤盤形滾滾刀，，盤形形滾刀刀又有有單刃刃、雙雙刃和和多刃刃。1.2刀具具破破巖巖機(jī)機(jī)理理刮削削類類刀刀具具的的工工作作原原理理在刀刀盤盤推推力力的的作作用用下下，，刮刮刀刀嵌嵌如如巖巖渣渣或或巖巖層層中中，，刀刀盤盤帶帶動(dòng)動(dòng)刀刀具具轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)刮刮削削巖巖層層，，在在掌掌子子面面形形成成一一環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)犁犁溝溝，，特特點(diǎn)點(diǎn)是是效效率率高高，，刀刀盤盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)阻阻力力大大。。在在軟軟土土地地層層或或滾滾刀刀破破碎碎后后的的渣渣土土通通過過刮刮刀刀進(jìn)進(jìn)行行開開挖挖，，渣渣土土隨隨刮刮刀刀正正面面進(jìn)進(jìn)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裝裝載載的的功功能能。。盤形形滾滾刀刀工工作作原原理理刀盤盤在在縱縱向向油油缸缸施施加加的的推推力力作作用用下下，，使使其其上上的的盤盤形形滾滾刀刀壓壓入入巖巖石石；；刀刀盤盤在在旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)裝裝置置的的驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)下下帶帶動(dòng)動(dòng)滾滾刀刀繞繞刀刀盤盤中中心心軸軸公公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，，同同時(shí)時(shí)各各滾滾刀刀還還繞繞各各自自的的刀刀軸軸自自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，，使使?jié)L滾刀刀在在巖巖面面上上連連續(xù)續(xù)滾滾壓壓。。刀刀盤盤施施加加給給刀刀圈圈推推力力和和滾滾動(dòng)動(dòng)力力（（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩）），，推推力力使使刀刀圈圈壓壓入入巖巖體體，，滾滾動(dòng)動(dòng)力力使使刀刀圈圈滾滾壓壓巖巖體體。。通通過過滾滾刀刀對對巖巖體體的的擠擠壓壓和和剪剪切切使使巖巖體體發(fā)發(fā)生生破破碎碎，，在在巖巖面面上上切切出出一一系系列列的的同同心心圓圓（（見見圖圖））。。各類刀具具的主要要破巖機(jī)機(jī)理刀具類型刮刀楔齒滾刀球齒滾刀盤形滾刀主要破巖機(jī)理刮削☆剪切☆☆龜裂☆擠壓☆☆研磨☆運(yùn)動(dòng)形式滑動(dòng)滾動(dòng)+微滑滾動(dòng)+滑動(dòng)滾動(dòng)+滑動(dòng)刀齒形狀刨刀狀楔狀球面狀楔狀2．盾構(gòu)機(jī)機(jī)滾刀的的結(jié)構(gòu)滾刀結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖所所示。它它們主要要由刀圈圈、刀體體(套)、刀軸、、軸承、、金屬浮浮動(dòng)密封封環(huán)、刀刀蓋(座)及聯(lián)接螺螺栓等件件組成。。2．1滾刀的內(nèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)

滾刀刀的內(nèi)部部結(jié)構(gòu)是是保證滾滾刀工作作時(shí)正常常旋轉(zhuǎn)的的關(guān)鍵，，通常是是由軸承承、密封封、潤滑滑油脂組組成。根根據(jù)刀具具的發(fā)展展，大體體經(jīng)歷了了三個(gè)階階段，即即有三種種結(jié)構(gòu)。。2．2刀具安裝裝結(jié)構(gòu)安安裝結(jié)結(jié)構(gòu)是為為了把滾滾刀即方方便又可可靠的安安裝在刀刀盤上。。常用的的安裝形形式有如如下幾種種。2．3刀具刀刃刃結(jié)構(gòu)形形狀刀刀刃是用用來破巖巖的，通通常有齒齒形和盤盤形兩大大類，每每一類往往往又有有多種不不同的刀刀刃形狀狀。如下下圖.3.盤型滾刀刀的材料料和性能能3.1刀圈的材材料根據(jù)刀圈圈的工作作條件，，刀圈材材料應(yīng)滿滿足以下下性能：：1)高的屈服服強(qiáng)度，，避免刀刀刃端在在高應(yīng)力力下壓潰潰變形；；2)足夠高的的硬度，，增加耐耐磨性，，減少刀刀圈磨損損；3)良好的沖沖擊韌性性，提高高材料裂裂紋擴(kuò)展展功，防防止刀圈圈斷裂；；4)良好的抗抗回火性性能，提提高材料料的熱穩(wěn)穩(wěn)定性，，保證刀刀圈在熱熱裝和滾滾壓巖體體過程中中不降低低硬度。。5)良好的熱熱加工和和冷加工工的工藝藝性能，，材料成成本低，，制造方方便，提提高產(chǎn)品品合格率率。目前的滾刀刀刀圈有兩大類類：整體耐磨磨鋼材料和鑲鑲有硬質(zhì)合金金球齒的刀具具材料。整整體耐磨鋼鋼刀圈材料主主要以合金工工具鋼為主，，也有合金結(jié)結(jié)構(gòu)鋼，硬度度在HRC52-59,它的特點(diǎn)是是可以承受受較大的沖沖擊，并具具有較高的的耐磨性能能，刀具制制造費(fèi)用較較低，適用用地層范圍圍廣，從軟軟巖、中硬硬巖到硬巖巖都可選用用。常用刀圈材材料成分類別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刀圈實(shí)測0.390.530.650.0180.0090.840.241.620.25Wirth刀圈實(shí)測0.500.760.320.0320.0195.151.170.720.250.13各國工具鋼鋼材料標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)比較標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)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各國合金結(jié)結(jié)構(gòu)鋼材料料標(biāo)準(zhǔn)比較較標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)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國外刀圈性性能表表2類別σb(Mpa)δ5%Ψ%aK(J/Cm2)HRCX50CrMoV51(Wirth刀圈實(shí)測)20505.5101454－574340Robbins刀圈實(shí)測4052－53通過對國外外刀圈解剖剖分析和我我們的研究究，各刀圈圈制造公司司對標(biāo)準(zhǔn)材材料都會(huì)作作適當(dāng)調(diào)整整，并采用用特殊的冶冶煉工藝、、鍛造工藝藝和熱處理理工藝,保證刀圈的的綜合性能能。球齒刀圈是是在鋼基體體上鑲嵌硬硬質(zhì)合金刀刀頭，硬質(zhì)質(zhì)合金刀頭頭呈球狀或或楔狀，硬硬質(zhì)合金硬硬度為HRA85-88。一般認(rèn)為為，抗壓強(qiáng)強(qiáng)度超過175Mpa的堅(jiān)硬巖采采用球齒刀刀圈，它很很好地解決決了刀圈硬硬度（主要要由合金球球頭滿足硬硬度）和韌韌性（刀圈圈基體不要要求太高硬硬度，韌性性增加）的的矛盾，其其壽命是鋼鋼刀圈的3-5倍。但制造造成本較高高。3.2刀具密封裝裝置：密封是保證證滾刀內(nèi)腔腔的潤滑劑劑不漏出并并防止外來來物進(jìn)入，，對保證軸軸承正常工工作和延長長工作壽命命是十分重重要的。采采用金屬浮浮動(dòng)密封環(huán)環(huán)密封。金屬浮動(dòng)密密封環(huán)密封封屬于機(jī)械械端面密封封的一種，，這種密封封在均勻載載荷、潤滑滑優(yōu)良的條條件下試驗(yàn)驗(yàn)壽命高達(dá)達(dá)5000h。由由于于滾滾刀刀作作業(yè)業(yè)受受力力的的復(fù)復(fù)雜雜多多變變、、使使用用環(huán)環(huán)境境惡惡劣劣，，有有一一定定的的外外部部介介質(zhì)質(zhì)壓壓力力等等，，使使用用壽壽命命會(huì)會(huì)降降低低很很多多，，但但還還是是能能滿滿足足滾滾刀刀使使用用要要求求的的。。這種種密密封封由由兩兩個(gè)個(gè)嚙嚙合合的的金金屬屬密密封封環(huán)環(huán)和和兩兩個(gè)個(gè)富富有有彈彈性性的的復(fù)復(fù)合合橡橡膠膠密密封封圈圈組組成成。。具具有有浮浮動(dòng)動(dòng)能能力力，，可可補(bǔ)補(bǔ)償償裝裝配配端端間間隙隙或或防防止止偏偏斜斜。。金金屬屬密密封封環(huán)環(huán)是是密密封封裝裝置置中中的的主主要要零零件件，，其其結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及質(zhì)質(zhì)量量的的好好壞壞起起決決定定性性作作用用。。金金屬屬密密封封環(huán)環(huán)采采用用高高硬硬度度的的耐耐磨磨高高鉻鉻鉬鉬的的鑄鑄鐵鐵材材料料，，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。這種金金屬密密封環(huán)環(huán)其特特點(diǎn)如如下：：⑴采采用4度導(dǎo)油油斜面面及大大曲率率半徑徑球面面環(huán)與與平面面環(huán)結(jié)結(jié)構(gòu)，，有利利于形形成油油膜,以保證證軸承承潤滑滑油不不泄漏漏及阻阻止泥泥土進(jìn)進(jìn)入軸軸承腔腔；⑵采采用高高光潔潔度及及硬度度工作作面，，減少少了摩摩擦阻阻力，，使工工作面面貼合合良好好，提提高密密封性性能；；（3）浮動(dòng)動(dòng)密封環(huán)環(huán)采用的的復(fù)合橡橡膠0型密封圈圈,具有可壓壓縮性大大及回彈彈性好等等特點(diǎn)。。始終對對金屬環(huán)環(huán)施加壓壓力，讓讓金屬環(huán)環(huán)工作面面始終接接觸，保保證軸承承潤滑油油不泄漏漏及阻止止泥土進(jìn)進(jìn)入軸承承腔，起起到密封封效果。。滾刀橡膠膠密封件件性能指指標(biāo)項(xiàng)目浮封環(huán)用0型密封圈其它位置O形密封圈硬度(邵爾A型)60±5°70±5°扯斷強(qiáng)度MPa最小911扯斷伸長率％最小300220壓縮水久變形％最大(空氣100℃×22h)40353.3刀具軸承承滾柱滾珠珠軸承早期使用用范圍最最廣的刀刀具軸承承是滾柱柱滾珠軸軸承，它它用滾柱柱承受很很高的徑徑向載荷荷和沖擊擊載荷，，用滾珠珠承受推推力，把把滾刀和和軸承固固定在一一起。滾滾刀體和和軸起滾滾道的作作用，兩兩者均用用優(yōu)質(zhì)合合金鋼做做成，經(jīng)經(jīng)硬化和和研磨處處理。由由于這種種刀具拆拆卸維修修不方便便，在盾盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)機(jī)滾刀刀上已普普遍被圓圓錐滾子子軸承代代替。圓錐滾子子軸承這類軸承承采用錐錐形滾柱柱和滾道道，具有有以下的的優(yōu)點(diǎn)：：1)能同時(shí)承承受徑向向載荷和和軸向推推力；2)就相同的的軸承尺尺寸而言言，承載載能力更更大，相相對壽命命更長；；3)調(diào)節(jié)性能能：不管管是軸向向游隙還還是預(yù)加加負(fù)荷，，均能按按設(shè)計(jì)要要求達(dá)到到最佳性性能；4)其錐型結(jié)結(jié)構(gòu)而固固有的自自動(dòng)移油油特點(diǎn)，，能從滾滾道接觸觸區(qū)域除除去任何何微粒沾沾染物，，大大降降低了受受工作環(huán)環(huán)境污染染物的影影響；5)與其他類類型的磙磙子軸承承相比，，因純滾滾動(dòng)效果果較佳，，摩擦系系數(shù)減少少，速度度提高；；6)由于其內(nèi)內(nèi)外滾道道可分離離，安裝裝和拆卸卸十分簡簡便；由于圓錐錐滾子軸軸承具有有上述一一系列的的優(yōu)點(diǎn)，，能很好好滿足滾滾刀的工工況要求求。目前國外外滾刀生生產(chǎn)廠家家大多選選用美國國鐵姆肯肯(TIMKEN)和日本NTN等公司的的軸承。。17雙盤正滾滾刀軸承承:型號(hào)HH224334/224335－HH224310：額定動(dòng)動(dòng)負(fù)荷C=630kN，額定靜靜負(fù)荷C0=906kN；17雙盤中心心滾刀邊邊滾刀軸軸承:型號(hào)H924045-H924010）：額定定動(dòng)負(fù)荷荷C=453kN，額定靜靜負(fù)荷C0=610kN。由于進(jìn)口口軸承價(jià)價(jià)格高、、交貨期期長，九九久公司司和軸研研所、軸軸承廠合合作已制制造出滾滾刀用軸軸承，使使用性能能正逐漸漸被用戶戶接受。。目前生產(chǎn)產(chǎn)刀具軸軸承的材材料是低低碳鉻鎳鎳鋼如20CrNi3Mo，常常通通過特殊殊的冶煉煉工藝保保證鋼材材的純凈凈度，通通過深層層滲碳熱熱處理工工藝，保保證表面面HRC58-60，芯部HRC43-45。刀具軸承承的壽命命受潤滑滑條件、、裝配預(yù)預(yù)緊量、、載荷特特性、內(nèi)內(nèi)在質(zhì)量量等影響響，但主主要和工工作載荷荷大小、、轉(zhuǎn)速有有關(guān)，負(fù)負(fù)荷加倍倍，壽命命將降低低大約90%，負(fù)荷減減半，壽壽命將增增加10倍；轉(zhuǎn)速速加倍，，壽命將將降低一一半，速速度減半半，壽命命將增加加一倍。。刀盤設(shè)設(shè)計(jì)和刀刀具選用用時(shí)一定定要考慮慮軸承的的這一特特性。4.刮刀的結(jié)結(jié)構(gòu)和材材料刮刀是由由刀座、、刀體和和刀刃三三部分組組成的，，刀座是是與刀盤盤連接的的部分，，與刀盤盤的連接接有焊接接如先行行刀、螺螺栓連接接如邊刮刮刀、插插銷接如如正面刮刮刀，替替換滾刀刀部位的的齒刀或或切刀與與滾刀的的安裝方方式相同同。刀座有的的是與刀刀體成一一體的，，有的是是與刀體體焊接的的。與刀刀體焊接接的刀座座材料一一般是低低碳低合合金鋼。。刀體對硬硬質(zhì)合金金刀刃起起支撐和和保護(hù)作作用，要要有足夠夠的強(qiáng)度度和耐磨磨性，通通常選用用中碳中中合金鋼鋼或空淬淬鋼，使使硬度達(dá)達(dá)到HRC40以上，也也常常采采用表面面硬化技技術(shù)或局局部堆焊焊耐磨層層。刮刀刃是刮刀刀刮削巖土和和保護(hù)刀體不不被磨損的關(guān)關(guān)鍵部位，通通常是用硬質(zhì)質(zhì)合金做成的的，硬質(zhì)合金金的型號(hào)為YG11C。其大小和形形狀根據(jù)部位位、作用、地地層設(shè)計(jì)。刀刃與刀體的的的連接是關(guān)關(guān)鍵，具體工工藝有釬焊、、鑲嵌和鑲嵌嵌焊，連接強(qiáng)強(qiáng)度要求大于于250MPa。釬焊時(shí)，焊焊料和焊接方方法、工藝是是很關(guān)鍵的，，焊料有銅基基和銀基兩大大類，焊接方方法有高頻焊焊和真空焊等等。幾種刀具的推推薦使用范圍圍分類抗壓強(qiáng)度MPa典型巖石刀具型式軟土,軟巖＜45頁巖粘土泥巖刮刀;齒刀;楔齒滾刀

中軟巖45--85石灰?guī)r砂巖大理石火山巖凝灰?guī)r盤形滾刀;楔齒滾刀

中硬巖85—180白云石片麻巖花崗巖片巖長石盤形滾刀;球齒滾刀硬巖＞180閃綠巖硅巖角閃巖硬質(zhì)粘土巖玄武巖燧石礫巖盤形滾刀球齒盤形滾刀5.盾構(gòu)機(jī)刀具的的應(yīng)用及對地地層的適應(yīng)性性5.1盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)刀刀具在國內(nèi)的的應(yīng)用目前我國在地地鐵、引水工工程、鐵路隧隧道和過江隧隧道等工程中中大量應(yīng)用盾盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，，其刀具應(yīng)用用很普遍。主主要以進(jìn)口為為主，各施工工單位先后購購進(jìn)了威爾特特、海瑞克、、羅賓斯、三三菱、小松、、旁萬利、黑黑金剛等世界界先進(jìn)廠家的的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)機(jī)刀具，已成成為盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)機(jī)刀具應(yīng)用用大國。主要要以17滾刀為主，也也有19規(guī)格的。國內(nèi)內(nèi)也先后有多多個(gè)廠家參與與刀具研制，，如一重、戚戚所、南齒、、洛陽九久、、江鉆等。國內(nèi)主要工程程應(yīng)用國外刀刀具情況工程名稱廠家刀具種類鐵路隧道維爾特17〞盤形滾刀刮板地鐵旁萬利17〞雙刃中心滾刀17〞雙刃正滾刀17〞單刃正滾刀各類刮刀三菱小松維爾特羅賓斯海瑞克

黑金剛引水工程維爾特17〞盤形滾刀刮板羅賓斯19〞盤形滾刀刮板海瑞克

17〞盤形滾刀洛陽九久公司司盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)機(jī)刀具應(yīng)用一一覽表序號(hào)使用單位工程名稱掘進(jìn)機(jī)型號(hào)刀具種類1中鐵隧道集團(tuán)秦嶺隧道維爾特TB880E17〞刀圈2中鐵十八局桃花鋪隧道TB880E17〞刀圈、刮板3中鐵隧道局磨溝嶺隧道TB880E17〞刀圈、整滾刀、中心滾刀、刀座、刮板4中鐵隧道局廣州地鐵二號(hào)線海瑞克EPB6280正滾刀、中心滾刀、切割刀5上海隧道股份廣州地鐵二號(hào)線三菱重工ST6140先行刮刀刮刀6上海隧道股份深圳地鐵一號(hào)線羅湖段三菱重工ST614017〞滾刀、刀圈7上海基礎(chǔ)公司深圳水庫污水截排工程SZ4.65整盤17〞滾刀、刮刀、刀座8中鐵隧道局深圳地鐵二號(hào)線福皇段海瑞克EPB628017〞中心滾刀9中鐵隧道局上海地鐵

整盤滾刀、刮刀14中鐵一局廣州地鐵三號(hào)線大客段海瑞克EPB6280中心滾刀、刀圈15廣州水電二局廣州地鐵三號(hào)線三菱重工中心滾刀、正滾刀、密封件16廣州盾建股份公司廣州地鐵海瑞克、三菱整刀、刀圈、刮刀、散件17中鐵隧道股份沈陽大伙房維爾特整刀、刀圈、散件18中鐵隧道股份北京地鐵海瑞克、自制刀盤成套刀具19中鐵一局北京地鐵海瑞克滾刀、刮刀20中鐵一局廣州地鐵四號(hào)線草陶項(xiàng)目海瑞克刀圈、滾刀5.2滾刀的組合設(shè)設(shè)計(jì)(刀盤的設(shè)計(jì))刀盤是盾構(gòu)的的主要工作部部件，不同工工程的地質(zhì)條條件應(yīng)采用不不同的刀盤結(jié)結(jié)構(gòu)形式及刀刀具布置方式式及刀具形狀狀。刀盤及刀刀具的好壞直直接影響盾構(gòu)構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的切切削效果和掘掘進(jìn)速度，關(guān)關(guān)系到盾構(gòu)施施工的成敗，，影響盾構(gòu)機(jī)機(jī)的掘進(jìn)速度度和效益。刀盤刀具布置置原則1)刀具覆蓋整個(gè)個(gè)斷面；2）使刀盤受力力均衡、振動(dòng)動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平平穩(wěn)；3)盡量使各刀具具磨損均勻、、盡量使?jié)L刀刀純滾動(dòng)，即即刀具母線過過刀盤中心；；4)有利于保證掘掘進(jìn)直徑；；5)方便排除巖土土；6)便于裝拆和檢檢查修理。盾構(gòu)機(jī)刀具的的選用原則：1)適應(yīng)地層，能能快速掘進(jìn);2)刀具費(fèi)用少;3)安全性;4)破碎每一單位位體積巖石動(dòng)動(dòng)力消耗少.5.3盾構(gòu)機(jī)刀盤常常見結(jié)構(gòu)與應(yīng)應(yīng)用根據(jù)地層的不不同,刀盤的結(jié)構(gòu)及及其刀具的組組合布置、對對刀具性能的的要求也不同同。刀盤大體體分為三類：：刮刀類刀盤、、滾刀類刀盤盤和復(fù)合類刀刀盤。刮刀類刀盤適用于軟土及及沙卵石地層層，一般中心心布魚尾中心心刀，正面布布切削刀，邊邊沿布邊刮刀刀，根據(jù)地層層的實(shí)際情況況決定是否布布先行刀。刮刀刀盤邊刮刮刀通常是連連續(xù)布置的,其體積也大,布刀重疊系數(shù)數(shù)大,一般是4-8,正面刮刀重疊疊系數(shù)隨著半半徑的減少也也變小,一般是1-3,切削刀根據(jù)地地層需要有連連續(xù)的,但大多數(shù)是不不連續(xù)的。且且都是成對布布置，以滿足足刀盤正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的需要。使用中刮刀的的損壞有：刮刮刀磨損、刮刮刀刀刃崩裂裂或斷裂、刮刮刀掉齒。。滾刀類刀盤適用于全斷面面巖層，特別別是中硬以上上地層，目前前主要是17盤型滾刀。刀盤各區(qū)的刀刀具特點(diǎn)根據(jù)刀盤上三三個(gè)性質(zhì)不同同的區(qū)域(中心區(qū)，正面面區(qū)及邊緣區(qū)區(qū))的特性，布刀刀時(shí)一定要充充分考慮。中心區(qū)該區(qū)是刀盤的的中心，特點(diǎn)點(diǎn)是空間小，，滾刀的轉(zhuǎn)彎彎半徑小，所所以滾刀以滑滑動(dòng)為主，在在小刀盤上常常安裝單支點(diǎn)點(diǎn)中心刀。大大刀盤常用同同規(guī)格的盤形形滾刀。中心刀與正滾滾刀的主要差差別：成組安裝：有有兩個(gè)一組、、三個(gè)一組和和六個(gè)一組。。密封形式:單密封環(huán)與軸軸承或刀體配配對。軸承型號(hào)：軸軸承常選用大大角度的，且且預(yù)緊力也大大。正面區(qū)該區(qū)處于中心心區(qū)和邊沿區(qū)區(qū)之間，工作作時(shí)刀具正對對著掌子面，，有一定的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎半徑，是是以所謂的純純滾動(dòng)工作，，又有足夠的的布置空間，，所以該區(qū)布布刀容易，刀刀具壽命也長長。在硬巖巖中鉆鉆進(jìn)時(shí)時(shí)，““純純滾動(dòng)動(dòng)”無無論是是刀具具軸承承壽命命還是是刀圈圈壽命命都有有提高高。邊緣區(qū)區(qū)該區(qū)位位于刀刀盤的的邊沿沿，其其刀具具不但但承擔(dān)擔(dān)的破破巖量量大，，且刀刀具受受力復(fù)復(fù)雜，，還要要保證證開挖挖直徑徑，所所以，，常常常布刀刀量要要多，，有些些公司司還對對刀圈圈形狀狀和刀刀體進(jìn)進(jìn)行特特殊處處理，，作成成專用用邊刀刀。刀具數(shù)量和和刀間距在給定地質(zhì)質(zhì)條件下，，刀間距是是和刀具的的推力有關(guān)關(guān)的，刀具具推力越大大，相對刀刀具的切深深就越大，，在硬巖情情況下，刀刀間距大約約是切深的的10-20倍。試驗(yàn)表表明，當(dāng)減減少刀間距距時(shí)，獲得得一定掘進(jìn)進(jìn)速度所需需的推力將將下降。這這意味著在在巖石非常常硬的情況況下，維持持每把刀推推力不變，，通過減少少刀間距，，可以增加加掘進(jìn)速度度；但是，，相應(yīng)要求求增加機(jī)器器總推力，，并產(chǎn)生更更小的碎石石屑。而碎碎石屑愈小小，切削巖巖石要求的的比能耗愈愈大，開挖挖過程的經(jīng)經(jīng)濟(jì)性就愈愈差。在給定地質(zhì)條條件和刀具推推力的情況下下，刀具數(shù)與與開挖直徑成成正比，刀盤盤直徑越大，，刀具數(shù)越多多。適當(dāng)增加加刀具數(shù)，有有利于避免瞬瞬間巖石物理理特性差異而而造成單個(gè)刀刀具及其相鄰鄰刀具的加速速損壞。刀盤上刀具數(shù)數(shù)量的設(shè)計(jì)基基本上取決于于以下幾個(gè)因因素：1)鉆孔直徑；；2)巖石性質(zhì)；；3)刀盤總推力力；4)盤形滾刀尺尺寸；5）刀盤轉(zhuǎn)速速盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)機(jī)刀盤通常常每圈布置置一把滾刀刀，在邊沿沿區(qū)由于施施于巖面上上的壓力減減少，刀間間距要減少少，且每圈圈的刀具數(shù)數(shù)量要增加加，如邊刀刀在8米以以上上的的大大刀刀盤盤上上以以均均分分布布置置3把以以上上為為好好。。刀盤盤直直徑徑越越大大，，所所選選盤盤形形滾滾刀刀的的直直徑徑也也應(yīng)應(yīng)越越大大。。在在理理論論上上刀刀盤盤的的回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度是是以以邊邊刀刀轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)每每分分鐘鐘＜＜120轉(zhuǎn)為為計(jì)計(jì)算算基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的。。回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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--鉆孔孔直直徑徑，，d--為滾滾刀刀直直徑徑。。因?yàn)闉榛鼗剞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度與與掘掘進(jìn)進(jìn)機(jī)機(jī)的的切切割割速速度度是是成成正正比比的的，，當(dāng)當(dāng)然然是是希希望望速速度度高高。。在在保保持持刀刀盤盤一一定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速時(shí)時(shí)，，滾滾刀刀直直徑徑加加大大是是很很有有利利的的。。滾滾刀刀直直徑徑加加大大后后滾滾刀刀軸軸承承可可相相應(yīng)應(yīng)加加大大，，使使其其提提高高了了承承載載能能力力，，有有利利于于切切割割硬硬巖巖。。同同時(shí)時(shí)單單刀刀承承載載能能力力提提高高之之后后，，刀刀齒齒切切入入巖巖層層深深度度相相應(yīng)應(yīng)增增大大，，單單刀刀破破巖巖量量亦亦增增加加，，刀刀具具使使用用壽壽命命延延長長（（l倍以以上上）），，減減少少了了換換刀刀時(shí)時(shí)間間，，從從而而提提高高了了掘掘進(jìn)進(jìn)速速度度。。采采用用大大直直徑徑滾滾刀刀，，可可以以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)以以較較少少的的刀刀具具數(shù)數(shù)量量、、較較低低的的鉆鉆進(jìn)進(jìn)扭扭矩矩、、較較高高的的鉆鉆進(jìn)進(jìn)效效率率進(jìn)進(jìn)行行鉆鉆進(jìn)進(jìn)作作業(yè)業(yè)。。刀具具直直徑徑越越大大，，承承載載能能力力越越大大，，而而刀刀具具本本身身轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速下下降降了了，，對對軸軸承承、、密密封封、、刀刀圈圈的的壽壽命命都都有有提提高高。。所所以以，，目目前前的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢是是大大直直徑徑滾滾刀刀。。但但盤盤刀刀直直徑徑加加大大，，重重量量會(huì)會(huì)增增加加，，裝裝機(jī)機(jī)更更換換會(huì)會(huì)困困難難，，所所以以17〞〞盤型型滾滾刀刀得得到到普普遍遍應(yīng)應(yīng)用用。。在均均質(zhì)質(zhì)硬硬巖巖地地層層，，滾滾刀刀的的失失效效形形式式主主要要是是刀刀圈圈磨磨損損，，也也有有軸軸承承、、密密封封早早期期失失效效、、刀刀圈圈斷斷裂裂現(xiàn)現(xiàn)象象。。刀圈圈的的耐耐磨磨性性是是問問題題的的關(guān)關(guān)鍵鍵，，在在地地層層條條件件和和掘掘進(jìn)進(jìn)參參數(shù)數(shù)一一定定的的條條件件下下，，刀刀圈圈的的耐耐磨磨性性和和刀刀圈圈的的材材料料、、制制造造工工藝藝和和金金相相組組織織有有關(guān)關(guān)，，在在材材料料確確定定的的條條件件下下，，直直觀觀反反映映刀刀圈圈耐耐磨磨性性的的指指標(biāo)標(biāo)就就是是硬硬度度了了。。刀圈圈硬硬度度與與刀刀圈圈耐耐磨磨性性對對應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系序號(hào)試驗(yàn)刀圈硬度HRC試驗(yàn)刀圈30磨損均值/刀圈數(shù)威爾特刀圈30磨損均值/刀圈數(shù)30磨損值比較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：：在西西寧寧線線桃桃花花鋪鋪隧隧道道施施工工中中，，采采用用了了威威爾爾特特公公司司的的TB880E隧道道掘掘進(jìn)進(jìn)機(jī)機(jī)，，地地層層均均勻勻，，為為石石英英片片巖巖夾夾大大理理巖巖，，節(jié)節(jié)理理較較發(fā)發(fā)育育，，刀刀圈圈硬硬度度與與刀刀圈圈耐耐磨磨性性的的對對應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系見見表表。。上表表中中30磨損損值值比比較較是是指指試試驗(yàn)驗(yàn)刀刀圈圈與與威威爾爾特特刀刀圈圈耐耐磨磨性性的的比比較較值值，，負(fù)負(fù)數(shù)數(shù)表表示示試試驗(yàn)驗(yàn)刀刀圈圈耐耐磨磨性性比比威威爾爾特特刀刀圈圈耐耐磨磨性性提提高高的的百百分分?jǐn)?shù)數(shù)，，如如-5.25表示耐磨磨性提高高5.25%,正數(shù)表示示耐磨性性降低的的百分?jǐn)?shù)數(shù),如10.7表示耐磨磨性降低低了10.7%。從表中數(shù)數(shù)據(jù)可以以看出，，硬度對對耐磨性性的影響響是很明明顯的，，硬度平平均降低低5%，相對耐耐磨性要要降低17%。因此，，在這類類地層，，往往根根據(jù)巖層層的抗壓壓強(qiáng)度選選取刀圈圈。中軟巖45—85MPa如石灰?guī)r巖砂巖巖大理理石火火山巖凝凝灰?guī)r巖用輕輕型刀圈圈中硬巖85—180MPa如白云云石片片麻麻巖花花崗巖巖片片巖長長石石用用重重型刀刀圈硬巖＞＞180MPa如閃綠綠巖硅硅巖巖角角閃巖巖硬硬質(zhì)粘粘土巖巖玄玄武巖巖燧燧石礫礫巖巖用用球齒齒刀圈圈。當(dāng)然也也有例例外，，因巖巖層的的抗壓壓強(qiáng)度度與可可鉆性性并不不完全全一致致，破破巖主主要是是靠剪剪切來來完成成的（（巖石石的剪剪切強(qiáng)強(qiáng)度往往往只只有抗抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的的1/10-20），有有些膠膠結(jié)砂砂巖，，石英英含量量很高高，耐耐磨性性很大大，抗抗壓強(qiáng)強(qiáng)度并并不太太高，，但用用球齒齒刀圈圈更好好。復(fù)合型型刀盤盤適用于于軟硬硬不勻勻的地地層,特點(diǎn)是是即可可安裝裝滾刀刀,也可安安裝切切削刀刀,在城市市地鐵鐵和市市政工工程盾盾構(gòu)施施工中中常見見。海瑞克克復(fù)合合型盾盾構(gòu)在在廣州州、深深圳、、北京京等城城市地地鐵大大量應(yīng)應(yīng)用，，日本本小松松、三三菱也也有應(yīng)應(yīng)用。。海瑞瑞克刀刀盤主主要有有兩種種布刀刀形式式：裝裝有中中心雙雙刃滾滾刀6把，雙雙刃正正滾刀刀13把，切切刀64把，邊邊刮刀刀32把，五五環(huán)超超挖刀刀1把，適適應(yīng)于于80Mpa以內(nèi)的的復(fù)合合地層層；刀刀盤裝裝有中中心雙雙刃滾滾刀4把，單單刃正正滾刀刀31把，切切刀64把，邊刮刀刀16把，五環(huán)超超挖刀1把，適應(yīng)于于160Mpa以內(nèi)的復(fù)合合地層。在在較軟的巖巖石地層滾滾刀可以更更換為齒刀刀，增加刀刀盤對不同同地層的適適應(yīng)性。這類地層的的特點(diǎn)是軟軟硬不勻，，往往是上上軟下硬，，地層軟時(shí)時(shí)滾刀易偏偏磨，外圈圈滾刀由于于受力不均均，常常出出現(xiàn)刀圈斷斷裂的情況況，特別是是遇到大的的孤石時(shí)，，在廣州、、深圳地鐵鐵的進(jìn)口刀刀盤和刀具具應(yīng)用中經(jīng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)刀圈斷裂裂和滾刀偏偏磨現(xiàn)象。。例如：在上海基礎(chǔ)礎(chǔ)公司施工工深圳水庫庫流域污水水截排工程程中，工程程地質(zhì)錯(cuò)綜綜復(fù)雜，整整個(gè)管道須須穿越340m庫尾淺覆土土段、270m灘涂段（硬硬巖段）和和300m沙灣河口段段（卵石、、沙層、巖巖層），巖巖層的單軸軸抗壓強(qiáng)度度在40-140Mpa之間。地層層描述見圖圖。盾構(gòu)機(jī)機(jī)為改制的的￠4.65m復(fù)合土壓平平衡式，刀刀盤刀具為為自行設(shè)計(jì)計(jì)，其刀具具刀盤結(jié)構(gòu)構(gòu)見圖。施施工中，中中心滾刀和和低刀位正正滾刀主要要以正常磨磨損為主，，外圈邊滾滾刀主要是是刀圈崩裂裂。為解決刀圈圈斷裂問題題，我們曾曾嘗試采取取其他措施施如把刀刃刃做厚、適適當(dāng)降低刀刀圈硬度以以提高其抗抗沖擊性能能等，但效效果都不明明顯。因地地層上下差差別大，刀刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)時(shí)邊刀經(jīng)常常會(huì)出現(xiàn)碰碰撞巖石崩崩裂，剛更更換的新滾滾刀也常發(fā)發(fā)生崩裂，，雖然改變變掘進(jìn)參數(shù)數(shù)會(huì)有所改改善，但不不能從根本本上解決問問題，針對對這種情況況，我們采采用整體球球齒盤形滾滾刀，刀圈圈和刀體做做成一體，，采用韌性性較好的材材料，如45CrNiMo一類的材料料，降低本本體的硬度度，控制在在HRC48-50，從根本上上解決刀圈圈和刀體的的開裂問題題，要保證證有足夠的的耐磨性，，在刀刃部部位鑲嵌硬硬質(zhì)合金，，硬質(zhì)合金金的硬度HRA可高達(dá)87-88，大大提高高了滾刀的的耐磨性。。球齒盤形形滾刀如圖圖5。這種球齒齒滾刀制造造了兩把，，安裝在14-1和14-2刀位，從658環(huán)到1068環(huán)，共掘進(jìn)進(jìn)了410環(huán)，與14號(hào)刀相鄰的的13號(hào)和15號(hào)刀位滾刀刀都又更換換了4次，而球齒齒滾刀一直直用到施工工結(jié)束，使使用后的球球齒滾刀無無論是耐磨磨性還是抗抗斷性都很很好。這種種滾刀的造造價(jià)約比正正常滾刀提提高50%，通常不更換換外殼，即軸軸承壽命和刀刀體壽命相當(dāng)當(dāng)。6.提高盾構(gòu)機(jī)刀刀具壽命的途途徑6.1嚴(yán)把刀具零件件和裝配質(zhì)量量關(guān)6.2合理選用刀具具及刀盤結(jié)構(gòu)構(gòu)6.3正確的掘進(jìn)施施工參數(shù)6.4新型耐磨材料料的研發(fā)和應(yīng)應(yīng)用1）發(fā)展新的鋼鋼結(jié)合金破巖巖刀具