1、會計學1盾構掘進機破巖刀具盾構掘進機破巖刀具(doj)第一頁，共50頁。第1頁/共50頁第二頁，共50頁。第2頁/共50頁第三頁，共50頁。第3頁/共50頁第四頁，共50頁。第4頁/共50頁第五頁，共50頁。第5頁/共50頁第六頁，共50頁。第6頁/共50頁第七頁，共50頁。各類刀具的主要(zhyo)破巖機理刀具類型刮刀楔齒滾刀球齒滾刀盤形滾刀主要破巖機理刮 削剪 切龜 裂擠 壓研 磨運動形式滑動滾動+微滑滾動+滑動滾動+滑動刀齒形狀刨刀狀楔狀球面狀楔狀第7頁/共50頁第八頁，共50頁。第8頁/共50頁第九頁，共50頁。第9頁/共50頁第十頁，共50頁。第10頁/共50頁第十一頁，共50頁。第

2、11頁/共50頁第十二頁，共50頁。第12頁/共50頁第十三頁，共50頁。第13頁/共50頁第十四頁，共50頁。第14頁/共50頁第十五頁，共50頁。第15頁/共50頁第十六頁，共50頁。常用(chn yn)刀圈材料成分 類 別CSiMnPSCrMoVNiCu9Cr2Mo0.85-0.950.2-0.40.2-0.40.030.031.4-2.00.2-0.46Cr4Mo2W2V0.5-0.70.2-0.40.2-0.40.010.023.5-4.52.0-3.01.0-1.54Cr5MoSiV10.32-0.420.2-0.50.8-1.24.75-5.51.1-1.750.8-1.2Rob

3、bins刀圈實測0.390.530.650.0180.0090.840.241.620.25Wirth刀圈實測0.500.760.320.0320.0195.151.170.720.250.13第16頁/共50頁第十七頁，共50頁。各國工具鋼材料(cilio)標準比較標準牌號CMnSiCrMoVGB4Cr5MoSiV10.32-0.420.2-0.50.8-1.24.75-5.51.1-1.750.8-1.2DINX40CrMoV510.37-0.420.3-0.50.9-1.24.8-5.51.2-1.50.9-1.1JISSKD610.32-0.420.50.8-1.24.5-5.51.0

4、-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(hjn)結構鋼材料標準比較標準牌號CMnSiCrMoNiGB40CrNiMoA0.37-0.440.5-0.80.17-0.370.6-0.90.15-0.25DIN36CrNiMo40.32-0.400.5-0.80.40.9-1.20.15-0.30.9-1.2JISSNCM4390.36-0.430.6-0.90.15-0.350.6-1.

5、00.15-0.301.6-2.0NF40NCD30.37-0.440.6-0.90.4 0.9-1.20.15-0.31.3-1.7ASTM43400.38-0.430.6-0.80.15-0.350.7-0.90.2-0.31.65-2.0第17頁/共50頁第十八頁，共50頁。國外刀圈性能(xngnng) 表2類 別b(Mpa)5%aK(J/Cm2)HRCX50CrMoV51(Wirth刀圈實測)20505.5101454574340Robbins刀圈實測405253 通過對國外刀圈解剖分析和我們的研究，各刀圈制造公司對標準材料都會作適當調(diào)整，并采用特殊的冶煉工藝、鍛造工藝和熱處理工藝,保

6、證刀圈的綜合性能。 球齒刀圈是在鋼基體上鑲嵌硬質(zhì)合金刀頭，硬質(zhì)合金刀頭呈球狀或楔狀，硬質(zhì)合金硬度為HRA85-88。一般認為，抗壓強度超過175Mpa的堅硬巖采用球齒刀圈，它很好地解決了刀圈硬度（主要由合金球頭滿足硬度）和韌性（刀圈基體不要求太高硬度，韌性增加）的矛盾，其壽命是鋼刀(n do)圈的3-5倍。但制造成本較高。第18頁/共50頁第十九頁，共50頁。3.2刀具密封裝置：刀具密封裝置： 密封是保證滾刀內(nèi)腔的潤滑劑不漏出并防止外來物進入，對保密封是保證滾刀內(nèi)腔的潤滑劑不漏出并防止外來物進入，對保證軸承正常工作和延長工作壽命是十分重要的。采用金屬浮動密封環(huán)證軸承正常工作和延長工作壽命是十分

7、重要的。采用金屬浮動密封環(huán)密封。密封。 金屬浮動密封環(huán)密封屬于機械端面密封的一種，這種密封在均金屬浮動密封環(huán)密封屬于機械端面密封的一種，這種密封在均勻載荷、潤滑優(yōu)良的條件下試驗壽命高達勻載荷、潤滑優(yōu)良的條件下試驗壽命高達5000h。由于滾刀作業(yè)受力。由于滾刀作業(yè)受力的復雜多變、使用環(huán)境惡劣，有一定的外部介質(zhì)壓力等，使用壽命會的復雜多變、使用環(huán)境惡劣，有一定的外部介質(zhì)壓力等，使用壽命會降低很多，但還是能滿足滾刀使用要求的。降低很多，但還是能滿足滾刀使用要求的。 這種密封由兩個嚙合的金屬密封環(huán)和兩個富有彈性的復合橡膠這種密封由兩個嚙合的金屬密封環(huán)和兩個富有彈性的復合橡膠(xingjio)密封圈組成

8、。具有浮動能力，可補償裝配端間隙或防止偏密封圈組成。具有浮動能力，可補償裝配端間隙或防止偏斜。金屬密封環(huán)是密封裝置中的主要零件，其結構及質(zhì)量的好壞起決斜。金屬密封環(huán)是密封裝置中的主要零件，其結構及質(zhì)量的好壞起決定性作用。金屬密封環(huán)采用高硬度的耐磨高鉻鉬的鑄鐵材料，硬度定性作用。金屬密封環(huán)采用高硬度的耐磨高鉻鉬的鑄鐵材料，硬度HRC60-65，工作表面粗糙度，工作表面粗糙度Ra0.1um，表面平面度，表面平面度0.0015mm。這種金屬密封環(huán)其特點如下：這種金屬密封環(huán)其特點如下： 采用采用4度導油斜面及大曲率半徑球面環(huán)與平面環(huán)結構，有利于形度導油斜面及大曲率半徑球面環(huán)與平面環(huán)結構，有利于形成油膜

9、成油膜,以保證軸承潤滑油不泄漏及阻止泥土進入軸承腔；以保證軸承潤滑油不泄漏及阻止泥土進入軸承腔； 采用高光潔度及硬度工作面，減少了摩擦阻力，使工作面貼合采用高光潔度及硬度工作面，減少了摩擦阻力，使工作面貼合良好，提高密封性能；良好，提高密封性能；（3） 浮動密封環(huán)采用的復合橡膠浮動密封環(huán)采用的復合橡膠(xingjio)0型密封圈型密封圈,具有可壓具有可壓縮性大及回彈性好等特點。始終對金屬環(huán)施加壓力，讓金屬環(huán)工作面縮性大及回彈性好等特點。始終對金屬環(huán)施加壓力，讓金屬環(huán)工作面始終接觸，保證軸承潤滑油不泄漏及阻止泥土進入軸承腔，起到密封始終接觸，保證軸承潤滑油不泄漏及阻止泥土進入軸承腔，起到密封效果

10、。效果。第19頁/共50頁第二十頁，共50頁。 滾刀(n do)橡膠密封件性能指標 項目浮封環(huán)用0型密封圈其它位置O形密封圈硬度(邵爾A型)605705扯斷強度MPa 最小911扯斷伸長率 最小300220壓縮水久變形最大(空氣10022h)4035第20頁/共50頁第二十一頁，共50頁。3.3刀具軸承刀具軸承滾柱滾珠軸承滾柱滾珠軸承 早期使用范圍最廣的刀具軸承是滾柱滾珠軸承，它用滾柱承受很高的徑向載荷和沖擊載荷，用滾珠承受推力，把滾刀和軸承固定在一起。滾刀體和軸起滾道的作用，兩者均用優(yōu)質(zhì)合金鋼做成，經(jīng)硬化和研磨處理。由于這種刀具拆卸維修早期使用范圍最廣的刀具軸承是滾柱滾珠軸承，它用滾柱承受很

11、高的徑向載荷和沖擊載荷，用滾珠承受推力，把滾刀和軸承固定在一起。滾刀體和軸起滾道的作用，兩者均用優(yōu)質(zhì)合金鋼做成，經(jīng)硬化和研磨處理。由于這種刀具拆卸維修(wixi)不方便，在盾構掘進機滾刀上已普遍被圓錐滾子軸承代替。不方便，在盾構掘進機滾刀上已普遍被圓錐滾子軸承代替。第21頁/共50頁第二十二頁，共50頁。圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承 這類軸承采用錐形滾柱和滾道，具有以下的優(yōu)點：這類軸承采用錐形滾柱和滾道，具有以下的優(yōu)點：1) 能同時承受徑向載荷和軸向推力；能同時承受徑向載荷和軸向推力；2) 就相同的軸承尺寸而言，承載能力更大，相對壽命更長；就相同的軸承尺寸而言，承載能力更大，相對壽命更長；3) 調(diào)

12、節(jié)性能：不管是軸向游隙還是預加負荷，均能按設計要求達到最佳性能；調(diào)節(jié)性能：不管是軸向游隙還是預加負荷，均能按設計要求達到最佳性能；4) 其錐型結構而固有的自動移油特點，能從滾道接觸區(qū)域除去任何微粒沾染物，其錐型結構而固有的自動移油特點，能從滾道接觸區(qū)域除去任何微粒沾染物，大大降低了受工作環(huán)境污染物的影響；大大降低了受工作環(huán)境污染物的影響；5)與其他類型的磙子軸承相比，因純滾動效果與其他類型的磙子軸承相比，因純滾動效果(xiogu)較佳，摩擦系數(shù)減少，較佳，摩擦系數(shù)減少，速度提高；速度提高；6) 由于其內(nèi)外滾道可分離，安裝和拆卸十分簡便；由于其內(nèi)外滾道可分離，安裝和拆卸十分簡便； 由于圓錐滾子軸

13、承具有上述一系列的優(yōu)點，能很好滿足滾刀的工況要求。 目前國外滾刀生產(chǎn)廠家大多選用美國鐵姆肯 (TIMKEN)和日本NTN等公司的軸承。 17雙盤正滾刀軸承: 型號HH224334/224335HH224310：額定動負荷C=630kN，額定靜負荷C0 = 906kN； 17雙盤中心滾刀邊滾刀軸承: 型號H924045-H924010）：額定動負荷C=453kN，額定靜負荷C0=610kN。 由于進口軸承價格高、交貨期長，九久公司和軸研所、軸承廠合作已制造出滾刀用軸承，使用性能正逐漸被用戶接受。 目前生產(chǎn)刀具軸承的材料是低碳鉻鎳鋼如20CrNi3Mo，常常通過特殊的冶煉工藝保證(bozhng)鋼

14、材的純凈度，通過深層滲碳熱處理工藝，保證(bozhng)表面HRC58-60，芯部HRC43-45。第22頁/共50頁第二十三頁，共50頁。刀具軸承的壽命受潤滑條件、裝配預緊量、載荷特性、內(nèi)在質(zhì)量(zhling)等影響，但主要和工作載荷大小、轉(zhuǎn)速有關，負荷加倍，壽命將降低大約90%，負荷減半，壽命將增加10倍；轉(zhuǎn)速加倍，壽命將降低一半，速度減半，壽命將增加一倍。刀盤設計和刀具選用時一定要考慮軸承的這一特性。第23頁/共50頁第二十四頁，共50頁。第24頁/共50頁第二十五頁，共50頁。4. 刮刀的結構和材料刮刀的結構和材料 刮刀是由刀座、刀體和刀刃三部分組成的，刀座是與刀盤連刮刀是由刀座、刀體

15、和刀刃三部分組成的，刀座是與刀盤連接的部分，與刀盤的連接有焊接如先行刀、螺栓連接如邊刮刀接的部分，與刀盤的連接有焊接如先行刀、螺栓連接如邊刮刀、插銷接如正面刮刀，替換滾刀部位的齒刀或切刀與滾刀的安、插銷接如正面刮刀，替換滾刀部位的齒刀或切刀與滾刀的安裝方式相同。裝方式相同。 刀座有的是與刀體成一體的，有的是與刀體焊接的。與刀體刀座有的是與刀體成一體的，有的是與刀體焊接的。與刀體焊接的刀座材料一般是低碳低合金鋼。焊接的刀座材料一般是低碳低合金鋼。 刀體對硬質(zhì)合金刀刃起支撐和保護作用，要有足夠的強度刀體對硬質(zhì)合金刀刃起支撐和保護作用，要有足夠的強度和耐磨性，通常選用中碳中合金鋼或空淬鋼，使硬度達到

16、和耐磨性，通常選用中碳中合金鋼或空淬鋼，使硬度達到HRC40以上，也常常采用表面硬化技術或局部堆焊耐磨層。以上，也常常采用表面硬化技術或局部堆焊耐磨層。 刮刀刃是刮刀刮削巖土和保護刀體不被磨損的關鍵部位，刮刀刃是刮刀刮削巖土和保護刀體不被磨損的關鍵部位，通常是用硬質(zhì)合金做成的，硬質(zhì)合金的型號為通常是用硬質(zhì)合金做成的，硬質(zhì)合金的型號為YG11C。其大小。其大小和形狀根據(jù)部位、作用、地層設計。和形狀根據(jù)部位、作用、地層設計。 刀刃與刀體的的連接是關鍵，具體工藝有釬焊、鑲嵌和鑲刀刃與刀體的的連接是關鍵，具體工藝有釬焊、鑲嵌和鑲嵌焊，連接強度要求大于嵌焊，連接強度要求大于250MPa。釬焊時，焊料。釬

17、焊時，焊料(hnlio)和和焊接方法、工藝是很關鍵的，焊料焊接方法、工藝是很關鍵的，焊料(hnlio)有銅基和銀基兩大有銅基和銀基兩大類，焊接方法有高頻焊和真空焊等。類，焊接方法有高頻焊和真空焊等。第25頁/共50頁第二十六頁，共50頁。第26頁/共50頁第二十七頁，共50頁。 幾種刀具的推薦使用(shyng)范圍分類抗壓強度 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 85180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

18、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.盾構機刀具盾構機刀具(doj)的應用及對地層的適應性的應用及對地層的適應性第27頁/共50頁第二十八頁，共50頁。5 .1 盾構掘進機刀具在國內(nèi)的應用盾構掘進機刀具在國內(nèi)的應用 目前我國在地鐵、引水工程、鐵路隧道和過江隧道等工程中大量目前我國在地鐵、引水工程、鐵路隧道和過江隧道等工程中大量應用盾構掘進機，其刀具應用很普遍。主要以進口為主，各施工單位先應用盾構掘進機，其刀具應用很普遍。主要以進口為主，各施工單位先后購進了威爾特、海瑞后購進了威爾特、海瑞(hi ru)克、羅賓斯、三菱、小松、旁萬利、黑克、羅賓斯、三菱、小松、旁萬利、

19、黑金剛等世界先進廠家的盾構掘進機刀具，已成為盾構掘進機刀具應用大金剛等世界先進廠家的盾構掘進機刀具，已成為盾構掘進機刀具應用大國。主要以國。主要以17滾刀為主，也有滾刀為主，也有19規(guī)格的。國內(nèi)也先后有多個廠家參與刀規(guī)格的。國內(nèi)也先后有多個廠家參與刀具研制，如一重、戚所、南齒、洛陽九久、江鉆等。具研制，如一重、戚所、南齒、洛陽九久、江鉆等。國內(nèi)主要工程應用(yngyng)國外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 1

20、7盤形滾刀 第28頁/共50頁第二十九頁，共50頁。洛陽(lu yn)九久公司盾構掘進機刀具應用一覽表 序號使用單位工程名稱掘進機型號刀具種類1中鐵隧道集團秦嶺隧道維爾特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線羅湖段三菱重工ST614017滾刀、刀圈7上?；A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

21、二號線?；识魏Ｈ鹂薊PB628017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線草陶項目海瑞克刀圈、滾刀 第29頁/共50頁第三十頁，共50頁。5.2 滾刀的組合設計滾刀的組合設計(刀盤的設計刀盤的設計) 刀盤是盾構的主要工作部件，不同工程的地質(zhì)條件應

22、采用不同的刀盤結構形式及刀具布置方式及刀具形狀。刀盤及刀具的好壞直接影響盾構掘進機的切削效果和掘進速度，關系到盾構施工的成敗，影響盾構機的掘進速度和效益。刀盤是盾構的主要工作部件，不同工程的地質(zhì)條件應采用不同的刀盤結構形式及刀具布置方式及刀具形狀。刀盤及刀具的好壞直接影響盾構掘進機的切削效果和掘進速度，關系到盾構施工的成敗，影響盾構機的掘進速度和效益。刀盤刀具布置原則刀盤刀具布置原則1) 刀具覆蓋整個斷面；刀具覆蓋整個斷面；2）使刀盤受力均衡、振動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；）使刀盤受力均衡、振動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；3) 盡量使各刀具磨損均勻、盡量使?jié)L刀純滾動，即刀具母線過刀盤中心；盡量使各刀具磨損均勻、盡量使?jié)L

23、刀純滾動，即刀具母線過刀盤中心；4) 有利于保證有利于保證 掘進直徑掘進直徑(zhjng)；5) 方便排除巖土；方便排除巖土；6) 便于裝拆和檢查修理。便于裝拆和檢查修理。盾構機刀具的選用原則：盾構機刀具的選用原則：1) 適應地層，能快速掘進適應地層，能快速掘進;2) 刀具費用少刀具費用少;3) 安全性安全性;4) 破碎每一單位破碎每一單位(dnwi)體積巖石動力消耗少體積巖石動力消耗少.第30頁/共50頁第三十一頁，共50頁。5.3盾構機刀盤常見結構與應用盾構機刀盤常見結構與應用 根據(jù)地層的不同根據(jù)地層的不同,刀盤的結構及其刀具的組合布置、對刀刀盤的結構及其刀具的組合布置、對刀具性能的要求也

24、不同。刀盤大體分為三類：具性能的要求也不同。刀盤大體分為三類：刮刀類刀盤、滾刀類刀盤和復合類刀盤。刮刀類刀盤、滾刀類刀盤和復合類刀盤。刮刀類刀盤刮刀類刀盤 適用于軟土及沙卵石適用于軟土及沙卵石(lunsh)地層，一般中心布魚尾中心地層，一般中心布魚尾中心刀，正面布切削刀，邊沿布邊刮刀，根據(jù)地層的實際情況決定刀，正面布切削刀，邊沿布邊刮刀，根據(jù)地層的實際情況決定是否布先行刀。是否布先行刀。第31頁/共50頁第三十二頁，共50頁。刮刀刀盤邊刮刀通常是連續(xù)布置的,其體積(tj)也大,布刀重疊系數(shù)大,一般是4-8,正面刮刀重疊系數(shù)隨著半徑的減少也變小,一般是1-3,切削刀根據(jù)地層需要有連續(xù)的,但大多數(shù)

25、是不連續(xù)的。且都是成對布置，以滿足刀盤正反轉(zhuǎn)的需要。使用中刮刀的損壞有：刮刀磨損、刮刀刀刃崩裂或斷裂、 刮刀掉齒。第32頁/共50頁第三十三頁，共50頁。滾刀類刀盤滾刀類刀盤適用于全斷面巖層適用于全斷面巖層(yncng)，特別是中硬以上地層，目前主要是，特別是中硬以上地層，目前主要是17盤型滾刀。盤型滾刀。第33頁/共50頁第三十四頁，共50頁。刀盤各區(qū)的刀具特點刀盤各區(qū)的刀具特點 根據(jù)刀盤上三個性質(zhì)不同的區(qū)域根據(jù)刀盤上三個性質(zhì)不同的區(qū)域(中心區(qū)，正面區(qū)及邊緣區(qū)中心區(qū)，正面區(qū)及邊緣區(qū))的特性，布刀時一定要充分考慮。的特性，布刀時一定要充分考慮。中心區(qū)中心區(qū) 該區(qū)是刀盤的中心，特點是空間小，滾刀

26、的轉(zhuǎn)彎半徑小該區(qū)是刀盤的中心，特點是空間小，滾刀的轉(zhuǎn)彎半徑小，所以滾刀以滑動為主，在小刀盤上常安裝單支點中心刀。大，所以滾刀以滑動為主，在小刀盤上常安裝單支點中心刀。大刀盤常用同規(guī)格的盤形滾刀。刀盤常用同規(guī)格的盤形滾刀。中心刀與正滾刀的主要差別：中心刀與正滾刀的主要差別：成組安裝：有兩個一組、三個一組和六個一組。成組安裝：有兩個一組、三個一組和六個一組。密封形式密封形式: 單密封環(huán)與軸承或刀體配對。單密封環(huán)與軸承或刀體配對。軸承型號：軸承常選用大角度的，且預緊力也大。軸承型號：軸承常選用大角度的，且預緊力也大。正面區(qū)正面區(qū) 該區(qū)處于中心區(qū)和邊沿區(qū)之間，工作時刀具正對著掌子面該區(qū)處于中心區(qū)和邊沿

27、區(qū)之間，工作時刀具正對著掌子面，有一定的轉(zhuǎn)彎半徑，是以所謂的純滾動工作，又有足夠的布，有一定的轉(zhuǎn)彎半徑，是以所謂的純滾動工作，又有足夠的布置空間，所以該區(qū)布刀容易置空間，所以該區(qū)布刀容易(rngy)，刀具壽命也長。，刀具壽命也長。 在硬巖中鉆進時，在硬巖中鉆進時， “純滾動純滾動”無論是刀具軸承壽命還是刀無論是刀具軸承壽命還是刀圈壽命都有提高。圈壽命都有提高。邊緣區(qū)邊緣區(qū) 該區(qū)位于刀盤的邊沿，其刀具不但承擔的破巖量大，且該區(qū)位于刀盤的邊沿，其刀具不但承擔的破巖量大，且刀具受力復雜，還要保證開挖直徑，所以，常常布刀量要多，刀具受力復雜，還要保證開挖直徑，所以，常常布刀量要多，有些公司還對刀圈形狀

28、和刀體進行特殊處理，作成專用邊刀。有些公司還對刀圈形狀和刀體進行特殊處理，作成專用邊刀。第34頁/共50頁第三十五頁，共50頁。刀具數(shù)量和刀間距刀具數(shù)量和刀間距 在給定地質(zhì)條件下，刀間距是和刀具的推力有關的，刀具在給定地質(zhì)條件下，刀間距是和刀具的推力有關的，刀具推力越大，相對刀具的切深就越大，在硬巖情況下，刀間距大約推力越大，相對刀具的切深就越大，在硬巖情況下，刀間距大約是切深的是切深的10-20倍。試驗表明，當減少刀間距時，獲得一定掘進倍。試驗表明，當減少刀間距時，獲得一定掘進速度所需的推力將下降。這意味著在巖石非常硬的情況下，維持速度所需的推力將下降。這意味著在巖石非常硬的情況下，維持每把

29、刀推力不變，通過減少刀間距，可以增加掘進速度；但是，每把刀推力不變，通過減少刀間距，可以增加掘進速度；但是，相應要求增加機器總推力，并產(chǎn)生更小的碎石屑。而碎石屑愈小相應要求增加機器總推力，并產(chǎn)生更小的碎石屑。而碎石屑愈小，切削巖石要求的比能耗愈大，開挖過程的經(jīng)濟性就愈差。，切削巖石要求的比能耗愈大，開挖過程的經(jīng)濟性就愈差。 在給定地質(zhì)條件和刀具推力的情況下，刀具數(shù)與開挖直徑成在給定地質(zhì)條件和刀具推力的情況下，刀具數(shù)與開挖直徑成正比，刀盤直徑越大，刀具數(shù)越多。適當增加刀具數(shù)，有利于避正比，刀盤直徑越大，刀具數(shù)越多。適當增加刀具數(shù)，有利于避免免(bmin)瞬間巖石物理特性差異而造成單個刀具及其相鄰

30、刀具瞬間巖石物理特性差異而造成單個刀具及其相鄰刀具的加速損壞。的加速損壞。刀盤上刀具數(shù)量的設計基本上取決于以下幾個因素：刀盤上刀具數(shù)量的設計基本上取決于以下幾個因素：1) 鉆孔直徑；鉆孔直徑；2) 巖石性質(zhì)；巖石性質(zhì)；3) 刀盤總推力；刀盤總推力；4) 盤形滾刀尺寸；盤形滾刀尺寸；5）刀盤轉(zhuǎn)速）刀盤轉(zhuǎn)速 盾構掘進機刀盤通常每圈布置一把滾刀，在邊沿區(qū)由于施盾構掘進機刀盤通常每圈布置一把滾刀，在邊沿區(qū)由于施于巖面上的壓力減少，刀間距要減少，且每圈的刀具數(shù)量要增加于巖面上的壓力減少，刀間距要減少，且每圈的刀具數(shù)量要增加，如邊刀在，如邊刀在8米以上的大刀盤上以均分布置米以上的大刀盤上以均分布置3把以上

31、為好。把以上為好。第35頁/共50頁第三十六頁，共50頁。 刀盤直徑越大，所選盤形滾刀的直徑也應越大。在理論上刀盤的回轉(zhuǎn)速度是以邊刀轉(zhuǎn)數(shù)每分鐘120轉(zhuǎn)為計算基礎的?；剞D(zhuǎn)速度RS用以下近似公式(gngsh)表示： RS = 120d / D，式中：D-鉆孔直徑， d-為滾刀直徑。 因為回轉(zhuǎn)速度與掘進機的切割速度是成正比的，當然是希望速度高。在保持刀盤一定轉(zhuǎn)速時，滾刀直徑加大是很有利的。滾刀直徑加大后滾刀軸承可相應加大，使其提高了承載能力，有利于切割硬巖。同時單刀承載能力提高之后，刀齒切入巖層深度相應增大，單刀破巖量亦增加，刀具使用壽命延長（l倍以上），減少了換刀時間，從而提高了掘進速度。采用大直

32、徑滾刀，可以實現(xiàn)以較少的刀具數(shù)量、較低的鉆進扭矩、較高的鉆進效率進行鉆進作業(yè)。刀具直徑越大，承載能力越大，而刀具本身轉(zhuǎn)速下降了，對軸承、密封、刀圈的壽命都有提高。所以，目前的發(fā)展趨勢是大直徑滾刀。但盤刀直徑加大，重量會增加，裝機更換會困難，所以17盤型滾刀得到普遍應用。 第36頁/共50頁第三十七頁，共50頁。 在均質(zhì)硬巖地層，滾刀的失效形式主要是刀圈磨損，也有軸承、密封(mfng)早期失效、刀圈斷裂現(xiàn)象。刀圈的耐磨性是問題的關鍵，在地層條件和掘進參數(shù)一定的條件下，刀圈的耐磨性和刀圈的材料、制造工藝和金相組織有關，在材料確定的條件下，直觀反映刀圈耐磨性的指標就是硬度了。第37頁/共50頁第三十

33、八頁，共50頁。第38頁/共50頁第三十九頁，共50頁。刀圈硬度與刀圈耐磨性對應(duyng)關系序號試驗刀圈硬度HRC試驗刀圈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1-154-57865/2914/1-5.251-254-571075/5108/2-0.461-354-5793/2922/10.871-454-57185/51843/20.381-554-572092/22302/2-9.121-654-571333/31411/1-5.51-751-5411.75/110.61/110.71-851-5428.38/224.22/217.18 例如：在西寧線桃花鋪

34、隧道施工中，采用了威爾特公司的TB880E隧道掘進機，地層均勻，為石英片巖夾大理巖，節(jié)理(jil)較發(fā)育，刀圈硬度與刀圈耐磨性的對應關系見表。第39頁/共50頁第四十頁，共50頁。上表中30磨損值比較是指試驗刀圈與威爾特刀圈耐磨性的比較值，負數(shù)表示試驗刀圈耐磨性比威爾特刀圈耐磨性提高的百分數(shù)，如-5.25表示耐磨性提高5.25%,正數(shù)表示耐磨性降低的百分數(shù),如10.7表示耐磨性降低了10.7%。 從表中數(shù)據(jù)可以看出，硬度對耐磨性的影響是很明顯的，硬度平均降低5%，相對耐磨性要降低17%。因此，在這類地層，往往根據(jù)巖層的抗壓強度選取刀圈。中軟巖 4585MPa如石灰?guī)r 砂巖 大理石 火山巖 凝灰

35、巖 用輕型(qn xn)刀圈中硬巖 85180MPa 如白云石 片麻巖花崗巖 片巖 長石 用重型刀圈硬巖 180MPa如閃綠巖 硅巖 角閃巖 硬質(zhì)粘土巖 玄武巖 燧石 礫 巖用球齒刀圈。 當然也有例外，因巖層的抗壓強度與可鉆性并不完全一致，破巖主要是靠剪切來完成的（巖石的剪切強度往往只有抗壓強度的1/10-20），有些膠結砂巖，石英含量很高，耐磨性很大，抗壓強度并不太高，但用球齒刀圈更好。第40頁/共50頁第四十一頁，共50頁。第41頁/共50頁第四十二頁，共50頁。 海瑞克復合型盾構在廣州、深圳、北京等城市地鐵大量應用，日本小松、三菱也有應用。海瑞克刀盤主要有兩種布刀形式：裝有中心雙刃滾刀6

36、把，雙刃正滾刀13把，切刀64把，邊刮刀32把，五環(huán)超挖刀1把，適應于80Mpa以內(nèi)的復合地層；刀盤裝有中心雙刃滾刀4把，單刃正滾刀31把，切刀64把，邊刮刀16把，五環(huán)超挖刀1把，適應于160Mpa以內(nèi)的復合地層。在較軟的巖石地層滾刀可以更換(gnhun)為齒刀，增加刀盤對不同地層的適應性。這類地層的特點是軟硬不勻，往往是上軟下硬，地層軟時滾刀易偏磨，外圈滾刀由于受力不均，常常出現(xiàn)刀圈斷裂的情況，特別是遇到大的孤石時，在廣州、深圳地鐵的進口刀盤和刀具應用中經(jīng)常會出現(xiàn)刀圈斷裂和滾刀偏磨現(xiàn)象。 第42頁/共50頁第四十三頁，共50頁。例如：在上?；A公司施工深圳水庫流域污水截排工程中，工程地質(zhì)錯

37、綜復雜，整個管道須穿越例如：在上?；A公司施工深圳水庫流域污水截排工程中，工程地質(zhì)錯綜復雜，整個管道須穿越340m庫尾淺覆土段、庫尾淺覆土段、270m灘涂段（硬巖段）和灘涂段（硬巖段）和300m沙灣河口段（卵石、沙層、巖層），巖層的單軸抗壓強度在沙灣河口段（卵石、沙層、巖層），巖層的單軸抗壓強度在40-140Mpa之間。地層描述見圖。盾構機為改制的之間。地層描述見圖。盾構機為改制的4.65m復合土壓平衡式，刀盤刀具為自行設計，其刀具刀盤結構見圖。施工中，中心滾刀和低刀位正滾刀主要以正常磨損復合土壓平衡式，刀盤刀具為自行設計，其刀具刀盤結構見圖。施工中，中心滾刀和低刀位正滾刀主要以正常磨損(m

38、sn)為主，外圈邊滾刀主要是刀圈崩裂。為主，外圈邊滾刀主要是刀圈崩裂。第43頁/共50頁第四十四頁，共50頁。第44頁/共50頁第四十五頁，共50頁。 為解決刀圈斷裂問題，我們曾嘗試采取其他措施如把刀刃做厚、適當降低刀圈硬度以提高其抗沖擊性能等，但效果都不明顯。因地層上下差別大，刀盤轉(zhuǎn)動時邊刀經(jīng)常會出現(xiàn)碰撞巖石崩裂，剛更換的新滾刀也常發(fā)生崩裂，雖然改變掘進參數(shù)會有所改善，但不能從根本上解決問題，針對這種情況，我們采用整體球齒盤形滾刀，刀圈和刀體做成一體，采用韌性較好的材料，如45CrNiMo一類的材料，降低本體的硬度，控制在HRC48-50，從根本上解決刀圈和刀體的開裂問題，要保證有足夠的耐磨性，在刀刃部位鑲嵌硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金的硬度HRA可高達87-88，大大提高了滾刀的耐磨性。球齒盤形滾刀如圖5。這種球齒滾刀制造了兩把，安裝在14-1和14-2刀位，從658環(huán)到1068環(huán)，共掘進了41