《盾構(gòu)機刀具》PPT課件

1、1 2009年年3月月 石家莊鐵道學(xué)院 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 智小慧 副教授 2 目目 錄錄 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 3 一、盾構(gòu)刀具一、盾構(gòu)刀具 v對于盾構(gòu)機來說對于盾構(gòu)機來說, ,掘削系統(tǒng)掘削系統(tǒng)即是掘削即是掘削 刀盤及其驅(qū)動系統(tǒng)。掘削系統(tǒng)對于盾刀盤及其驅(qū)動系統(tǒng)。掘削系統(tǒng)對于盾 構(gòu)機的施工效果有著決定性的影響構(gòu)機的施工效果有著決定性的影響, , 而且選擇的差異對盾構(gòu)機造價也有著而且選擇的差異對盾構(gòu)機造價也有著 很大的影響很大的影響, ,刀盤選型可以影響到總刀盤選型可以影響到總 造價

2、的造價的4 48 8, ,尤其掘削設(shè)備的裝尤其掘削設(shè)備的裝 備扭矩是盾構(gòu)機最基本的參數(shù)之一。備扭矩是盾構(gòu)機最基本的參數(shù)之一。 v盾構(gòu)機掘削刀盤盾構(gòu)機掘削刀盤即作轉(zhuǎn)動或搖動的盤即作轉(zhuǎn)動或搖動的盤 狀掘削器，由掘削地層的刀具，穩(wěn)定狀掘削器，由掘削地層的刀具，穩(wěn)定 掘削面的面板，出土槽口，轉(zhuǎn)動或搖掘削面的面板，出土槽口，轉(zhuǎn)動或搖 動的驅(qū)動機構(gòu)，軸承機構(gòu)等構(gòu)成。動的驅(qū)動機構(gòu)，軸承機構(gòu)等構(gòu)成。 石家莊鐵道學(xué)院 某刀盤實物照片 Shijiazhuang railway institute 4 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 攪拌棒 某 刀 盤 主 驅(qū) 動 主

3、軸 承 刀 盤 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 示 意 圖 刀 盤 攪 拌 結(jié) 構(gòu) 5 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 6 盾構(gòu)機刀具可根據(jù)運動方式、布置位置和方式及形 狀等進行分類。按切削原理劃分，盾構(gòu)機的刀具一 般分為切削刀和滾刀兩種，其余形式的刀具為輔助 刀具。切削刀又分為齒刀、刮刀和先行刀等。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 按運動方式分類按安裝方式分類 7 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院 按安裝位置分類 1-8號中心齒刀 8 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuan

4、g railway institute 種類名稱用途 設(shè)置部位 固定刀具掘削掘削面面板正面 旋轉(zhuǎn)刀具掘削掘削面面板正面 超前刀具超前掘削面板正面 導(dǎo)向鉆頭破碎地層面板正面 外沿保護刀具保護刀盤外沿面板正面外沿 修邊刀具 減小推進阻力面板外沿 背面保護刀具保護背面面板面板背面 加泥嘴保護刀具保護加泥嘴加泥嘴部位 掘削障礙物刀具掘削障礙物面板正面外圍 刀具按掘削目的、設(shè)置位置和用途的分類 9 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 滾刀的示意圖和實物照片 b) 盤形滾刀圈 c) 盤形滾刀 a) 盤形 滾刀 示意 圖 10 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuan

5、g railway institute 切削刀的實物照片 a) 周邊刮刀 b) 周邊刮刀(背面) c) 周邊刀安裝位置 d) 齒刀 方柄齒刀 f) 齒刀 g) 中心齒刀 11 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 切削刀的實物照片 h) 先行刀 i) 先行刀 j) 先行刀 k) 牛角刀 l) 羊角刀 m）三棱刮刀 12 Shijiazhuang railway institute 注：等級注：等級A A、B B、C C、D D，從左至右，質(zhì)量依次提高；脫氧方法，從左至右，質(zhì)量依次提高；脫氧方法F F表示沸騰鋼，表示沸騰鋼，Z Z表示鎮(zhèn)靜鋼，表示鎮(zhèn)靜鋼，b

6、 b表示半鎮(zhèn)靜鋼，表示半鎮(zhèn)靜鋼， TZTZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼；表示特殊鎮(zhèn)靜鋼；Q235-AQ235-A，Q235-BQ235-B沸騰鋼含錳量上限為沸騰鋼含錳量上限為0.60%0.60%。 石家莊鐵道學(xué)院 3 刀具的材料 海瑞克海瑞克周邊刀的刀體是德國產(chǎn)鋼號為周邊刀的刀體是德國產(chǎn)鋼號為St52-3St52-3的鋼的鋼 材，其性能相當(dāng)于國產(chǎn)的低碳鋼材，其性能相當(dāng)于國產(chǎn)的低碳鋼Q235Q235，Q235Q235鋼的化學(xué)鋼的化學(xué) 成分和力學(xué)性能見下表。由表可知，該材料的韌性較成分和力學(xué)性能見下表。由表可知，該材料的韌性較 好但硬度較低。好但硬度較低。 Q235鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能 等等 級級 化學(xué)成分化

7、學(xué)成分 脫氧方法脫氧方法 抗拉強度抗拉強度 b b/MPa/MPa 伸長率伸長率 z z(%)(%) 硬度硬度 (HB)(HB) C CMnMn SiSi ( () ) S S ( () ) P P ( () ) A A 0.14-0.14- 0.220.22 0.30-0.30- 0.650.65 0.0350.035 0.0500.050 0.0450.045F,bF,b，Z Z 375-400375-40021-2621-26 180-180- 220220 B B 0.12-0.12- 0.200.20 0.30-0.30- 0.650.65 0.0450.045 C C0.180.1

8、8 0.30-0.30- 0.650.65 0.0400.0400.0400.040Z Z D D0.170.170.0350.035TZTZ 13 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院 海瑞克海瑞克周邊刀的刃口主要承受高應(yīng)力周邊刀的刃口主要承受高應(yīng)力 的磨粒磨損，周邊刀迎土面釬焊有的磨粒磨損，周邊刀迎土面釬焊有球齒球齒， 球齒材料為硬質(zhì)合金，主要用于承受砂球齒材料為硬質(zhì)合金，主要用于承受砂 礫、卵石的磨粒磨損與沖擊。礫、卵石的磨粒磨損與沖擊。 種種 類類 特性值特性值化學(xué)成份（化學(xué)成份（% %） 用途用途 硬度硬度 (HRA)(HRA) 抗彎強度抗彎強

9、度 (MPa)(MPa) W WC C0 0C C E E1 1909012001200878790904 48 85 56 6 E E2 2898914001400858589895 510105 56 6 E E3 3888816001600838387877 712125 56 6盾構(gòu)刀具盾構(gòu)刀具 E E4 4878717001700828286868 813135 56 6盾構(gòu)刀具盾構(gòu)刀具 E E5 5868620002000787885859 917175 56 6砂層刀具砂層刀具 超超 硬硬 鋼鋼 的的 種種 類類 及及 特特 性性 14 Shijiazhuang railway

10、institute 石家莊鐵道學(xué)院 海瑞克海瑞克齒刀由齒刀由、端部硬質(zhì)合金刀片端部硬質(zhì)合金刀片和和背部背部 球齒球齒構(gòu)成。構(gòu)成。 15 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院 海瑞克海瑞克刮刀是用硬質(zhì)合金鋼做為刮刀是用硬質(zhì)合金鋼做為刀頭刀頭，高耐，高耐 磨合金鋼作為磨合金鋼作為刀體刀體。 16 v其它進口盾構(gòu)刀具在材料方面由兩至其它進口盾構(gòu)刀具在材料方面由兩至 三種構(gòu)成，即基體材料、硬質(zhì)合金材三種構(gòu)成，即基體材料、硬質(zhì)合金材 料、刀具刃口堆焊材料等復(fù)合制成。料、刀具刃口堆焊材料等復(fù)合制成。 下表為一種用于盾構(gòu)機刀具刃口的鐵下表為一種用于盾構(gòu)機刀具刃口的鐵

11、基堆焊材料的化學(xué)成分和性能?；押覆牧系幕瘜W(xué)成分和性能。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 一種鐵基刀具刃口堆焊材料的化學(xué)成分和性能一種鐵基刀具刃口堆焊材料的化學(xué)成分和性能 化學(xué)成分化學(xué)成分 硬度硬度 （HRCHRC） C CCrCrNiNiSiSiMnMnMoMoFeFe 0.1-0.30.1-0.35-105-101-31-3110.5-20.5-20.540)(N40) 砂礫卵石砂礫卵石 (10N40)(10N40) 洪積土洪積土 ( (砂質(zhì)土砂質(zhì)土) ) (10N25) 沖擊粘土沖擊粘土 (0N10) 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù) 18 v(1) (1)

12、切削刀切削刀 v切削刀是盾構(gòu)機切削開挖面土體的主刀具，切削刀一切削刀是盾構(gòu)機切削開挖面土體的主刀具，切削刀一 般形狀如左下圖所示。一般情況下，般形狀如左下圖所示。一般情況下，(前角前角) )與與 (后角后角) )值隨切削地層特性不同變化，取值范圍在值隨切削地層特性不同變化，取值范圍在 5 52020度之間，粘土地層稍大，砂卵石地層稍小。度之間，粘土地層稍大，砂卵石地層稍小。 Shijiazhuang railway institute 切削刀一般形狀示意圖 三棱刮刀 19 切削刀為盾構(gòu)機開挖非巖質(zhì)地層的基本刀具，其形狀、切削刀為盾構(gòu)機開挖非巖質(zhì)地層的基本刀具，其形狀、 布局將對開挖效果有重要影

13、響。切削刀切削土體的示意布局將對開挖效果有重要影響。切削刀切削土體的示意 見下圖。對于軟土地層或經(jīng)滾刀破碎后的碴土將通過切見下圖。對于軟土地層或經(jīng)滾刀破碎后的碴土將通過切 刀和刮刀進行開挖。碴土隨切刀、刮刀正面進入碴槽，刀和刮刀進行開挖。碴土隨切刀、刮刀正面進入碴槽， 因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有裝載的功能。因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有裝載的功能。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 切削刀切削土體示意圖 20 顧名思義，超前刀即為先行切削土體的刀具。超前刀在設(shè)計中主顧名思義，超前刀即為先行切削土體的刀具。超前刀在設(shè)計中主 要考慮與切削

14、刀組合協(xié)同工作。刀具切削土體時，超前刀在切削刀要考慮與切削刀組合協(xié)同工作。刀具切削土體時，超前刀在切削刀 切削土體之前先行切削土體，將土體切割分塊，為切削刀創(chuàng)造良好切削土體之前先行切削土體，將土體切割分塊，為切削刀創(chuàng)造良好 的切削條件。據(jù)其作用與目的，超前刀斷面一般比切削刀的切削條件。據(jù)其作用與目的，超前刀斷面一般比切削刀斷面小斷面小。 采用超前刀采用超前刀，一般可顯著增加切削土體的流動性，大大降低切削刀，一般可顯著增加切削土體的流動性，大大降低切削刀 的扭矩，提高刀具切削效率，減少切削刀的磨耗。在松散體地層，的扭矩，提高刀具切削效率，減少切削刀的磨耗。在松散體地層， 尤其是砂卵石地層使用效果

15、十分明顯。尤其是砂卵石地層使用效果十分明顯。 超前刀刀具形狀及與切削刀協(xié)同切削土體的示意圖超前刀刀具形狀及與切削刀協(xié)同切削土體的示意圖見左見左 下圖。下圖。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute (2) (2) 超前刀超前刀( (也稱先行刀也稱先行刀) ) 超 前 刀 21 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 22 盤圈貝型刀實質(zhì)上是超前刀，盾構(gòu)機穿越砂卵石地層，盤圈貝型刀實質(zhì)上是超前刀，盾構(gòu)機穿越砂卵石地層， 特別是大粒徑砂卵石地層時，若采用滾刀型刀具，因土特別是大粒徑砂卵石地層時，若采用滾刀型刀具，因土 體屬

16、松散體，在滾刀掘進擠壓下會產(chǎn)生較大變形，大大體屬松散體，在滾刀掘進擠壓下會產(chǎn)生較大變形，大大 降低滾刀的切削效果，有時甚至喪失切削破碎能力。采降低滾刀的切削效果，有時甚至喪失切削破碎能力。采 用盤圈貝型刀，將其布置在用盤圈貝型刀，將其布置在刀盤盤圈刀盤盤圈前端面，專用于切前端面，專用于切 削砂卵石，可較好地解決盾構(gòu)機切削土體削砂卵石，可較好地解決盾構(gòu)機切削土體( (砂卵石砂卵石) )的難的難 題。題。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute (3) (3) 盤圈貝型刀盤圈貝型刀 盤圈貝型刀實物照片盤圈貝型刀實物照片盤圈貝型刀示意圖盤圈貝型刀示意圖 23 采

17、用大刀盤全斷面切削土體，布置在刀盤不同位采用大刀盤全斷面切削土體，布置在刀盤不同位 置的切削刀，從刀盤外周至中心，運動圓周逐漸減小，置的切削刀，從刀盤外周至中心，運動圓周逐漸減小， 中心點理論上可以視為零，相應(yīng)土體流動狀態(tài)也是越中心點理論上可以視為零，相應(yīng)土體流動狀態(tài)也是越 來越差。而且中心支撐部位來越差。而且中心支撐部位( (直徑約直徑約1.5 m)1.5 m)不能布置不能布置 切削刀，為改善中心部位土體的切削和攪拌效果，可切削刀，為改善中心部位土體的切削和攪拌效果，可 考慮在中心部位設(shè)計一把尺寸較大的魚尾刀。考慮在中心部位設(shè)計一把尺寸較大的魚尾刀。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang

18、 railway institute (4) (4) 魚尾刀魚尾刀 魚尾刀示意圖 24 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 根據(jù)經(jīng)驗，魚尾刀的設(shè)計和布置可應(yīng)用根據(jù)經(jīng)驗，魚尾刀的設(shè)計和布置可應(yīng)用：其一讓盾構(gòu)機分兩其一讓盾構(gòu)機分兩 步切削土體，利用魚尾刀先切削中心部位小圓斷面步切削土體，利用魚尾刀先切削中心部位小圓斷面( (直徑約直徑約1.5 1.5 m)m)土體，而后擴大到全斷面切削土體土體，而后擴大到全斷面切削土體，即將魚尾刀設(shè)計與其他切削，即將魚尾刀設(shè)計與其他切削 刀不在一個平面上，一般魚尾刀超前刀不在一個平面上，一般魚尾刀超前600 mm600 m

19、m左右，保證魚尾刀最先切削土左右，保證魚尾刀最先切削土 體；體；其二是將魚尾刀根部設(shè)計成錐形其二是將魚尾刀根部設(shè)計成錐形，使刀盤旋轉(zhuǎn)時隨魚尾刀切削下，使刀盤旋轉(zhuǎn)時隨魚尾刀切削下 來的土體，來的土體，在切向、徑向運動的基礎(chǔ)上，又增加一項翻轉(zhuǎn)運動在切向、徑向運動的基礎(chǔ)上，又增加一項翻轉(zhuǎn)運動 ( (如同犁地一般如同犁地一般) )：這樣既可解決中心部分土體的切削問題和改善切削土體：這樣既可解決中心部分土體的切削問題和改善切削土體 的流動性，又大大提高盾構(gòu)機整體掘進水平。的流動性，又大大提高盾構(gòu)機整體掘進水平。 魚尾刀切削土體示意圖魚尾刀切削土體示意圖 25 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang r

20、ailway institute (5) (5) 仿形刀仿形刀 盾構(gòu)機一般設(shè)計兩把仿形刀盾構(gòu)機一般設(shè)計兩把仿形刀( (一把備用一把備用) )，布置在輻條的，布置在輻條的 兩端。施工時，可以根據(jù)超挖多少和超挖范圍的要求，從輻兩端。施工時，可以根據(jù)超挖多少和超挖范圍的要求，從輻 條兩端徑向伸出和縮回仿形刀，達(dá)到仿形切削的目的。仿形條兩端徑向伸出和縮回仿形刀，達(dá)到仿形切削的目的。仿形 刀伸出最大值一般在刀伸出最大值一般在8080130mm130mm之間。盾構(gòu)機在曲線段推進、之間。盾構(gòu)機在曲線段推進、 轉(zhuǎn)彎或糾偏時，通過仿形超挖切削土體創(chuàng)造所需空間，保證轉(zhuǎn)彎或糾偏時，通過仿形超挖切削土體創(chuàng)造所需空間，

21、保證 盾構(gòu)機在超挖少、對周邊土體干擾小的條件下，實現(xiàn)曲線推盾構(gòu)機在超挖少、對周邊土體干擾小的條件下，實現(xiàn)曲線推 進和順利轉(zhuǎn)彎及糾偏。進和順利轉(zhuǎn)彎及糾偏。 26 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 根據(jù)廣州及深圳地鐵建設(shè)經(jīng)驗，隨著城市軌道路網(wǎng)根據(jù)廣州及深圳地鐵建設(shè)經(jīng)驗，隨著城市軌道路網(wǎng) 的延伸及建設(shè)力度的加大，盾構(gòu)區(qū)間不僅需穿越常見的的延伸及建設(shè)力度的加大，盾構(gòu)區(qū)間不僅需穿越常見的 軟弱地層，同時還需在部分硬巖地段中通過。因此在刀軟弱地層，同時還需在部分硬巖地段中通過。因此在刀 具選擇上既要考慮在軟巖中開挖的需要，也要考慮在硬具選擇上既要考慮在軟巖中開挖

22、的需要，也要考慮在硬 巖中的要求。一般認(rèn)為刮刀適用于土層及部分軟巖，盤巖中的要求。一般認(rèn)為刮刀適用于土層及部分軟巖，盤 形滾刀適用于硬巖，其中單刃滾刀能用在強度很高的巖形滾刀適用于硬巖，其中單刃滾刀能用在強度很高的巖 石中，國外曾有在抗壓強度超過石中，國外曾有在抗壓強度超過200 MPa200 MPa巖石中應(yīng)用的工巖石中應(yīng)用的工 程記錄。程記錄。 (6) 6) 滾刀滾刀 盤形滾刀圈 盤形滾刀 27 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 安裝在刀盤上的盤形滾刀在千斤頂?shù)淖饔孟戮o壓在巖面上，隨安裝在刀盤上的盤形滾刀在千斤頂?shù)淖饔孟戮o壓在巖面上，隨 著刀盤的旋

23、轉(zhuǎn)，盤形滾刀一方面繞刀盤中心軸公轉(zhuǎn)，同時繞自著刀盤的旋轉(zhuǎn)，盤形滾刀一方面繞刀盤中心軸公轉(zhuǎn)，同時繞自 身軸線自轉(zhuǎn)。滾刀在刀盤的推力、扭矩作用下，在掌子面上切身軸線自轉(zhuǎn)。滾刀在刀盤的推力、扭矩作用下，在掌子面上切 出一系列的同心圓溝槽。當(dāng)推力超過巖石的強度時，盤形滾刀出一系列的同心圓溝槽。當(dāng)推力超過巖石的強度時，盤形滾刀 刀尖下的巖石直接破碎，刀尖貫入巖石，形成壓碎區(qū)和放射狀刀尖下的巖石直接破碎，刀尖貫入巖石，形成壓碎區(qū)和放射狀 裂紋裂紋; ;進一步加壓，當(dāng)滾刀間距進一步加壓，當(dāng)滾刀間距S S滿足一定條件時，相鄰滾刀間滿足一定條件時，相鄰滾刀間 巖石內(nèi)裂紋延伸并相互貫通，形成巖石碎片而崩落，盤形滾

24、刀巖石內(nèi)裂紋延伸并相互貫通，形成巖石碎片而崩落，盤形滾刀 完成一次破巖過程。完成一次破巖過程。 28 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 硬巖滾刀破巖主要分為以下幾個步驟：硬巖滾刀破巖主要分為以下幾個步驟： 1) 1) 擠壓階段擠壓階段：滾刀在高推力作用下，切入巖石表面：滾刀在高推力作用下，切入巖石表面( (切入深切入深 度度1 110/15mm10/15mm，取決于巖體強度，取決于巖體強度) )，同時巖面產(chǎn)生局部變形及很，同時巖面產(chǎn)生局部變形及很 高的接觸應(yīng)力。并在此應(yīng)力作用下，刀刃與巖石接觸部分的巖體高的接觸應(yīng)力。并在此應(yīng)力作用下，刀刃與巖石接觸部

25、分的巖體 產(chǎn)生產(chǎn)生粉碎區(qū)粉碎區(qū)，即應(yīng)力核心區(qū)。此核心區(qū)深度越深、范圍越大對提，即應(yīng)力核心區(qū)。此核心區(qū)深度越深、范圍越大對提 高破巖效率越明顯。高破巖效率越明顯。 29 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 2) 2) 起裂階段起裂階段：沿粉碎區(qū)周邊應(yīng)力大于巖體的抗拉強度或抗剪：沿粉碎區(qū)周邊應(yīng)力大于巖體的抗拉強度或抗剪 強度時，便產(chǎn)生張拉裂縫。該裂縫是滾刀能否破巖的先訣條件。強度時，便產(chǎn)生張拉裂縫。該裂縫是滾刀能否破巖的先訣條件。 在應(yīng)力核心區(qū)下層是應(yīng)力過渡區(qū)，該區(qū)為應(yīng)力衰減區(qū)，對巖體裂在應(yīng)力核心區(qū)下層是應(yīng)力過渡區(qū)，該區(qū)為應(yīng)力衰減區(qū)，對巖體裂 縫的產(chǎn)生不起

26、控制性作用。在刀刃正下方分布有主裂縫，由于其縫的產(chǎn)生不起控制性作用。在刀刃正下方分布有主裂縫，由于其 方向與破巖方向一致，因此也不能顯著地提高破巖效率，但能加方向與破巖方向一致，因此也不能顯著地提高破巖效率，但能加 大下個循環(huán)中壓入階段應(yīng)力范圍。大下個循環(huán)中壓入階段應(yīng)力范圍。 30 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 3)3)破碎階段破碎階段：當(dāng)相鄰滾刀的間距使起裂階段產(chǎn)生的裂縫相互：當(dāng)相鄰滾刀的間距使起裂階段產(chǎn)生的裂縫相互 連通時，表面部分巖體便被裂縫分割，形成碎片并脫離開挖面。連通時，表面部分巖體便被裂縫分割，形成碎片并脫離開挖面。 31 石家莊鐵

27、道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 1) 1) 巖石硬度：巖石硬度： 在刀具擠壓階段，必須保證刀具硬度在刀具擠壓階段，必須保證刀具硬度 要高于巖石硬度，才能切入巖石表面，形成必要深度的要高于巖石硬度，才能切入巖石表面，形成必要深度的 應(yīng)力核心區(qū)。應(yīng)力核心區(qū)。 2) 2) 抗壓強度抗壓強度：刀具切入巖石表面后，當(dāng)應(yīng)力大于巖石刀具切入巖石表面后，當(dāng)應(yīng)力大于巖石 抗壓強度抗壓強度( (單向應(yīng)力條件單向應(yīng)力條件) )或抗壓強度與地層主應(yīng)力組合或抗壓強度與地層主應(yīng)力組合 值值( (三向應(yīng)力條件三向應(yīng)力條件) )時才能形成粉碎區(qū)，以保證裂縫產(chǎn)生時才能形成粉碎區(qū)，以保證裂縫

28、產(chǎn)生 位置具有一定深度。位置具有一定深度。 3) 3) 抗拉強度抗拉強度：是裂縫形成的力學(xué)原因。是裂縫形成的力學(xué)原因。 影響裂縫能否形成的直接因素有影響裂縫能否形成的直接因素有： 32 Shijiazhuang railway institute 根據(jù)以往工程實踐及試驗數(shù)據(jù)，影響破巖效率的因素有： 1) 脆性脆性/塑性塑性:是對抗壓強度、抗拉強度的綜合評價，適用 于抗壓強度較大(小)，而抗拉強度較小(大)巖石。有關(guān)文獻資料 顯示在同樣條件下，脆性巖體在擠壓階段所需時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于塑 性巖體(約八分之一)。 2) 耐磨性耐磨性:本指標(biāo)直接關(guān)系到盾構(gòu)機掘進效率，是承包商 進行刀具壽命及備品估算、工期籌

29、劃的主要依據(jù)。根據(jù)國外資 料統(tǒng)計在耐磨性小的巖石中，更換刀具時間占總停工時間的3%， 而在高耐磨性巖石中有20%之多；以每掘進1米時間計算，耐磨 性小的巖石為0.020.05 hr/m，而高耐磨性巖石則可高達(dá)0.2hr/m。 石家莊鐵道學(xué)院影響破巖效率的因素影響破巖效率的因素： 33 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute (7) (7) 齒刀齒刀 在巖石較軟的情況下掘進時，由于盤形滾刀與巖在巖石較軟的情況下掘進時，由于盤形滾刀與巖 石掌子面之間不能產(chǎn)生一定的附著力，將導(dǎo)致滾刀石掌子面之間不能產(chǎn)生一定的附著力，將導(dǎo)致滾刀 不能滾動而產(chǎn)生不能滾動而產(chǎn)生弦磨弦

30、磨，滾刀不能滾動將失去有效的，滾刀不能滾動將失去有效的 破巖功能。因此，在較軟的巖層中應(yīng)將部分盤形滾破巖功能。因此，在較軟的巖層中應(yīng)將部分盤形滾 刀更換成齒刀，利用齒刀進行破巖。由于齒刀上裝刀更換成齒刀，利用齒刀進行破巖。由于齒刀上裝 有有2 2個切削刃，因此刀盤正反轉(zhuǎn)時齒刀都能進行破個切削刃，因此刀盤正反轉(zhuǎn)時齒刀都能進行破 巖。巖。 齒齒 刀刀 破破 巖巖 機機 理理 圖圖 34 刀具布置有兩種方式刀具布置有兩種方式： 第一種為第一種為刀具整體連續(xù)排列刀具整體連續(xù)排列方式，因其切削阻力較大，方式，因其切削阻力較大， 盾構(gòu)機密封艙內(nèi)土體流動性差，現(xiàn)已很少使用，僅偶爾在切削盾構(gòu)機密封艙內(nèi)土體流動

31、性差，現(xiàn)已很少使用，僅偶爾在切削 阻力小的淤泥質(zhì)地層中采用；阻力小的淤泥質(zhì)地層中采用； 第二種為第二種為刀具牙型交錯連續(xù)排列刀具牙型交錯連續(xù)排列方式，因其切削阻力小、方式，因其切削阻力小、 切削效率高、密封艙內(nèi)土體流動性好和易攪拌而被廣泛使用。切削效率高、密封艙內(nèi)土體流動性好和易攪拌而被廣泛使用。 目前世界上基本均采用牙型交錯連續(xù)排列方式。目前世界上基本均采用牙型交錯連續(xù)排列方式。 刀具選擇與布置刀具選擇與布置： 盾構(gòu)開挖性能主要通過刀具的選擇和布置來保證。盾構(gòu)開挖性能主要通過刀具的選擇和布置來保證。根據(jù)不同根據(jù)不同 地質(zhì)情況選用不同類型的刀具及刀具組合，實現(xiàn)刀具配置的靈地質(zhì)情況選用不同類型的

32、刀具及刀具組合，實現(xiàn)刀具配置的靈 便性，提高刀盤的開挖效率。目前盾構(gòu)機上常用的主要刀具有便性，提高刀盤的開挖效率。目前盾構(gòu)機上常用的主要刀具有 切刀、刮刀、齒刀、雙刃滾刀、單刃滾刀、擴孔刀等。切刀、刮刀、齒刀、雙刃滾刀、單刃滾刀、擴孔刀等。 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 6 6 刀具布置與配置刀具布置與配置 35 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 刀具的示意圖和實物照片 滾刀滾刀 小小 松松 盾盾 構(gòu)構(gòu) 刀刀 盤盤 海海 瑞瑞 克克 盾盾 構(gòu)構(gòu) 刀刀 盤盤 齒刀齒刀 刮刀刮刀 36 7 某盾構(gòu)施工的刀具

33、配置某盾構(gòu)施工的刀具配置 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 這里介紹廣州地區(qū)某大型地下工程盾構(gòu)法開挖過程中的這里介紹廣州地區(qū)某大型地下工程盾構(gòu)法開挖過程中的 刀具配置。選用盾構(gòu)機為德國海瑞克公司生產(chǎn)的土壓平衡刀具配置。選用盾構(gòu)機為德國海瑞克公司生產(chǎn)的土壓平衡 式盾構(gòu)機，刀盤為面板式，刀盤的開口面積占刀盤總面積式盾構(gòu)機，刀盤為面板式，刀盤的開口面積占刀盤總面積 的的28%左右。刀盤采用液壓驅(qū)動，并配備了泡沫注入系統(tǒng)、左右。刀盤采用液壓驅(qū)動，并配備了泡沫注入系統(tǒng)、 膨潤土注入系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)，具備良好的渣土改良功膨潤土注入系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)，具備良好的

34、渣土改良功 能。能。 37 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 軟土地層刀具配置軟土地層刀具配置 配置了配置了3 3種軟土刀具種軟土刀具: :切刀切刀6464把、弧形把、弧形刮刀刮刀3232把、把、齒刀齒刀1414 把把( (齒刀與盤型滾刀可以互換安裝，但刀盤周邊的齒刀與盤型滾刀可以互換安裝，但刀盤周邊的5 5把把滾刀滾刀不不 能更換為齒刀能更換為齒刀) )。 在粘土地層刀具壽命較長，在砂性地層壽命相對較短。在粘土地層刀具壽命較長，在砂性地層壽命相對較短。 考慮到刀盤的受力均勻性，刀具布置具有對稱性，刀具考慮到刀盤的受力均勻性，刀具布置具有對稱性，刀具

35、 安裝采用螺栓固定以便于更換，軟土地層刀盤結(jié)構(gòu)相對簡單。安裝采用螺栓固定以便于更換，軟土地層刀盤結(jié)構(gòu)相對簡單。 切刀切刀 滾刀滾刀 齒刀齒刀 刮刀刮刀 38 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 由于刀盤需要正反旋轉(zhuǎn)，因此切刀也布置在正由于刀盤需要正反旋轉(zhuǎn)，因此切刀也布置在正 反方向。同時，為了提高切刀的可靠性，在每個反方向。同時，為了提高切刀的可靠性，在每個 軌跡上布置了軌跡上布置了2 2把切刀。由于周邊工作量相對較大，把切刀。由于周邊工作量相對較大， 磨損后對盾構(gòu)切口環(huán)尺寸影響較大，因此在刀盤磨損后對盾構(gòu)切口環(huán)尺寸影響較大，因此在刀盤 周邊布置了較多

36、的切刀和刮刀。周邊布置了較多的切刀和刮刀。 在切刀、刮刀刃口鑲嵌有合金耐磨材料以延長在切刀、刮刀刃口鑲嵌有合金耐磨材料以延長 刀具的使用壽命，切刀的破巖能力為刀具的使用壽命，切刀的破巖能力為20MPa20MPa，可以，可以 順利通過加固地層的開挖。順利通過加固地層的開挖。切刀伸出刀盤面板的切刀伸出刀盤面板的 高度高度可保證碴土的有效流動，防止刀盤面板與土可保證碴土的有效流動，防止刀盤面板與土 艙間產(chǎn)生泥餅。艙間產(chǎn)生泥餅。 39 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 上軟下硬復(fù)合地層刀具配置上軟下硬復(fù)合地層刀具配置 在區(qū)間含硬巖的復(fù)合地層，刀盤除配置切刀、

37、刮刀、在區(qū)間含硬巖的復(fù)合地層，刀盤除配置切刀、刮刀、 齒刀這些切削型刀具外，還配置了齒刀這些切削型刀具外，還配置了雙刃盤形滾刀雙刃盤形滾刀，用于破，用于破 碎硬巖，因而刀盤結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。雙刃盤形滾刀單個刀刃碎硬巖，因而刀盤結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。雙刃盤形滾刀單個刀刃 的允許承載能力為的允許承載能力為250250KNKN，破巖能力相對于單刃滾刀而言較，破巖能力相對于單刃滾刀而言較 低，適應(yīng)破碎抗壓強度小于低，適應(yīng)破碎抗壓強度小于8080MpaMpa的巖石。刀盤上配備了足的巖石。刀盤上配備了足 夠數(shù)量的滾刀夠數(shù)量的滾刀(19(19把把) )，以取得合適的滾刀間距，以取得合適的滾刀間距( (每把雙刃中每把雙刃

38、中 心滾刀的刀間距為心滾刀的刀間距為10Omm)10Omm)，達(dá)到了較好的破巖效果。，達(dá)到了較好的破巖效果。 對于復(fù)合地層中的硬巖，首先通過盤形滾刀進行破巖。對于復(fù)合地層中的硬巖，首先通過盤形滾刀進行破巖。 雙滾刀一般允許磨損量為雙滾刀一般允許磨損量為25mm25mm，邊滾刀為，邊滾刀為15mm15mm，因此滾刀，因此滾刀 的伸出高度一般比切刀要大，海瑞克盾構(gòu)設(shè)計時滾刀的伸的伸出高度一般比切刀要大，海瑞克盾構(gòu)設(shè)計時滾刀的伸 出高度為出高度為35mm35mm，保證滾刀在磨損情況下仍能避免切刀進行，保證滾刀在磨損情況下仍能避免切刀進行 破巖，保證切刀使用壽命。破巖，保證切刀使用壽命。 40 石家莊

39、鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute a.a.當(dāng)巖石抗壓強度較低，盤形滾刀破巖效果不理想當(dāng)巖石抗壓強度較低，盤形滾刀破巖效果不理想 時，則利用滾刀刀座安裝齒刀進行破巖，齒刀軌跡完全時，則利用滾刀刀座安裝齒刀進行破巖，齒刀軌跡完全 與滾刀相同，齒刀刀刃是對稱的，因此刀盤正反轉(zhuǎn)時都與滾刀相同，齒刀刀刃是對稱的，因此刀盤正反轉(zhuǎn)時都 可以很好地破碎軟巖?？梢院芎玫仄扑檐泿r。 b.b.刀盤直徑應(yīng)考慮刀具磨損后開挖直徑仍能大于刀盤直徑應(yīng)考慮刀具磨損后開挖直徑仍能大于 盾構(gòu)切口環(huán)的直徑，以保證盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。邊滾刀的盾構(gòu)切口環(huán)的直徑，以保證盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。邊滾刀的 允許磨損

40、量為允許磨損量為15mm15mm，因此開挖洞徑的允許變化量為，因此開挖洞徑的允許變化量為3Omm3Omm。 當(dāng)邊刀不采用滾刀時，盾構(gòu)開挖洞徑的允許變化量為當(dāng)邊刀不采用滾刀時，盾構(gòu)開挖洞徑的允許變化量為 20mm20mm。 c.c.在曲線半徑小的隧道掘進時，為了利于盾構(gòu)的在曲線半徑小的隧道掘進時，為了利于盾構(gòu)的 調(diào)向，需要有較大的開挖直徑，因此根據(jù)地質(zhì)情況的差調(diào)向，需要有較大的開挖直徑，因此根據(jù)地質(zhì)情況的差 異，可在刀盤上選擇配置擴孔刀或滾刀型、齒刀型的仿異，可在刀盤上選擇配置擴孔刀或滾刀型、齒刀型的仿 形刀。形刀。 刀具配置的其它注意事項刀具配置的其它注意事項 41 石家莊鐵道學(xué)院 Shiji

41、azhuang railway institute 刀具布置的防泥餅措施刀具布置的防泥餅措施 盾構(gòu)機通過粘性土層時容易在刀盤中心區(qū)和土艙盾構(gòu)機通過粘性土層時容易在刀盤中心區(qū)和土艙 中心區(qū)形成泥餅。中心區(qū)形成泥餅。刀盤中心區(qū)的泥餅刀盤中心區(qū)的泥餅會造成刀盤能夠轉(zhuǎn)會造成刀盤能夠轉(zhuǎn) 動，但是盾構(gòu)機卻不能掘進的現(xiàn)象。動，但是盾構(gòu)機卻不能掘進的現(xiàn)象。土艙中心區(qū)的泥餅土艙中心區(qū)的泥餅， 則會造成刀盤轉(zhuǎn)動負(fù)荷加大，甚至停止轉(zhuǎn)動，同時導(dǎo)致則會造成刀盤轉(zhuǎn)動負(fù)荷加大，甚至停止轉(zhuǎn)動，同時導(dǎo)致 艙體內(nèi)溫度急劇升高，影響主軸承密封的壽命，甚至毀艙體內(nèi)溫度急劇升高，影響主軸承密封的壽命，甚至毀 壞軸承密封。壞軸承密封。

42、為了提高碴土的流動性，防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，為了提高碴土的流動性，防止上述現(xiàn)象的發(fā)生， 刀具布置采取了針對性較強的防泥餅措施，即刀具布置采取了針對性較強的防泥餅措施，即確保刀具確保刀具 凸出刀盤的較大間距凸出刀盤的較大間距。所有。所有正面滾刀都高出刀盤面正面滾刀都高出刀盤面 175mm175mm，為開挖面破除下來的碴土留出了足夠的出碴空間；，為開挖面破除下來的碴土留出了足夠的出碴空間； 齒刀高出刀盤面齒刀高出刀盤面16Omm16Omm，刮刀高出刀盤面刮刀高出刀盤面140mm140mm。 42 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 這樣盾構(gòu)在復(fù)合地層中掘進時

43、，能使刀盤前這樣盾構(gòu)在復(fù)合地層中掘進時，能使刀盤前 方切削下來的碴土有較大的流動空間，有利于刀盤方切削下來的碴土有較大的流動空間，有利于刀盤 前方碴土的流動。同時，由于滾刀高出刮刀前方碴土的流動。同時，由于滾刀高出刮刀35mm35mm， 齒刀高出刮刀齒刀高出刮刀20mm20mm，因此，在硬巖地段掘進時刮刀，因此，在硬巖地段掘進時刮刀 受到滾刀和齒刀的保護，正面滾刀的最大磨損量為受到滾刀和齒刀的保護，正面滾刀的最大磨損量為 可達(dá)可達(dá)50mm50mm，切刀的最大磨損量則為，切刀的最大磨損量則為20mm20mm。 43 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 8

44、 盾構(gòu)刀具磨損機制概述盾構(gòu)刀具磨損機制概述 序序 號號 磨損磨損 類型類型 磨損外觀磨損外觀磨損機理磨損機理 1 1 粘著粘著 磨損磨損 麻點麻點 材料的相互作用是主要因素。粘著磨損的過程實際上是材料的相互作用是主要因素。粘著磨損的過程實際上是 摩擦副雙方間原子鍵的形成（顯微熔接）和分離過摩擦副雙方間原子鍵的形成（顯微熔接）和分離過 程程 2 2 磨料磨料 磨損磨損 擦傷、溝擦傷、溝 紋、紋、 條痕條痕 硬顆?；蛴餐黄鹨鹉Σ帘砻嫫茐?，分離出屑或形成擦硬顆?；蛴餐黄鹨鹉Σ帘砻嫫茐?，分離出屑或形成擦 傷的過程傷的過程 3 3 疲勞疲勞 磨損磨損 裂紋、點裂紋、點 蝕蝕 摩擦副材料微體積受循環(huán)接

45、觸應(yīng)力，產(chǎn)生重復(fù)變形，導(dǎo)摩擦副材料微體積受循環(huán)接觸應(yīng)力，產(chǎn)生重復(fù)變形，導(dǎo) 致裂紋和分離出微片或顆粒的過程致裂紋和分離出微片或顆粒的過程 4 4 摩擦摩擦 化學(xué)化學(xué) 磨損磨損 反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)產(chǎn)物 （膜、（膜、 微粒）微粒） 在摩擦作用促進下，摩擦副的一方或雙方與中間物質(zhì)或在摩擦作用促進下，摩擦副的一方或雙方與中間物質(zhì)或 環(huán)境介質(zhì)中的某些成分發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的過環(huán)境介質(zhì)中的某些成分發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的過 程程 5 5 微動微動 磨損磨損 磨屑的研磨屑的研 磨磨 由上述四種機理疊加而成。如果兩接觸固體彼此以振幅由上述四種機理疊加而成。如果兩接觸固體彼此以振幅 小于小于100m100m的擺動運動方

46、式作相對運動的過程，則的擺動運動方式作相對運動的過程，則 會出現(xiàn)細(xì)小磨屑的研磨作用會出現(xiàn)細(xì)小磨屑的研磨作用 磨損的機理大致可分為如下表所示五種類型， 44 1)1)顯微切削顯微切削：硬顆?；蛴餐蛊鹋c材料產(chǎn)生相對運動，硬顆?；蛴餐蛊鹋c材料產(chǎn)生相對運動， 引起的材料損傷。引起的材料損傷。當(dāng)磨粒的形狀與運動方向合適，有利于切削當(dāng)磨粒的形狀與運動方向合適，有利于切削 時，磨粒在切向力的作用下，在料表面刮起一層薄片，形成一次時，磨粒在切向力的作用下，在料表面刮起一層薄片，形成一次 切削，脫離材料表面。這種切削溝的寬度和深很小，切屑也非常切削，脫離材料表面。這種切削溝的寬度和深很小，切屑也非常 小。小。

47、磨料磨損的基本損傷形式磨料磨損的基本損傷形式 石家莊鐵道學(xué)院 45 2)疲勞(微觀犁皺或微觀壓入 ): 表面微觀部分受循環(huán)變應(yīng) 力產(chǎn)生重復(fù)變形 導(dǎo)致裂紋形成，最終使表面產(chǎn)生破損。 壓入 石家莊鐵道學(xué)院 46 3)粘著：兩接觸表面局部的粘著使材料由一表 面轉(zhuǎn)移到另一表面所引起的磨損。 P 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 47 4)4)龜裂龜裂：材料表面受到垂直應(yīng)力的反復(fù)作用，產(chǎn)材料表面受到垂直應(yīng)力的反復(fù)作用，產(chǎn) 生顯微裂紋生顯微裂紋 裂紋裂紋 壓入 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 48 9 刀具磨損的分析

48、刀具磨損的分析 9.1 9.1 概述概述 土壓平衡盾構(gòu)機的刀盤根據(jù)地質(zhì)條件的不 同一般分軟土和硬巖兩種刀盤布置形式,軟土 區(qū)刀盤的布置形式是以齒刀為主輔以邊緣滾刀 和刮刀，硬巖刀盤的布置形式是以滾刀為主輔 以刮刀。刀具是盾構(gòu)機的一個非常重要的組成 部分，對刀具地合理選擇、使用 、維護和更換 ，直接決定盾構(gòu)掘進工程的質(zhì)量、進度和工程 成本。所以對盾構(gòu)機刀具磨損情況地分析尤為 必要。 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院 49 9.2 海瑞克盾構(gòu)切削刀具失效分析海瑞克盾構(gòu)切削刀具失效分析 Shijiazhuang railway institute 北京地鐵

49、某線砂卵石地層中石英含量高達(dá)北京地鐵某線砂卵石地層中石英含量高達(dá)45%45%以上，石以上，石 英砂是英砂是“很好很好”的磨料，使刀具磨損速度加快。該線應(yīng)用的磨料，使刀具磨損速度加快。該線應(yīng)用 的德國海瑞克盾構(gòu)機的刀盤轉(zhuǎn)速可以達(dá)到的德國海瑞克盾構(gòu)機的刀盤轉(zhuǎn)速可以達(dá)到3rpm(3rpm(轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)/ /分鐘分鐘) )， 直徑直徑6m6m刀盤外圍刀具的線速度可以達(dá)到刀盤外圍刀具的線速度可以達(dá)到1m/s1m/s。北京地區(qū)地。北京地區(qū)地 層中含有大量不同粒徑的卵石，使得刀具的刃口部位承受層中含有大量不同粒徑的卵石，使得刀具的刃口部位承受 很大的沖擊荷載。很大的沖擊荷載。 北京地鐵 某線盾構(gòu) 試驗段 砂卵石

50、 地層渣土 50 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 如北京地鐵某線盾構(gòu)試驗段雍和宮站至張自忠站左線如北京地鐵某線盾構(gòu)試驗段雍和宮站至張自忠站左線1510m1510m隧隧 道掘進為道掘進為砂卵石及粘土混合地層砂卵石及粘土混合地層, ,掘進過程中更換了掘進過程中更換了5 5批刀具；批刀具； 而在北京地鐵某線而在北京地鐵某線1616合同段宋家莊站至劉家窯站右線隧道合同段宋家莊站至劉家窯站右線隧道1320m1320m 的的粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土為主地層掘進則沒有更換過刀具，這充分表明了砂為主地層掘進則沒有更換過刀具，這充分表明了砂 礫、亂石對盾構(gòu)刀具的巨大破壞作用

51、。盾構(gòu)試驗段盾構(gòu)機刀具礫、亂石對盾構(gòu)刀具的巨大破壞作用。盾構(gòu)試驗段盾構(gòu)機刀具 磨損和折斷嚴(yán)重，開倉后刀具的形貌見下圖。磨損和折斷嚴(yán)重，開倉后刀具的形貌見下圖。 硬質(zhì)合金刀片折斷 的齒刀 使用意大利龐萬利 公司周邊刀掘進 70米后磨損情況 周邊刀磨損后 的形貌 51 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 硬質(zhì)合金刀片折斷 的齒刀 周邊刀磨損后 的形貌 使用意大利龐萬利 公司周邊刀掘進 70米后磨損情況 從圖中可以看到，盾構(gòu)刀具的刃口部位鑲嵌的硬質(zhì)合金刀從圖中可以看到，盾構(gòu)刀具的刃口部位鑲嵌的硬質(zhì)合金刀 片存在同程度的折斷破壞，即所謂片存在同程度的折斷破壞，

52、即所謂“崩刃崩刃”；對于硬質(zhì)合金；對于硬質(zhì)合金 刀片，由于硬度很高，相應(yīng)的韌性較差，沖擊斷裂是其主要刀片，由于硬度很高，相應(yīng)的韌性較差，沖擊斷裂是其主要 的失效形式；除了刃口部位承受沖擊之外，刀具迎土面還有的失效形式；除了刃口部位承受沖擊之外，刀具迎土面還有 犁溝式磨粒磨損和碾壓磨損。犁溝式磨粒磨損和碾壓磨損。 在在右圖右圖所示位置切制所示位置切制1#1#、2#2#樣，實驗室條件下通過掃描樣，實驗室條件下通過掃描 電鏡對其磨損形貌分別進行分析。電鏡對其磨損形貌分別進行分析。 52 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 周邊刀刃口坡口處（內(nèi)側(cè)）磨損形貌 從

53、掃描電鏡照片可以看出：從掃描電鏡照片可以看出： 刃口位的斜坡（內(nèi)側(cè)）刃口位的斜坡（內(nèi)側(cè)）為典型的犁溝式磨損。為典型的犁溝式磨損。 53 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 從掃描電鏡照片可以看出：從掃描電鏡照片可以看出： 外側(cè)硬質(zhì)合金球齒外側(cè)硬質(zhì)合金球齒失效形為脆性塌陷失效形為脆性塌陷+犁溝式磨損犁溝式磨損。 球齒表面磨損形貌 54 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 從掃描電鏡照片可以看出：從掃描電鏡照片可以看出： 外側(cè)的球齒鑲嵌部分外側(cè)的球齒鑲嵌部分的磨損形式為犁溝式的磨損形式為犁溝式+碾壓磨損碾壓磨損 。

54、 周邊刀刀體迎土面磨損情況周邊刀刀體迎土面磨損情況 55 石家莊鐵道學(xué)院 Shijiazhuang railway institute 北京地區(qū)盾構(gòu)切削刀具的上述磨損情況歸納為下表所示特征：北京地區(qū)盾構(gòu)切削刀具的上述磨損情況歸納為下表所示特征： 刀具刀具 部位部位 內(nèi)側(cè)本體內(nèi)側(cè)本體外側(cè)本體外側(cè)本體外側(cè)球齒外側(cè)球齒刃口刃口 磨損磨損 性質(zhì)性質(zhì) 犁溝式犁溝式 磨粒磨損磨粒磨損 犁溝式磨粒磨犁溝式磨粒磨 損損+ +碾壓磨損碾壓磨損 犁溝式磨犁溝式磨 粒磨損粒磨損 + +塌陷塌陷 沖擊破壞沖擊破壞 + +磨粒磨粒 磨損磨損 強度強度 等級等級 較弱較弱很強很強很強很強很強很強 通過對進口盾構(gòu)切削刀具在

55、砂卵石地層的磨損特點分析，通過對進口盾構(gòu)切削刀具在砂卵石地層的磨損特點分析， 得出的結(jié)論是：切削刀具在砂卵石地層施工中，主要的失效得出的結(jié)論是：切削刀具在砂卵石地層施工中，主要的失效 形式為：沖擊破壞、犁溝式磨粒磨損和碾壓磨損。形式為：沖擊破壞、犁溝式磨粒磨損和碾壓磨損。 56 9.3 9.3 雙刃滾刀刀具的磨損及原因雙刃滾刀刀具的磨損及原因： （1 1） 正常磨損正常磨損 刀具的正常磨損是指刀圈的磨損量超過了規(guī)定值，磨 損量可用專用的量具進行測量。 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院 57 9.3 9.3 雙刃滾刀刀具的磨損及原因雙刃滾刀刀具的磨損及

56、原因 （2 2） 刀圈偏磨刀圈偏磨 如果滾刀在掘進工作面不轉(zhuǎn)動，由于刀圈和掘進工作 面的相對運動就會形成刀圈的偏磨。由于中心區(qū)滾刀線速 度較小，承受載荷較大，中心區(qū)滾刀容易出現(xiàn)此現(xiàn)象。 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院 58 （3 3） 刀圈斷裂刀圈斷裂 推力過大或刀圈在比較硬的巖石上滾動就有可能使刀圈斷裂 ，若一個刀圈有兩處斷裂，斷裂的部分刀圈就有可能掉到土艙。 邊緣滾刀和正面區(qū)滾刀經(jīng)常有此現(xiàn)象。 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院9.3 9.3 雙刃滾刀刀具的磨損及原因雙刃滾刀刀具的磨損及原因 59 （4

57、 4） 表面缺陷表面缺陷 如果有金屬或其它堅硬物損壞了刀圈的局部表面，刀 圈局部表面就會形成表面缺陷。 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院 9.3 9.3 雙刃滾刀刀具的磨損及原因雙刃滾刀刀具的磨損及原因 60 （5 5） 刀圈擋圈磨損或脫落刀圈擋圈磨損或脫落 擋圈是由兩個半圓的鋼環(huán)安裝在滾刀軸 的卡槽里焊接成一個完整的圓環(huán)，其作用是 防止刀圈從滾刀軸上脫落，一旦刀圈擋圈脫 落或焊接處磨損嚴(yán)重，就應(yīng)該更換刀具。 （6 6） 滾刀漏油滾刀漏油 由于密封件的損壞，就可能使密封油泄 漏，從而導(dǎo)致油封座和輪轂的損壞。 Shijiazhuang railway

58、institute 石家莊鐵道學(xué)院9.3 9.3 雙刃滾刀刀具的磨損及原因雙刃滾刀刀具的磨損及原因 61 （7) 7) 輪轂?zāi)p輪轂?zāi)p 刀盤和渣土不間斷的摩擦，使得滾刀輪轂 也發(fā)生嚴(yán)重磨損 (8) (8) 油封座損壞油封座損壞 由于漏油使得油封座損壞 (9) (9) 輪轂或油封座損壞輪轂或油封座損壞 刀圈如果在金屬物（掉了的刀圈或螺帽） 上滾動，輪轂或油封座有可能被卡住，就會妨 礙刀圈繞著滾刀中心軸自由轉(zhuǎn)動。 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院9.3 9.3 雙刃滾刀刀具的磨損及原因雙刃滾刀刀具的磨損及原因 62 (10) (10) 滾刀的多邊形磨損

59、滾刀的多邊形磨損 在掘進時滾刀時轉(zhuǎn)時不轉(zhuǎn)，或者在某個點轉(zhuǎn)動時 間長在其它點轉(zhuǎn)動時間短，就會產(chǎn)生這樣的磨損。 Shijiazhuang railway institute 石家莊鐵道學(xué)院9.4 9.4 雙刃滾刀刀具的磨損及原因雙刃滾刀刀具的磨損及原因 63 9.4 9.4 齒刀、正面區(qū)刮刀和邊緣區(qū)刮刀的磨損齒刀、正面區(qū)刮刀和邊緣區(qū)刮刀的磨損 及原因及原因 (1) (1) 齒刀磨損齒刀磨損 正常磨損正常磨損：齒刀切削土層和砂礫層所形成的磨損。 異常磨損異常磨損：由于換刀不及時在硬巖區(qū)的磨損。 Shijiazhuang railway institute 64 9.4 9.4 齒刀、正面區(qū)刮刀和邊緣

60、區(qū)刮刀的磨損及原因齒刀、正面區(qū)刮刀和邊緣區(qū)刮刀的磨損及原因 (2) (2) 正面區(qū)刮刀磨損正面區(qū)刮刀磨損 正常磨損正常磨損：刮刀刮削土層、砂礫層和被滾 刀擠碎的巖層時所形成的磨損。 異常磨損異常磨損：由于滾刀刀圈掉落，在刀盤同 一圓周上的刮刀就直接承受掘進工作面的載荷 ，刮刀和掘進工作面的相對摩擦，就導(dǎo)致刮刀 嚴(yán)重偏磨。 Shijiazhuang railway institute 65 9.4 齒刀、正面區(qū)刮刀和邊緣區(qū)刮刀的磨損齒刀、正面區(qū)刮刀和邊緣區(qū)刮刀的磨損 及原因及原因 (3) (3) 邊緣區(qū)刮刀邊緣區(qū)刮刀 正常磨損正常磨損： 刮削土層、砂礫層和邊緣滾刀擠壓后的巖層時 所形成的磨損。