盾构刀具简介

盾构刀具简介

吕志峰，刘玉海，刘学红

山东天工岩土工程设备有限公司

，山东聊城

252000)

摘 要：盾构刀具是盾构机切削岩土的工 具。本文介绍了盾构机用刀具的分

类，扼要叙述了盾构机 的切削 刀

具和滚压刀具的功能

、形状、用材及制造工 艺，对盾构机用刀具的使用者与管理者有借鉴作

用。

关键词：盾构刀具；切削刀分类；滚刀结构；刀具焊接 中图 分类号：TD421.2+5 文献标志码：B

In troductio nto Shield Machi neCutter

LU Zhi-feng, LIU Yu-hai, LIU Xue-hong

(Shandong Techgongeotechnica Engineering Equipment Co., Ltd, Liaocheng 252000 Shandong ProvincChina)

Abstract: The shield machine cutter is a type of tool employed by a shield machine to cut n&cSoil. The paper describes the category of shieldmachinecutters and focuses on the function, shape, material, and manufacturing process of cutters and rolling cutters used on the shieldachine. It can function as a referencfor the usersand keepers of shield machinecutters.

Key words: shield machine cutterthe category of shield machine cutters; the structure of rollingutters;the cutter welding

经历了从依赖进口到平分国内市场 ，到部分产品 出口的过程。

本文简要介绍盾构刀具的分类和组成 。

1盾构刀具的分类

收稿日期:201 3-05-08

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自钻式锚固钻具是集钻进 、注浆、锚固为一 体的岩土锚固工具 ，在国外地下工程施工、隧道 锚固、采矿巷道和建筑基坑加固

、公路、铁路山体

边坡治理、大型水电工程地下厂房整体支护 、以 及地质灾害救助等众多工程项目中大量使用

。

近年来，随着我国基础建设工程项目中对施 工周期和质量要

求的提高，使用自钻式锚固钻具

的数量在持续增 加。目前，国内对自钻式锚固钻 具的生产尚属于初期发展阶段

，仅有的几家生产

企业集中在四川成都和陕西汉中一带 ，且产量和

品种规格都 很有限，有条件的钎钢钎具生产企业 应该关注这种 产品的国内 外市场发展趋 势和 需

求动向。 参考文献:

[1] AtlasCopco.MA SDA self drillin g anchors[Z].AtlasCopco

Geotechnics Drillin gand Exploration.

[2] Atlas Copco .Micropiles for geotechnics engineering [Z].

Atlas Copco Ground Engineering^roducts.

[3] Atlas Copco .Rock reinforcementcatalogue [Z].Atlas Copco

Rock ReinforcementProducts.

2013年第3期

住 1^4-2014 China Academic Jaunial Electronic Publishing House. All rights reserved, htrp: Avww xnkid]

盾构刀具是盾构法施工不可缺少的工具 。近

年来，随着盾构法施工在我国

城市轨道、城市管

网、公路、铁路、水利等隧道建设中的广泛应用和 在煤矿巷道挖掘中

的推广试用，盾构设备及刀具

的发展空间和需求将会越来越大

。我国盾构刀具

盾构刀具按其破岩方式，大体可以分为两大

类：盾构机用切削刀和盾构机用滚刀。

1.1盾构机用切削刀

盾构机用切削刀包括刮刀切刀）中心刀、先行刀、

仿形刀和保护刀等。从严格的意义上讲，保护刀不能称其

为刀，但为了便于管理，我们暂且将它归到盾构刀具里

。

1）刮刀，是切削软质岩石和土层，或刮削渣

土的刀具。根据安装位置的不同，刮刀可以分为正刮刀

和边缘刮刀。

2）中心刀，安装在盾构机刀盘中心位置，

具有定位与切削功能。中心刀可分为鱼尾刀和羊角

刀，其中鱼尾刀又可分为整体式和组合式。

3）先行刀。先于切刀接触地层，犁削软质岩

石和土层。先行刀在切削刀切削土体之前先行切

削土体，将土体切割分块，为切削刀创造良好的

切削条件。采用先行刀，一般可显著增加切削土体的流

动性，大大降低切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减

少切削刀的磨损。

先行刀分为可更换和不可更换两种类型。

4）仿形刀，安装在盾构机刀盘边缘位置，沿

径向扩挖隧道。仿形刀用于曲线段推进、转弯或

纠偏。

仿形刀一般有两种：组合式和整体式。

5）保护刀，保护刀盘构件。保护刀有盾体保护

刀、刀座保护刀、注浆口保护刀、面板保护刀等。

图1所示，是几种常见的盾构机切削刀具。

1.2盾构机用滚刀

按安装位置，滚刀分为中心滚刀、正滚刀和仿形滚

刀。

按安装形式，滚刀分为轴式滚刀和端盖式滚

刀。

按结构形式，滚刀分为单刃滚刀、双刃滚刀、三刃

滚刀，四刃仿形刀、二联滚刀、三联滚刀和偏心滚刀。

按刀刃材质，滚刀分为全钢滚刀、镶硬质合金滚

刀。

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a）边缘刮刀 b 中心刀

（C）保护刀

d）正刮刀

e）中心刀

图1盾构机用切削刀具

部分盾构机用滚刀见图 2 2盾构机用切削刀

c ）二联中心刀

（e ）三刃镶硬质合金滚刀

图2盾构机用滚刀

切削刀主要由刀体和刀头两部分组成 。

2.1刀体

刀体对刀头具有支撑功

能，在工作中承受

拉、压及冲击等载荷的作 用，因此要求刀体有较 高强度和韧性。根据使用工况 如地质条件、安装

位置）和制造工艺的要

求，刀体材料通 常选用 中

碳合金结构钢，钢种的化学成分和机械性能应符 合GB/

T 3077的规定。为保证刀体具有良好的使 用性能，需对

刀体进行热处理

。

2.2刀头

刀头 或称 刀刃）是切削刀的关键构件 ，切削

刀通过刀头切削岩土来实现掘进

。刀头通常采用

钨钻硬质合金制作，具有强度高、硬度高和耐磨 性好的特点。其结构和成分视刀具的作用 、位置 及地层而不同。所用硬质合金推荐采用

YG11C 、

YG13C 、YG15C 或性能相近的其它型号

。其性能、

成分应符合 GB/T 18376.2-2001的规定。

2.3刀体与刀头的焊接

刀体与刀头采用钎焊的方式连接在一起 ，常

使用的焊料有铜基焊料和银基焊料

。焊接方式有

真空焊和中频 感应焊，目前国内普遍采用的是中 频感应

焊。焊接是切削刀制造中十分关键的一道 工序。对焊接的要求是

：a ）焊缝内焊料充满度不

小于80%； b ）焊缝的抗剪强度不小于 210 MPa 。

2.4刀体表面堆焊耐磨层

为增强切削刀的抗磨损能力

，可在刀体表面

堆焊耐磨材料。耐磨层不应有未熔合 、夹渣、弧坑 现象，但允许耐磨层表面有微裂纹存在

。

刀具的外观应光洁平整 ，不得有裂纹，毛刺

等缺陷，刀具表面应进行防锈处理

。

3盾构机用滚刀 3.1盾构机滚刀的构成

滚刀主要由刀圈、刀体（套）、刀轴、轴承、浮动 密封、端盖（座）等部件组成 如图3所示）。

滚刀规格主要有

：2 /、14 /、17 /、19 /四

种，目前以17 /滚刀应用最为广泛 。

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（a ）正滚刀

b ）双刃滚刀

（d ）四刃仿形刀

3.2滚刀的材料与工艺

1）刀圈

刀圈是滚刀的关键构件之一，盾构机或TBM）在中硬岩层条件下施工时通过刀圈挤压岩

石来实现破岩掘进。刀圈应具备较高的机械强度，良好的耐磨性和冲击韧性。

刀圈一般分为两类：钢制刀圈和镶齿刀圈

。

钢制刀圈材料多为合金模具钢或合金结构钢，镶齿刀圈因需夹持硬质合金，要求材料具有较好的强韧性配合，因此常选用高强度合金结构钢。

刀圈刃宽，有16、9、25、30毫米等。

视设备、工况的不同，刀圈可选用不同的结构和材料。

2）轴承

滚刀轴承以圆锥滚子轴承为主，也有用滑动

轴承和其它轴承的。目前盾构机用滚刀选用的轴承多为美国铁姆肯TIMKEN ）公司生产。轴承的

使用寿命除与其内在质量有关外，还与载荷大

小、载荷特性、润滑条件、游隙装配预紧量）、跨

距、转速等因素有关。不同的使用工况，轴承的游隙、预紧力和安装扭矩不同。

3 ）浮动密封

密封的目的是保证滚刀内腔的润滑剂不泄漏且防止外来物进入，密封效果对保证滚刀正常工作和

延长工作寿命是十分重要的。浮动密封由两个啮合的金属密封环和两个富有弹性的复合

橡胶密封圈组成，密封效果好。

金属密封环是密封装置中的主要零件，其结构及质量的好坏对密封性起决定作用。金属密封

环采用高硬度耐磨高铬钼的铸铁材料，硬度HRC 60-65，工作表面粗糙度R a W 0.1 ^m,表面平面度w

0.0015 mm。O型密封圈由丁晴橡胶制造，常温下硬度为55-70邵氏A）。最小扯断强度不小于10 MPa。

4）刀体与主轴

滚刀的刀体与主轴主要起支撑作用，它们都要有一定的强度和韧性，材料通常选用中碳合金结构钢，根据要求的不同，采用相应的工艺和方法。

4结束语

随着盾构法施工在地铁、隧道、引水工程中的广泛应用，我国盾构刀具发展快速，国产刀具的市场份额逐年递增。与国外先进水平相比，国产盾构刀具使用寿命较短，存在质量稳定性不高、刀具规格不全的问题，还有较大的提升空间。

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浮动密封

轴承

端盖图3滚刀的组成

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