盾构刀盘磨损及刀具更换.docx

15刀具使用维护及更换

一般规定

15.1.1北京地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，

刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。

在定购盾构机时，应充分考虑北京地层条件特点，确定盾构机的面板型式

以及刀具配置等，以满足北京地铁盾构施工的需要。

盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计

划。

盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可

能换刀位置。

施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀

盘、刀具的寿命。

15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑

这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体

振动状态等，分析其原因，采取应对措施。

应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。北

京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查

和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。

刀盘及刀具的选择

15.2.1刀头材质的选择

1 刀具一般采用真空烧制的 E5类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是 E5两倍的所谓 SINTER－ H1P真空烧制的 E3类钢材。

2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆

焊层硬度宜高于 HRC60 ；

3采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。

刀头种类及型状：

1主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择

切入角度；

2主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显着增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。

3鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把

尺寸较大的鱼尾刀。

4盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂

卵石地层时宜采用。

5仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形

超挖切削创造所需空间。

刀具配置

1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量；

2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高

低差一般为 20mm～ 30mm。

3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用

装卸容易的方法进行安装。

在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，

以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。

刀具磨损的预测及检测方法

必须充分探讨刀头的耐磨耗性，事前预测磨耗量，制定切实可行的对策，以便施

工能顺利进行。

刀具磨耗量的预测

最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算：

δ＝ K·π· D· N ·L/V（）

式中：δ——磨耗量（mm）；

K ——磨耗系数（mm/km ）；

D ——盾构机的外径（m）；

N ——掘削的转数（rpm）；

L ——刀具切削长度（km）；

V ——掘进速度（m/min ）。

磨耗系数 K 多选用由实践得出的如表所示的数值，但目前北京地层条件下尚无

可靠数据，此表的数据仅作为参考。

磨耗系数一览表表

磨耗系数

土质

泥水式土压式

淤泥粘土5× 10-312× 10-3

砂质土9× 10-323× 10-3

小砾11× 10-326× 10-3

砂砾中砾15× 10-339× 10-3

大砾19× 10-352× 10-3

磨耗检测：一般，判断刀头的磨损程度，是根据盾构记录的推进数据的变化，从

土质和机械两方面进行综合判断。条件具备时并用辅助性磨耗探测装置，常用的磨

耗探测装置有油压式、电气式、超声波式等。

当经验不多，预计磨损严重时，可进行开舱检查。开舱检查必须在开挖面稳定的

条件下进行。

降低刀盘磨损的施工工艺及换刀标准

15.4.1选择合适的添加材改良材料(气泡、泥浆等)，并实施科学的施工管理，以

降低刀盘刀具磨损；

15.4.2适当调整掘进速度及转速等；

宜适时交替使用刀盘正、反转，并尽可能使正、反方向切削刀的切削长度相同。

15.4.4在自立性好的地段可以采用适当的减压施工措施。

目前，刀具更换尚无统一的标准，作为参考值，一般磨损量达到2～ 5cm时须换刀。

换刀作业（舱内）

开舱换刀应尽可能在预定地点进行，并做好开舱前的所有准备工作。换刀

作业不得已在隧道内进行时，必须进行化学加固、气压施工等辅助施工法，以确保

开挖面稳定。为了施工安全、顺利地进行，应准备好应急措施。

15.5.2换刀作业应清扫刀头上粘附的砂土，设置脚支架，确认需要更换的刀头，

运入工具、器材，进行换刀作业。并作好换刀记录。

15.5.3换刀作业程序

1首先要对所换刀具进行检查，看是否有损坏或裂痕，磨损是否严重。

2若确认需更换刀具，则在刀具运输过程中要注意，不应有严重碰撞及磨损。

3每次更换时，工作人员先将刀具周围的泥土清掉，保证有一定的工作空间。再用套筒及加力杆卸下固定螺栓，注意不要让螺栓掉到土舱下部。将换下的刀具递

到人闸内，同时将固定螺栓和固定座用水清洗干净，还要检查一下是否有裂纹，如

有裂纹必须更换新螺栓，以确保刀具有足够的固定强度。

4将新的刀具按原来的位置安装好，将固定螺栓拧紧。

5每次只能带一批刀具进舱，每批刀具换完后，把废刀具放进料闸内，与此

同时操作手转动刀盘。工作人员把下一批刀具送入土舱内，再继续更换下一组刀具。

6每换完一批后，由值班机械工程师检查安装质量，看是否有漏掉的或者没

有固定好的。机械工程师确认无误后方可继续作业。更换速度按实际情况定，必须

以保证施工安全和安装质量为前提。

7在舱内刀具更换作业过程中，土建工程师应密切注意开挖面的土质情况和

地层中地下水的状况。当开挖面有异常情况时，应立即组织工作人员退出土舱，关

好舱门。

8在更换刀具过程中，所有的刀具都是通过旋松其固定螺栓进行拆卸，在更

换刀具后要重新使用规定的紧固扭矩拧紧螺栓。

15.5.4换刀时的注意事项：

1根据刀具磨损情况来确定所需更换的部分刀具，不能随意更换某一部分，这

样会造成新刀具的严重磨损，导致不必要的浪费，并且也不能达到要求的效果。

2每次卸下刀盘的连接螺栓后，一定要注意清洗，避免螺栓螺纹损坏。

保证螺栓的安装强度。

3刀具卸下后，检查螺栓是否有裂纹，如有马上更换。

4整个焊接过程应注意舱内的通风，确保舱内工作人员新鲜空气的用量。

5 因舱内环境潮湿闷热，焊工每班工作时间控制在 4 小时左右，保证焊工的工作效率和焊接质量，同时也保证人员的健康安全。

6材料进出应避免碰坏损伤，人行通道位置管路需进行保护。

7在一个循环的刀具更换完成后，机械工程师必须让所有人员撤离土舱进入

人闸，待转完刀盘，观察开挖面无异常现象后，再继续进行检查、换刀作业。

15.5.5在刀具更换过程中如需焊接则应注意下列事项：

1根据机械工程师描绘的刀盘磨损情况，加工相应的焊接件，焊接件的材质

必须与刀盘本体材质一致；

2焊接前对刀盘焊接面用丙酮液进行清理，局部残留体应用角磨机打磨平整，以保证焊接质量；焊接过程中应保证焊接件焊缝四周均匀一致；

3焊接件及焊缝四周用耐磨焊条加焊耐磨层；

4焊接完成后方可进行刀座的焊接和刀具的安装。

盾构开舱作业

应建立完善的开舱控制程序，严格开舱管理，确保开舱施工安全。

15.6.2开舱管理应遵循下列原则：

1合理制定开舱里程、地层预处理方案等开舱计划；

2开舱条件应安全、可靠；

3尽可能减少对地面环境影响；

4开舱作业应连续，快进、快出。

开舱程序控制

为使开舱作业有序地进行，应制定开舱作业程序，并建立相应的签认制度。

1开舱准备工作确认

为保证开舱作业的连续、快速，必须做好充分的准备，准备工作包括预计更

换刀具准备、开舱作业工具准备、洞内风水电准备等。准备工作由专人负责，完

成后由相关工程师确认，机电总工程师审核；

2开舱位置确定

根据开舱计划，必须在盾构到达既定里程后方可进行开舱作业。开舱位置由

土木工程师确认，土木总工程师审核。通过签认后即可打开舱门；

3工程地质确认

开舱后先按要求对土舱进行冷却与空气置换，然后由有经验的地质工程师判断工作面的地质条件，仔细观察后签署意见，并由土木总工程师进行审核确认。

确认安全后其他人员方可进入土舱执行下一步作业；

4刀具检查与处理方案确定

由具有刀具管理经验的机械工程师对刀具进行检查，做好记录，并由机电总

工程师进行审核确认，制定刀具处理方案。

由土木工程师对工作面稳定情况进行进一步判断后，决定是否可进行既定方案的刀具处理施工。进行刀具处理的过程中，必须有一名土木工程师不间断地对

工作面稳定情况进行观察；

5刀盘清理及舱门关闭确认

刀具处理完毕关闭舱门前对土舱及刀盘前方进行全面的检查，避免工具、杂

物遗留在内。检查完毕由当班班长签认，负责机械工程师确认，确认后关闭舱门，舱门关闭情况由负责机械工程师确认，机电总工程师审核。完成后及时恢复掘进

施工。

安全保障措施与安全事故抢救

1开舱安全保障措施

开舱作业必须在既定的位置进行，如果因施工需要必须在其他位置进行开舱

作业时，必须充分分析并报业主及监理同意后，由项目经理及总工程师决定；

开舱作业的一切准备工作必须提前做好，一旦开舱必须保证作业立即开始；

开舱必须在掘进停止后立即进行。

在作业过程中必须由专人负责观察工作面稳定情况，一旦发现异常及时撤出施工人员，并关闭舱门。坍塌发生时，必须立即封堵工作面或恢复掘进；

做好开舱作业组织，确保施工的有序、连续，尽快完成施工。

2安全事故抢救

组织成立安全事故领导小组，做好后勤保障与突发事故的处理、抢救准备；

组织有医护人员参加的抢救小组；

施工现场配备急救医药与器械，医护人员在现场值班；

在施工现场规划与建立安全事故抢救通道，确保在紧急情况下能及时疏散人员。