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：BIn troductio nto Shield Machi neCutterLU 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].AtlasCopcoGeotechnics Drillin gand Exploration.[2] Atlas Copco .Micropiles for geotechnics engineering [Z].Atlas Copco Ground Engineering^roducts.[3] Atlas Copco .Rock reinforcementcatalogue [Z].Atlas CopcoRock 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。

54 欢需枇抵----------------------------- 2013年第3期垃 1^4-20 L4 China Academic Jaunml ELccironic Publishing Hmi© All fights reserved, htrp: .neta ）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 。

2013 年第 3 期 ..... ........ .住 1QQ4-20L4 Cliina Academic Journal ELccironic Publishing H JIISUAll rights reserved, htrp: Avw^ xnkiji（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w0.0015 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。

1|1浮动密封轴承端盖图3滚刀的组成56 仙啟席瞋|----------------------- --- 2013年第3期垃1QQ4-20L4 China Academic Jcunml Elvcironic Publisluilg Hon© All rig 111。