盾构机刀盘堆焊焊丝
盾构刀圈合金颗粒堆焊工艺
我们平常听到的盾构刀圈（盾构机刀圈），其实就是盾构机上的一个工件，适用 于中硬岩层条件破岩作业，它的特点是可以承受较大的冲击载荷，并具有较好的耐 磨性能，但是有些地区刀圈制造费用相对较低，耐磨性差，使用寿命也短。因此结 合一些厂家需求，比亚特自动化也一直在努力，生产出更好的堆焊工艺来提升盾构 刀圈的使用期限。
比亚特自动化表面耐磨堆 焊/涂层设备应用工艺即： WC合金颗粒堆焊是一种 新型的堆焊工艺，耐磨层 深3-5mm，或是多层堆焊， 硬度可以达到60-80HRC。 此图片展示的是新的焊接 设备及焊接效果图片（仅 供参考，具体焊接工艺需 要结合实际生产来确定）
比亚特自动化焊接工艺
盾构刀圈合金颗粒堆焊工艺
• 盾构机滚刀刀圈如果采用韧性比较 好的钢材，则刀圈耐磨性比较差， 如果采用耐磨性比较好的钢材，则 刀圈的韧性又比较差，所以目前多 数舍去刀圈的韧性，让刀圈具有较 高的耐磨性。
• 使用新型碳化钨合金颗粒堆焊设备 的目的在于克服上述技术的不足， 而该工艺堆焊出的一种盾构机滚刀 刀圈，既具有较高的韧性又具有较 高的耐磨性，使用寿命也比之前好 很多。
比亚特自动化堆焊工艺
该堆焊属于硬质合金颗粒堆焊工艺
• 硬质合金颗粒焊接工艺可在建筑、农业、 采矿、疏浚、钻井、能源和工业等领域较 强的耐磨性和使用性。
• 盾构刀圈碳化钨硬质合金颗粒焊接这是一 种焊接过程，主要是把耐磨的碳化钨颗粒 （70Rc）镶嵌在耐磨堆焊的熔池里在恶劣 的磨损环境中碳化钨颗粒具有较好的耐磨 性能，比碳化铬耐磨要高1-4倍的寿命。 BYT典型的耐磨堆焊焊丝和碳化钨硬质合金 有较好的耐磨和冲击应用。因为较软的焊 丝磨损会使碳化钨脱落，而BYT的硬度可以 减少这种情况的发生。
• 以上所有说明，都是仅供参考，具体结合 实际生产情况进行生产、焊接、加工
盾构刀具大解析
某刀盘实物照片
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某 刀 盘 主 驱 动
刀 盘 驱 动 系 统 示 意 图
主 轴 承
刀 盘 搅 拌 结 构
搅拌棒
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关于盾构机的刀盘、驱动机构等将在后边介 绍，因此这里主要介绍盾构机掘削地层的刀 具。
刀具布置和刀具形状在盾构机设计中是非常
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ห้องสมุดไป่ตู้
海瑞克周边刀的刃口主要承受高应力 的磨粒磨损，周边刀迎土面钎焊有球齿， 球齿材料为硬质合金，主要用于承受砂 砾、卵石的磨粒磨损与冲击。
超 硬 钢 的 种 类 及 特 性 特性值 种 类 硬度 抗弯强度 (HRA) (MPa) E1 E2 E3 E4 E5 >90 >89 >88 >87 >86 >1200 >1400 >1600 >1700 >2000 化学成份（%） W C0 C 用途
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(6) 滚刀
根据广州及深圳地铁建设经验，随着城市轨道路网 的延伸及建设力度的加大，盾构区间不仅需穿越常见的 软弱地层，同时还需在部分硬岩地段中通过。因此在刀 具选择上既要考虑在软岩中开挖的需要，也要考虑在硬 岩中的要求。一般认为刮刀适用于土层及部分软岩，盘 形滚刀适用于硬岩，其中单刃滚刀能用在强度很高的岩 石中，国外曾有在抗压强度超过200 MPa岩石中应用的工 程记录。
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(2) 超前刀(也称先行刀)
顾名思义，超前刀即为先行切削土体的刀具。超前刀在设计中主 要考虑与切削刀组合协同工作。刀具切削土体时，超前刀在切削刀 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。据其作用与目的，超前刀断面一般比切削刀断面小。 采用超前刀，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，减少切削刀的磨耗。在松散体地层， 尤其是砂卵石地层使用效果十分明显。
盾构机刀具磨损及刀盘设计
机械工程学院
2020/7/25
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3.6 刀圈挡圈磨损或脱落 挡圈是由两个半圆的钢环安装在滚刀轴的卡槽里焊接
成一个完整的圆环，其作用是防止刀圈从滚刀轴上脱落， 一旦刀圈挡圈脱落或焊接处磨损严重，就应该更换刀具。
4.7 滚刀漏油 由于密封件的损坏，就可能使密封油泄漏，从而导致
油封座和轮毂的损坏。
④将盾构机沿曲线的割线方向掘进，预偏量为3050mm，以减小管片因受侧向分力而引起的向圆弧 外侧的偏移量。
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⑤适当降低推进速度，在盾构机推进启动时，推 进速度要以较小的加速度递增（匀速递增）。
⑥推进时，要适当调整左右两组油缸的压力差， 使曲线内侧油缸压力略小于外侧油缸压力，但 纠偏幅度不要过大。
6.3 定期对刀具进行检查 在硬岩区地层中，如果出现推力过大推进速度小扭矩也
偏小，盾构机姿态纠正很难的现象时，就要考虑刀具是否磨 损严重，安排开舱检查刀具。
如果连续出现刀盘或螺旋输送机被卡住、驱动电机熄火 的现象时，应立即停机进行检查。
一般要在不超过二十环时对刀具进行一次检查，检查看是否有刀圈磨损超限、 刀圈断裂、刀圈变形、固定刀圈的螺帽是否松动或掉落、刀座是否有裂纹等，如 果一旦发现应立即采取补救措施。
仅在母材上实施 硬化堆焊
用于柔软淤泥层 （N=0~5左右）的施 工距离较短的场合
硬化堆焊
超 硬
超硬合金 刀刃型
仅在母材的刀刃 前，钎焊超硬合 金刀刃。
适用于沙层（N 〈25）、淤泥层 （N〈10）等比较
超硬刀刃
合
软的地层
金
刀 刃 粘 贴 型
超硬合金刀 刃+硬化堆焊
型
地铁盾构机施工中的刀盘及刀具改造技术
地铁盾构机施工中的刀盘及刀具改造技术摘要：盾构法是地铁区间隧道施工常用的方法，地质水文适应能力强，对地面交通影响很小，对施工周边环境的振动和噪声等干扰较小，地面沉降控制比较好，对周边地下管线、地面建筑物和构筑物及周围环境的影响比较小，施工速度比较快，工程质量比较高。
关键词：地铁盾构机；施工；刀盘；刀具；改造刀盘是盾构的主要工作部件，不同地质地层应采用不同的刀盘结构形式及刀具布置，刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败，影响盾构掘进的速度和效益，甚至关系到盾构施工的成败。
一、刀具工作原理1.刮削类刀具的工作原理。
在刀盘推力的作用下，刮刀嵌如岩渣或岩层中，刀盘带动刀具转动时刮削岩层，在掌子面形成一环环犁沟，特点是效率高，刀盘转动阻力大。
在软土地层或滚刀破碎后的渣土通过刮刀进行开挖，渣土随刮刀正面进入渣槽，因此刮刀既具有切削的功能也具有装载的功能2.盘形滚刀工作原理。
刀盘在纵向油缸施加的推力作用下，使其上的盘形滚刀压入岩石；刀盘在旋转装置的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转，同时各滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩面上连续滚压。
刀盘施加给刀圈推力和滚动力（转矩），推力使刀圈压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体。
二、施工中的刀盘修复和改造1.施工过程中发生的刀具和刀盘严重磨损，北京地铁某标段从第2个区间开始隧道掘进施工，第2个区间完成后，盾构机再掘进施工第1个区间。
盾构机在第2个区间始发后，当掘进至在282环开始，推进速度放慢，推力和扭矩增大，泡沫注入量开始增大;掘进至287环时，推进速度明显减缓，刀盘扭矩增大，泡沫注入量大量增加，渣土温度较高，推进耗时约219分钟;至288环时，刀盘扭矩快速剧烈上升，推进停止。
经过分析，发生此现象的主要原因可能是之前在黏土和圆砾层掘进中，黏土在刀盘中部黏结，在挤压和相互间摩擦的作用下，膨润土、泡沫和地层中的砂石黏土在刀盘中部发生固结，刀盘开口率逐渐减小。
在第287和288两环的施工过程中，刀盘开口率迅速减小，造成排土不畅，扭矩和推力增大。
盾构机刀盘修复
盾构机刀盘修复盾构机拆解后发现：1、刀盘外圆面磨损。
2、部分主切刀座及原有耐磨钢板已经完全磨耗。
3、刀盘空腔外露没有蒙板覆盖。
4、刀盘面网格耐磨带稀少。
5、原有耐磨板失效。
6、泡沫孔裸露没有保护。
7、原有边刮刀没有固定在刀座上，而是直接与刀盘主体筋板焊接。
8、刀盘里面筋板需要堆焊网格耐磨带。
分析主要原因为隧道穿越的地层主要为粘土沙，其中夹杂中粗砂、砾砂、卵石，砂性土摩擦阻力大，渗透性强，在盾构的推进挤压下水分很快排出，土体强度提高，故不仅盾构推进摩擦阻力大，而且开挖面土压力也较大，对刀盘的磨损会比较严重。
3.1 焊工管理3.1.1 所有焊工须持有有效证件，并且模拟现场焊接符合要求。
3.1.2 焊工精神饱满上岗作业，技能娴熟，操作手法全面。
3.1.3 焊前对焊工进行工艺交底，使焊工掌握具体焊接工艺，熟悉焊材和焊机性能，工艺确定后，焊工要严格执行。
3.1.4 开工前带焊工熟悉施工现场，进行详细的安全教育和管理，使焊工树立安全观念，进行安全操作。
3.2 焊材管理3.2.1焊材入库焊材有齐全的材质证明，并经检查确认合格后入库。
3.2.2 焊材发放焊材由专人发放，并做好发放记录，包括生产批号，施焊焊缝部位。
3.2.3耐磨焊丝检查固本耐磨焊丝只有在烘烤时拆包，拆包时核对焊丝牌号、规格、批号等。
拆包后检查焊丝是否生锈、药皮是否脱落，目测检验不合格的焊条不得进入烘箱，烘干后，对同一生产批号的焊丝进行检查，看药皮韧性及内部焊心是否生锈，如有不合格，这扩大检查，如仍有不合格报告技术负责人处理。
3.3环境管理3.3.1 手工电弧焊现场风速大于8m/s时，采取有效的防风措施后方可施焊。
3.3.2 雨雪天气或相对湿度大于90%时，采取有效防护措施后施焊。
3.3.3 现场需要搭设围挡（施工场地待定）3.3.4 刀盘面向上水平放置，安放支点应牢固可靠。
1、设计尺寸：主视图外径Ф6260mm，剖视图B-B显示：环带直径6230mm，刀盘厚度为450mm，耐磨环带宽度160 mm厚度50mm，耐磨块原有数量56块均匀分布。
盾构先行刀
盾构先行刀北京固本科技有限公司胡建平盾构先行刀即为先行切削土体的刀具。
先行刀在设计中主要考虑与切削刀组合协同工作。
刀具切削土体时，盾构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。
在工作过程中容易受到地层影响造成磨损。
1.盾构先行刀磨损原因盾构先行刀在地下开挖中会遇到各种不同地层,从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。
在开挖中刀盘受力复杂,工作环境恶劣。
刀盘的质量关系到开挖效率、使用寿命、工程费用及盾构施工的成败。
然而,由于刀盘不可避免的磨损往往给工程带来干扰和隐患,这就需要在短时间内对盾构超前刀磨损进行焊接修复,从而为盾构机开始新的掘进任务提供良好的设备条件。
2.盾构先行刀堆焊3.盾构先行刀修复方案磨损不严重的盾构先行刀由于刀具本体基本完好,大部分刀具磨损在容许范围内,剩余刀刃高度能够满足右线掘进任务,没有必要更换整个刀盘或者是全部刀具,只需要对磨损的刀盘本体和刀具进行焊接修复和更换,即可保证盾构机正常进行下阶段的掘进施工。
刀盘修复的原则是保证修复后的刀盘本体性能不低于原设计制造的水平,保证更换的刀具与出厂配备的刀具性能相匹配。
为此,在深入分析和研究之后,决定采用固本耐磨焊丝（焊丝样品图3）焊接修补具体方案：1 对刀盘本体外缘侧板环面,采用埋弧堆焊的方式,首先填平一圈凹槽,然后堆焊整个侧板环面,在环面上形成一圈耐磨层,使得刀盘本体直径恢复到出厂时的6240 mm。
2 刀盘外周边缘的倒角磨损采用加焊一圈耐磨钢板的方式对其进行恢复补强。
钢圈外径为6240 mm,内径5920 mm,厚度30 mm。
钢圈面与刀盘本体面平齐,钢圈与刀盘本体焊接采用二氧化碳保护焊,用埋弧堆焊把钢圈与刀盘面板之间的缝隙和钢圈与刀盘外缘侧板环面之间的凹槽填平。
钢圈表面采用二氧化碳保护焊堆焊栅格状的耐磨堆焊层。
4.盾构先行刀堆焊药芯焊丝的成分及堆焊层金属组织由盾构机刀具的工况可知，刀具既要具备较高的硬度以抵御高应力的磨粒磨损，又要有足够的韧性来吸收砂卵石的冲击。
盾构机中刀盘应急修复手段
刘冰 洋 高 鹏
（ 北方 重工盾构机分公司 ）
【 摘 要】 本 文首先 简要介 绍盾构机 的工作原 理，其次分析 了
盾构机 刀盘发生磨损的原 因，并在 此原 因的基础上提 出一些应急修
复 方法。
【 关键词 】 盾构机 ；刀盘修复 ；应急方 法
（ 上接第 ３ １ ０页 ） （ ４ ）开关机 时， 床面应 保持正常的料层厚度， 避免空床运 行。
现恢复 。钢 圈外 部直 径、 内部直径 、自身厚度都应符 合设计要求 。 钢 圈 面 同刀 盘 主 体 平 面相 统 一 。 对 钢 圈 和 刀 盘 的焊 接 要采 取 二 氧 化 碳 保 护 焊 形 式 ， 以埋 弧堆 焊 将 钢 圈 同刀 盘 板 间缝 隙 、钢 圈 同 刀 盘 外 侧板面间凹槽补平 。 （ ３ ）更 换 受 磨 损 刀 具 。通 常来 讲 ，刀具 同 刀 盘相 互 连接 有 两种 手段，其一是直接将 其焊接 于辐 板之上 ，其二应用基座 同辐 板螺栓 相关联的办法 。对于 直接将 其焊接于辐板之上 的刀具来 说，要以氧 炔 焰将 受 损 刀 具 在 根 部切 断 ， 再 逐 步 打 磨 平 滑 ，然 后 于 原来 部 位 焊 接刀具 。对于应用基座 同辐板 螺栓相关联的刀具 ，若基座 能够 保持 完好，则要先清 除污泥 ，并在此基础上直接 以螺栓实 现刀具 的固定； 若 基座本身也发生损坏 ，则要将新 基座完整焊接于辐板之 ，然 后再 以螺栓实现刀具的固定 。 基座 同辐板 间焊接方 法为 二氧化碳 保护焊， 其焊缝 高度需要一般为５ 层８ ｍ ｍ ，以提升基座 同刀盘 间的关联 强度 。 标 准要 求刀具材质采取硬质合金 ， 强度 需要等 于或者 高于原 装刀具 。 ３ ． ４ 如果没有特殊情况，则 刀盘中心部位 受损最小 ， 采取 二氧化 碳保护焊 进行一般性修复便可，即以耐磨焊条堆焊成栅格式 耐磨层 ， 其厚度 要求通常控制在５ ～１ ２ ａ ｒ ｍ 之 间 ４ 修复后施工要点检验 （ １ ）以抛光机或者砂纸实现焊接面打磨 ，并加 丙酮进 行擦拭 ， 保 证焊接 面的干净清洁与修复质量 。 （ ２ ）在进行焊接之前 ， 需要对焊剂加 以烘干处理 ， 在正 式焊接 时，需要以保温 箱实现系统保温工作 ，从而避免焊缝形成气孔 。 （ ３ ） 埋弧堆焊之初 要进行 必须的高温预热 ， 预热 的 目的是避免 焊 缝出现硬脆及冷裂纹 。在实 际堆 焊时，保持预热温度是必须 要做 的 步骤 ， 通 常 预 热 温 度 要 控 制 在 ２ ２ ０ 至３ ０ ０ ＂ （ ２ 之间。 （ ４ ）进 行埋 弧 堆 焊 技 术 工 艺 参 数 设 置 时 ，要 采 用 电流 小 、电压 低 、多次 、薄层 的办法 。 （ ５ ） 在进行 二氧化 碳保护 焊对刀盘进行焊接修复时 ， 保 证喷嘴 同焊件 间的距离合乎标准要求 ，以便更清晰地观察熔池状态 。焊接 时，手 腕要保证灵活 ，正确带动焊 枪转 动与平稳 ，以得到更加 令人 满 意效 果 。 （ ６ ）坚决避 免水及其余液体对焊件的侵蚀 。 （ ７ ）焊接完成之后 ， 要对焊接过 的所有位置进 行检查 ，如果检 查中发现有裂 纹、气孔及夹渣等 问题时 ，必须进行再次焊接 。
盾构机滚刀
盾构机滚刀北京固本科技有限公司胡建平盾构机滚刀布置和盾构机滚刀说形状在盾构机设计中是非常重要的内容。
刀具布置方式及刀具形状是否适合应用工程的地质条件,直接影响到盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。
1 盾构机滚刀工作安装在刀盘上的盘形滚刀在千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。
滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆沟槽。
当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状裂纹;进一步加压，当滚刀间距S满足一定条件时，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，盘形滚刀完成一次破岩过程。
2 影响盾构机滚刀破岩效率的因素：根据以往工程实践及试验数据，影响盾构机滚刀破岩效率的因素有：1) 脆性/塑性:是对抗压强度、抗拉强度的综合评价，适用于抗压强度较大(小)，而抗拉强度较小(大)岩石。
有关文献资料显示在同样条件下，脆性岩体在挤压阶段所需时间远远小于塑性岩体(约八分之一)。
2) 耐磨性:本指标直接关系到盾构机掘进效率，是承包商进行刀具寿命及备品估算、工期筹划的主要依据。
根据国外资料统计在耐磨性小的岩石中，更换刀具时间占总停工时间的3%，而在高耐磨性岩石中有20%之多；以每掘进1米时间计算，耐磨性小的岩石为0.02~0.05 hr/m，而高耐磨性岩石则可高达0.2hr/m。
3.双刃盾构机滚刀刀具的磨损及原因：（1）正常磨损刀具的正常磨损是指刀圈的磨损量超过了规定值，磨损量可用专用的量具进行测量。
2）刀圈偏磨如果滚刀在掘进工作面不转动，由于刀圈和掘进工作面的相对运动就会形成刀圈的偏磨。
由于中心区滚刀线速度较小，承受载荷较大，中心区滚刀容易出现此现象。
3）刀圈挡圈磨损或脱落挡圈是由两个半圆的钢环安装在滚刀轴的卡槽里焊接成一个完整的圆环，其作用是防止刀圈从滚刀轴上脱落，一旦刀圈挡圈脱落或焊接处磨损严重，就应该更换刀具。
Ф6840 mm土压平衡盾构机复合刀盘
随着现代城市的发展，类似开挖隧道的工程也在不断增多，如各种地下管道的工程、地铁工程和跨海隧道等，盾构机以其机械化程度高、安全可靠、不受地表状况影响，工作环境良好，施工进度快等诸多优点在隧道工程建设中得到广泛应用。
土压平衡盾构机（Earth pressure balance shield machine ，简称EPB ），是隧道建设及地下空间开发领域广泛应用的一种现代化工程机械装备[1]。
它是通过控制推进速度和排土量来保持密封舱内的水土压力和开挖面水土压力之间的平衡，从而维持开挖面的稳定性，有效防止地表变形，主要适用于软土、砂砾或含水等混合地层中的隧道掘进。
刀盘布置在盾构机的最前方（见图1），负责对土体进行掘削，同时对掘削面有一定的支撑和稳定作用，刀盘上中心鱼尾刀负责搅拌土体，保证土体的流动性。
以前的刀盘设计大多数只针对单一地质情况，但是许多地区地质情况复杂，比如大量软土中夹杂坚硬石块等，这时需要既能开挖软土也能破碎岩石的刀盘。
为此，本文专门设计了一种复合式刀盘，该刀盘集中心刀、滚刀、撕裂刀和刮刀于一体，可以充分适应复杂的地质情况。
1刀盘的结构刀盘分为面板式、辐条式和辐板式三种。
本文的盾构机采用辐板式刀盘，它同时兼有面板式和辐条式的优点，能够保持开挖面的稳定，而且掘进扭矩较小。
刀盘的支撑形式分为三种：中心支撑、中间支撑和周边支撑。
本文刀盘采用中间支撑，这种支撑方式多用于直径较大的刀盘，容易满足面板所需载荷强度，土仓中土砂流动性好，进仓作业空间充分。
本刀盘主体由辐板、面板、围板、盲板和法兰焊接而成（见图2）。
其所有外表面均堆焊耐磨层或焊接耐磨板，以增强刀盘表面的耐磨性能。
本刀1.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连1166002.大连中集特种物流装备有限公司工程师，辽宁大连116600Ø6840mm 土压平衡盾构机复合刀盘张晶1，高兴2摘要：以Ø6840mm 土压平衡盾构机为例，介绍土压平衡盾构机刀盘的功能及组成，各种掘削刀具的结构和作用，指出刀盘设计的难点和重点。
盾构机刀盘与刀箱开槽修复技术研究
工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald56DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.19.056盾构机刀盘与刀箱开槽修复技术研究王伟金 靳党鹏(中交天和机械设备制造有限公司 江苏常熟 215500)摘 要：刀盘是盾构机的主要工作部件，不同的地质对刀盘的结构形式和刀箱刀具的布置情况要求不同，刀盘的好坏决定了盾构的开挖性能，甚至影响整个盾构工程的成败。
盾构机在穿越软硬交替、上软下硬等复合地层时，刀盘、刀箱易出现异常磨损，本文通过研究在稳定的全断面岩层中，刀盘前方开凿维修槽，维修、更换刀盘及刀箱工艺，总结了一套较为完整的施工技术，以期为类似工程提供有益的借鉴。
关键词：盾构机 刀盘 刀箱修复 维修槽 焊接面板 耐磨板中图分类号：U455.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)07(a)-0056-02某轨道交通工程盾构机在穿越上软下硬地层时，进仓检查刀具时发现刀盘、刀箱、刀具有磨损和脱焊现象，已严重影响正常的掘进，必须采取全面修复，以确保盾构机的正常掘进。
如果在采用地面开挖的方式将刀盘拆解吊出维修，一方面受场地条件制约，另一方面成本高、周期长，而且会严重影响工期和造成不良的社会影响，因此制定刀盘、刀箱维修方案原则是：(1)洞内维修；(2)按原设计进行复原；(3)根据现场情况对刀盘、刀箱进行适当改进。
1 工程概况盾构机在穿越上软下硬的复合地层时，发现盾构机的推力和扭矩明显增大，超出报警值。
开仓检查后，发现刀盘面板和刀箱磨损、刀箱与主梁脱焊、刀具损坏严重(见图1)。
2 刀盘、刀箱维修方案分析采用爆破预处理，并用双液浆进行封堵，使盾构机进入全断面硬岩层。
在刀盘中心至右侧打维修槽，并安装钢管支架，确保维修作业安全(见图2)。
2.1 刀箱由于刀具磨损较为严重，滚刀刀箱与主梁脱焊，损坏严重的从新安装新刀箱，其余的补焊刀箱与主梁之间的焊缝；中心刀刀箱为八联整体刀箱，空间限制无法更换，故中心刀箱采用焊接修复。
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盾构机刀盘堆焊焊丝
北京地区地层中含有大量的砂砾和卵石，地铁盾构施工时盾构机刀具受到高应力下的磨粒磨损和冲击作用，损耗严重。
进口刀具仅能掘进250米左右，这不仅增加了地铁施工成本，影响了施工进程，还增加了因刀具更换次数过多而带来的塌方隐患。
盾构机刀盘堆焊焊丝在此过程中发挥着重要作用，北京固本科技从刀具的堆焊修复着手开展了盾构机刀具强化研究，开发了KB999系列堆焊药芯焊丝。
KB999系列焊丝所制堆焊层硬度在HRC51以上，堆焊时无需对刀体进行预热和焊后热处理，堆焊层无裂纹。
通过冲击实验和磨粒磨损实验，考察了堆焊层的硬度、组织及其磨粒磨损性能，实验结果表明堆焊层具有优异的耐磨耐冲击性能。
通过合理的堆焊层设计，强化的盾构机刀具达到掘进780余米的使用寿命。
盾构法是利用盾构机在地面以下暗挖隧道的一种施工方法，具有安全高效、对地面干扰小等优点，是当前城市隧道建设的最佳选择。
2001年7月北京地铁五号线盾构试验段进行始发掘进，这是北京地区首次将盾构施工法引入地铁隧道建设。
在北京市科委的大力资助下，通过对盾构机刀具、刀盘的详细失效分析，研发了刀具、刀盘修复专用系列堆焊焊丝和耐磨复合钢板，有效解决了刀具刀盘的磨损问题，大幅提高了刀具寿命。
1北京地区地质特征及盾构机刀具失效原因。
北京市地处永定河洪冲积扇的中上部[1]，地层中含有大量的砂卵石（见图1），而且一般级配良好，含砂率在25％～40％之间[2]，盾构机在此地层中施工远比在砂性土层中施工困难。
地铁隧道施工时，盾构机刀具受到强烈的冲击和高应力的磨粒磨损，这是造成刀具迅速失效的主要原因[3]。
图2为刀具的失效形貌图，可见刀具的失效主要是刃口上镶嵌的硬质合金的脱落和折断。
刀具作为盾构机的主要损耗件之一，全部依赖进口，不但造价昂贵，运输耗时、耗资，对地铁施工的进程造成了很大的影响,而且频繁更换刀具使得开仓次数增加，加大了塌方危险发生的可能性。
因此，开展盾构机刀具、刀盘的修复研究，显得尤为必要。
1北京地区地层渣土2盾构机刀具失效形貌
图3盾构刀具不同失效部位的SEM分析
表1盾构刀具磨损特性分类表
刀具部位内侧本体外侧本体
外侧球齿
刃口磨损性质犁沟式磨粒磨损
犁沟磨损+碾压磨损犁沟磨损+塌陷
北京固本科技通过对进口盾构刀具在砂卵石地层的磨损特点分析，我们得出的结论是：盾构刀具在砂卵石地层施工中，主要的失效形式为：冲击破坏、犁沟式磨粒磨损和碾压磨损。
由此，我们开成功开发了盾构机刀具专用耐磨堆焊丝和耐磨复合钢板。
2KB999系列药芯焊丝及其性能
2.1KB999系列药芯焊丝
KB999系列焊丝是针对盾构机刀具修复开发的一种堆焊药芯焊丝，直径为1.6mm，采用CO2气体保护焊或者自保护焊（无需保护气体）。
KB999系列焊丝具有良好的焊接工艺性能，堆焊层焊态硬度可达58～64HRC，堆焊层裂纹倾向小，而且可以满足盾构机刀具现场修复时苛刻的施焊要求：难以进行焊前预热和焊后热处理、施焊空间狭小、通风条件差等。
堆焊试样所用的试板为Q235钢板，尺寸为100×200×10mm，堆焊层数为三层，层间温度控制在150℃以下。
2.2KB999系列药芯焊丝熔敷金属的组织
由盾构机刀具的工况可知，刀具既要具备较高的硬度以抵御高应力的磨粒磨损，又要有足够的韧性来吸收砂卵石的冲击。
所以选择Fe-Cr-Ni-Nb-Mo等元素组成的合金系设计了KB999系列堆焊药芯焊丝。
堆焊层冲击前后的组织见图3。
可见堆焊层为断续网状的奥氏体（白色）与低碳马氏体（细针状）的混合组织，冲击后堆焊层的组织得到一定的细化，马氏体组织明显增加。
43.5Kg铅球1m自由落体冲击10次前的组织
随着冲击次数的增加，堆焊层的耐磨粒磨损性能逐步提高。
堆焊层受冲击后，一方面其显微组织中的部分残余奥氏体转变为马氏体，另一方面显微组织得到一定的细化[4]，堆焊层表面位错增加，使得冲击后堆焊层的硬度增加，耐磨粒磨损性能提高。