盾构滚刀简介
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。
盾构刀具制造技术简介
盾构刀具制造技术简介株洲星火科技开发有限公司位于中国硬质合金重地——湖南株洲，交通十分便利。
我公司生产的盾构刀具目前已在北京、广州等地铁项目中应用，根据用户的反馈情况来看，我公司生产的盾构刀具使用寿命和进口刀具相当，但具有更高的性价比。
一、刀片材质的选型：齿刀（刮刀）上的硬质合金牌号的选用是根据不同地质情况以及在刀体上的作用的不同而选用不同的牌号，可供选用的由公司研发的地矿挖掘类系列牌号较多，以下仅列举盾构刀具常用的几个硬质合金牌号的性能指标：二、刀体材质选型：刀体材质选用综合性能较好的40CrNiMoA牌号钢材，机械加工后处理淬火HRC40-45,保证刀体具有足够的耐磨性、韧性和焊接性。
三、焊接部分：硬质合金刀片采用中、高频焊接，焊接采用国产铜基焊接J103—107系列及进口的铜银复合焊片，刀具除合金刀之外的关键部位均采用高硬度的耐磨堆焊层保护，堆焊表面强度HRC56—58度，厚度约3 mm，耐磨焊的焊料采用公司研制的铸造碳化钨焊条或国产、进口的较好的耐磨焊料。
四、盾构刀具主要生产设备：1、合金刀头制造：喷雾干燥塔、TAP—50全自动压力机、过压烧结炉。
2、刀体制作：锻造机560kg、冲床160-20、精密镗床T428型、立式车床、铣床。
3、焊接工艺：高、中频焊机；等离子堆焊机；热处理炉。
星火盾构刀具业绩表客户工程标断区间使用刀具类型适用机型号Name of Customers Project details Type of tooling used Type of machin e北京城建北京轨道交通五号线正面齿刀海瑞克6.2米盾构Beijing City 张自忠站—北新桥站区间 Front toothed tooling HERRENKNECHT 6.2m Cons-Truction Beijing subway line No.5 ZhangZizhong Stn.to Beixing Bridge北京城建北京轨道交通机场线三元桥-东直门区间正面齿刀海瑞克6.2米盾构Beijing City Beijing subway line No.5 MeizhidianCons-Truction West to Liagma River Front toothed tooling HERRENKNECHT 6.2m北京住总北京轨道交通十号线麦子店西站-亮马河区间正面齿刀海瑞克6.2米盾构Beijing Beijing subway line NO.5 MeizhidianResidence Corp West to Liangma River Front toothed tooling HERRENKNECHT 6.2m中铁十六局北京轨道交通十号线正面齿刀海瑞克6.2米盾构花园东路-学院路区间 Front toothed tooling HERRENKNECHT 6.2m Chia Railway 双井-光华区间边缘刮刀Bureau number 16 Beijing subway line Edge scrapers Huayuan Rd.E to Xueyuan Rd.Shuangjing to guang-hua Rd.中油管道四公司仪征-长岭输油管道边缘刮刀海瑞克2.4米盾构China Petro.Piping 长江穿越工程 Edge scrapers HERRENKNECHT 2.4mCompany numbeR4 Yizheng to Changling(petroleum 正面齿刀System underneath Yangtse Ricer) Front toothed tooling中油管道四公司广东LNG珠江水道穿越工程门型刀、保径刀海瑞克3.8米盾构China Petro.Piping Guangdong LNG 边缘刀、正面齿刀Company numbeR4 channeling system Front toothed toolingunderneath the Pearl Ricer diameter determinator, HERRENKNECHT 2. 4medgescrapers,front toothed tooling广州盾建广州市轨道交通三号线羊角刀、正面齿刀海瑞克6.2米盾构（市一番区间）边缘刮刀 HERRENKNECHT 6.2m Guangzhou Subway Guangzhou subwayline Claw tooling,Front tootConstrution Bureau NO.4(inter-reginal) hedtooling,edgescrapers。
泥水盾构机滚刀使用分析
泥水盾构机滚刀使用分析摘要：泥水盾构机是一种典型的全面隧道掘进机，利用泥浆在隧道工作面上形成一层粘土膜支撑和稳定隧道开挖面，平衡开挖面上的水土压力，广泛用于高含水量、高水压、渗透系数大的粘性土、砂砾层等。
随着近40年来隧道工程和盾构隧道技术的快速发展，隧道工程呈现出大直径、深埋、高水压的趋势，盾构机的直径和承压能力也在不断提高。
盾构机总装结构，主要由刀盘、刀具、盾体、主驱动系统、液压系统、推进系统等部分组成。
关键词：泥水盾构机；滚刀；使用分析引言杭州天目山项目施工采用两台气垫式泥水平衡盾构机施工，刀盘主要配置滚刀和刮刀，在施工过程中遇到及其复杂的地质条件，如⑥淤泥质黏土、⑦粉质粘土、⑯碎石夹粘性土、⑯1含砾粉质粘土、㉓1全强风化凝灰岩、㉓3-2中风化下段凝灰岩，整条盾构区间上述几种不同地质大部分情况在同一断面共存，盾构推进过程中因地质条件问题导致滚刀损耗量较大。
1滚刀磨损因素分析项目双线贯通后合计更换滚刀894把，平均每环更换0.51把；其中，左线更换滚刀479把，平均每环更换0.54把，右线更换滚刀415把，平均每环更换0.47把/环。
出现两条盾构区间滚刀损耗出现偏差的原因主要为左线盾构机在推进过程中领先右线200环左右，右线盾构机推进参数是针对左线盾构机推进参数进行优化后实施的。
由于盾构机刀盘不同轨迹半径的滚刀，其线里程呈指数性增长，因此按照滚刀安装位置、区间不同地层两项指标对项目泥水盾构机滚刀检查和更换记录进行数据筛查分析。
1.1按照滚刀安装相对位置分析滚刀不同安装位置更换频次依次从刀盘中心（13#）向外侧逐渐增大（81#，同轨迹三把滚刀），从下图可看出趋势线逐步增高。
刀盘中心滚刀运行轨迹半径从中心向外侧陆续增加，不同滚刀轨迹运行圆周长度（线里程）呈线性变长，相同地层中滚刀磨损程度也是逐渐变大，符合物理规律。
1.2按照区间断面不同地层分析由于整个区间多种不同地质条件长距离共存，根据开仓检查情况发现对两两相距较远的滚刀磨损情况差异较大。
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。
浅谈盾构刀具使用及维修管理
浅谈盾构刀具使用及维修管理1.盾构刀具的结构及材质盾构刀具主要由钢制刀头和金属密封组成。
钢制刀头是盾构刀具的主体部分，是盾构刀具直接与土层接触的部位，起着切削、破碎、搅拌等作用；金属密封是盾构刀具与盾构机切割室之间的隔离装置，起到分离泥浆和刀头的作用。
在刀头钢的材质选择方面，由于盾构机作业环境的复杂性，刀头钢的材料不仅要求有很高的硬度和韧性，同时要具有良好的耐磨性和耐腐蚀性能。
常见的盾构刀头钢材有Cr12MoV、6CrW2Si、T15等。
在盾构施工作业中，刀具的使用管理直接影响到施工质量和效率。
因此，盾构刀具的使用管理应根据不同项目的具体情况制定相应的使用规范和管理细则，包括选择合适的刀具、使用规范、保养维护等方面。
2.1 刀具选择在刀具的选择上，应根据具体的施工环境以及施工所需的切削和破碎要求，选择适合的刀具规格和型号。
同时，需要注意不同类型和规格的刀具在切削效率、耐磨性、寿命等方面的差异。
2.2 使用规范在盾构刀具的使用过程中，需要注意以下几个方面的规范：（1）合理控制推量和转速：适当控制推量和转速可以有效降低切削力，减少切削部件的磨损，延长刀具的使用寿命。
（2）正确选择推力控制和转速控制方式：盾构刀具的推力控制和转速控制方式直接影响到施工效率和质量，应根据具体的施工情况和土层状况进行合理选择。
（3）定期检查刀具：使用刀具一定时期后，应定期检查刀具的磨损情况和变形情况，及时更换修复。
（4）定期清洗刀具：在刀具使用过程中，会不可避免地存在泥浆等固体颗粒的附着，会影响刀具的使用寿命和效率。
2.3 保养维护在盾构刀具的使用过程中，保养维护措施也是关键的环节。
一方面，保养维护可以减缓刀具的磨损和变形速度；另一方面，保养维护还可以有效降低修复成本和使用成本。
常见的保养维护措施包括：保持刀头清洁、涂抹保护液、定期检查刀头的变形度，以及采用合适的修复方式等。
随着盾构刀具的使用次数和使用周期的增加，刀具的磨损和损坏情况也会逐渐显现。
浅谈盾构机球齿滚刀圈的应用
浅谈盾构机球齿滚刀圈的应用摘要：本文主要简单介绍盾构机的基本工作原理、盾构机球齿滚刀的产生、盾构机球齿滚刀的应用，盾构机球齿滚刀的适用范围及其优势。
关键词：工作原理滚刀的分类球齿滚刀1 土压平衡盾构机的基本工作原理盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。
该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。
挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
1.1盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。
1.2控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀盘开口进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
1.3管片拼装盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装衬砌管片，使隧道—次成型。
1.4盾构机的组成盾构机的开挖直径为6.28m，总长75m，其中盾体长8.5m，后配套设备长66.5m，总重量约520t，总配置功率1743kW，最大掘进扭矩5300kNm，最大推进力为34210kN，最大掘进速度可达8cm／min。
盾构机主要由9大部分组成，他们分别是刀盘、盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。
2 滚刀的分类2.1滚刀分为齿形（球齿、楔齿）滚刀和盘形滚刀2.1.1滚刀刀圈的材质是滚刀能否胜任掘进硬岩的关键。
盾构刀具分析(1)
常压可更换切削刀应用分析
本次盾构掘进了102米，通过了砾砂、卵石圆砾地层 进一步说明砾砂、卵石圆砾地层对刀具的磨损不大，外 周磨损在20mm以内 通过513环与462环的比较，新换的刀具没有合金崩断， 说明462环检查时大部分合金的崩断是在加固段造成的
常压可更换切削刀应用分析
580环切削刀检查
常压可更换切削刀应用分析
55号刀压板螺丝全部断裂
防止螺栓断裂装置
常压可更换切削刀应用分析
1、粘土层和沙层对刀具的磨损较小 始发加固段（有部分建筑混凝土块）强度过高对切削刀造 成崩裂损坏；在加固段施工时应加以重视 砾砂、卵石圆砾地层对外周刀的正常磨损量，根据以上统 计分析，在每掘进100米时磨损量在20mm以下； 较大的卵石地层，如果较大的卵石在刀盘前堆集在一起， 会很容易造成刀具合金的崩断和常压可更换切削刀的刀箱螺 栓断裂；因此，为安全考虑，希望对常压可更换切削刀的刀 箱结构设计和螺栓连接强度应该进一步的优化和加强。
数量80把 用于粘土、砂卵石掘进，
并起到保护滚刀作用 安装在2、4、6、8辐条上
纬三路盾构机刀盘介绍
仿形刀 最大超挖高度为130mm 数量1把 用于仿形超挖 安装在刀盘外周面上
超挖刀 最大超挖高度为100mm 数量1把 用于固定超挖 安装在刀盘外周面上
仿形刀 超挖刀
常压可更换切削刀应用分析
513环切削刀检查
序 号
刀号 （辐条）
检查情况
备注
序 号
刀号 （辐条）
检查情况
备注
1
17
2
25
3
29
4
33
5
37
6
45
7
盾构掘进机破岩刀具
P
类别
S
Cr
Mo
V
9Cr2Mo
0.85- 0.20.95 0.4
0.2- ≤0.03 ≤0.03 1.4- 0.2-0.4
0.4
2.0
6Cr4Mo2W2V 0.5- 0.2- 0.2- ≤0.01 ≤0.02 3.5- 2.0-3.0 1.0-
0.7 0.4 0.4
4.5
1.5
Ni Cu
4Cr5MoSiV1 0.32- 0.2- 0.80.42 0.5 1.2
页岩 粘土 泥岩
刀具型式
刮刀;齿刀; 楔齿滚刀
中软岩 45--85 石灰岩 砂岩 大理石 火山岩 凝灰岩
中硬岩 硬岩
85—180 白云石 片麻岩 花岗岩 片岩 长石
＞180
闪绿岩 硅岩 角闪岩 硬质粘土岩 玄武岩 燧石 砾岩
盘形滚刀; 楔齿滚刀
盘形滚刀; 球齿滚刀
盘形滚刀 球齿盘形滚刀
5 .1 盾构掘进机刀具在国内的应用
这种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。具有浮动能力，可补偿装配端间隙或防止偏斜。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起决定性作用。金属密封环采用高硬度的耐 磨高铬钼的铸铁材料，硬度HRC60-65，工作表面粗糙度Ra≤0.1um，表面平面 度≤0.0015mm。
刀座有的是与刀体成一体的，有的是与刀体焊接的。与刀体焊接的刀 座材料一般是低碳低合金钢。
刀体对硬质合金刀刃起支撑和保护作用，要有足够的强度和耐磨性， 通常选用中碳中合金钢或空淬钢，使硬度达到HRC40以上，也常常采用 表面硬化技术或局部堆焊耐磨层。
刮刀刃是刮刀刮削岩土和保护刀体不被磨损的关键部位，通常是用硬 质合金做成的，硬质合金的型号为YG11C。其大小和形状根据部位、作 用、地层设计。
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17”盘型滚刀结构和技术参数介绍
图 1
目前国内生产盾构刀具的厂家相当多。
在关键部件轴承的选择，国内多选择USA的“铁木肯”系列轴承。
海瑞克选poland 的SKF系列轴承。
所选都是世界知名品牌。
我认为所有设计都围绕该部件为基准来设计的，所
有我定为关键部件。
（图3）
刀圈多为H13 钢（USA牌号，国内和热做模具钢接近的合金钢材料），热处理后HRC55-60. 与刀榖做过盈配合（过盈量在0.15-0.25mm ），预热套装到刀榖配合位置。
在加挡圈以防止
刀圈外脱。
轴多采用轴承钢之内的材料；刀榖，上下端盖采用合金结构钢材料锻打，调质后加工而
成。
下端盖与轴配合目前国内的产品多为间隙配合在加工楔口防止转动，以O型圈做密封的方法设计的，而海瑞克是下端盖与轴为小过盈的紧配合。
上端盖采用与轴的螺纹配合，通过4 个环形阵列的扳手孔旋紧到轴上。
（扳手要自己做）
浮动密封的浮动环目前也有大约 2 种加工情况，一种车床加工再做表面处理的，在研磨；一种为时效处理后磨床加工的，在研磨的。
相比后者较好。
浮动密封的胶圈要恢复性好，弹
性好，耐油。
（图4）
防尘密封主要国内厂家的一些滚刀有这个设计，海瑞克没见到过，所以上图片中没有显
示。
就是在刀榖与上下端盖的间隙处，在刀榖内加工环槽，在里面安装密封条与端盖发生小
摩擦以防止岩层粉末进入刀体内。
除单刃滚刀外还有双刃， 3 刃等多种滚刀，即在刀榖上安装多个刀圈，分单个刀榖上安装
2 个刀圈；多个刀榖上安装多个刀圈（多为中心滚刀图5）
以海瑞克17”滚刀出厂标准，刀圈外径为17 英寸，扭矩约24-35n.m ，刀圈HRC55-60（未
做准确测量，凭经验和粗测设备估计和参照国内出厂数据）图 3
图
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