盾构软土刀具磨损计算
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
盾构机刀具的使用磨损共109页111页PPT
盾构机刀具的使用磨损共109页
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
盾构刀具磨损调研
盾构切削刀具磨损现状调研分析及北京地铁砂卵石地层磨损现状§1、前言近些年来，在盾构施工中为了稳定开挖面与减少后续沉降，泥水加压式、土压式等施工方法用得越来越多。
砾层中的施工不断增加，且受到竖井数量的限制掘进距离也有所增长，所以盾构机的耐久性问题变得越来越突出。
成为耐久性问题的主要是切削刀具的损耗及面板、外圈侧面的磨损。
虽然，由于损耗严重不能继续使用时，只要将其修复成原来的状态就可以是使用，但由于使用密闭型盾构机施工时，大多需要对开挖面进行地基改善及部分加气压等补助工法，因此，修复工作无论在经济上还是工期上，都会造成浪费，而且在安全方面也是很危险的。
这样的损耗如果任其发展，就会发展为盾构机外圈部分及外圈密封层的损耗，可能会造成重大事故。
本文根据多个国外损耗事例分析了损耗的主要原因与措施的技术动向。
并对北京地铁砂卵石地层磨损现状进行了简单的介绍。
§2、切削刀具2.1切削理论2.1.1切削形式土被盾构刀具切削后的形状主要受切削基岩土质、切削条件等的影响。
切削土的形状分为以下4种。
①流水型切削②裂断型切削③剪切型切削④剥落型切削①流水型切削流水型切削指的是切削围岩为粘土或者包含着粘性土成分（粉砂、粘土）的时候，切削土沿着刀尖的前倾面被连续剪切成流水形状的情形。
②裂断型切削实在土的粘性小，含水量低的情况下产生的现象。
刀尖受到土的压力，土体受到压缩后在刀尖处产生裂缝，接着引起剪切，切削土就会分离。
此时，刀尖处产生波动，明显的时候甚至引起振动。
因为振动能减轻盾构框架与土的摩擦，大的切削抵抗或许能成为引起旋转的主要因素。
③剪切型切削切削角度大或者土体坚硬且脆弱的情况下产生的现象。
这种现象时裂断型切削预流水型切削的过渡状态。
随着刀尖的推进土会产生压缩变形，达到一定程度的时候，就会从刀尖处开始沿着某一面发生剪切。
④剥落型切削土体中混有砾石或砂砾层的时候，刀尖剥落砾粒使土与砾的粘结消失的现象。
这个现象就像用夹子把土中的砾粒抠出来一样。
阐述盾构机刀盘刀具磨损与处理措施
阐述盾构机刀盘刀具磨损与处理措施在国内的很多工程中都对盾构法进行了应用，在解决恶劣地质构造时发挥着重要的作用。
但是，刀盘刀具磨损情况还长期的制约着该方法的有效发展，因此，文章以北京砂卵石地质构造为例，对盾构机刀盘刀具磨损与处理措施进行了分析与阐述。
进而为有关单位及工作人员提供一定的借鉴作用。
一、刀盘的磨损情况分析1、磨损现象分析在盾构隧道贯通后，需要检查、清洗盾构刀盘，这时，我们就可以发现有无磨损现象发生，通常情况下，盾壳和刀盘的间隙位置是最容易被磨损的，以整体角度出发，刀具和刀盘会展现出边缘侧板磨损和外周磨损大的情况，圆周中部和中心磨损小的情况。
具体磨损案例如下：首先，刀盘外圈周边容易出现磨损；其次，先行刀在刀盘辐板上容易被损坏，容易磨损先行刀安装基座，一旦这个部位没有注意，损坏会非常的严重；再次，通常会较深磨损刀盘面板，并且会有明显的凹陷存在于部分位置。
2、分析磨损因素在盾构推力的影响下，刀具会将一定的压力带给开挖面土体，在刀盘的转动下，会有摩擦出现在刀盘前方土砂和刀盘及刀具之间，进而就会出现磨损情况。
刀具磨损同刀具材质、地质条件、刀具的贯入度、时间等有关，并且随着不断增加的刀具掘削里程，在刀盘周边布置的刀具因为有较大的线速度、切削线路长，所以容折断、磨损快等情况。
当外周边刀具和周边刀被磨损了之后，这样就会相应的磨损到边缘侧板和外周边。
同时，在开挖时，会有将复杂的力施压到盾构刀盘刀具上面，恶劣工作环境以及盾构刀具所穿越的不同地层与磨损程度有着非常密切的联系，粉质砂土、粘质土和淤泥质砂土等地层不会过大的磨损刀具，而砂卵石土和砂土地层会加剧盾构刀具磨损，甚至还会造成盾构刀具崩齿，砂卵石地层在北京地区是一种分布非常广泛的地形地质，因此，在施工的过程中非常容易遇见，甚至还会夹杂着大粒径卵石和石块，所以，会较为严重的磨损到道具和刀盘。
二、具体的解决对策分析通过上述的分析能够发现，在北京砂卵石地层中进行掘进的过程中，对盾构机的刀具会经常的带来损害，并且，一旦刀具损坏跟换维修起来就会非常的吃力，并且，所花费的费用和时间也较多，因此，采取有效的方式避免或者降低这种损耗是非常必要的，因此，我们可以从以下几个方面入手来降低对刀盘的损耗。
盾构机刀具磨损的分析
3.1 刀盘布局 盾构机刀盘分为三个区域：中心区、正面区和边缘区。
正面区刮刀 边缘刮刀
双刃齿刀
双刃滚刀
单刃齿刀 超挖刀
3.1.1 中心区 该区是刀盘布局的关键，既要考虑对砂土、粘土和较为 破碎岩层的开挖和出土的适应性，又要兼顾到整个区间围岩 的强度，因此该区采用齿刀和滚刀可以互换的方案，刀座设 计成既可以安装齿刀，又可以安装滚刀，而且设计成背装式 ，即可以在刀盘后面对刀具进行更换。 该区布置有6把双刃滚刀（或6把双刃齿刀），硬岩用滚 刀，软土用齿刀。6把双刃滚刀的刀间距为180mm.。 3.1.2 正面区 该区采用刮刀与双刃滚刀（或单刃齿刀）组合的布局 方式，共设64把刮刀和8把双刃滚刀（或单刃齿刀），刮刀 在刀盘的四个方向分两列布置，其宽度使得每把刀的切割轨 迹有所重叠，可使开挖土体清除干净。滚刀安装高度超刮刀 高度35mm，双刃滚刀和单刃齿刀可以互换，硬岩用滚刀， 软土用齿刀。
6.2 根据不同的地层选择不同的刀具 根据地质资料和对出土情况的判断来确定刀具的更换， 特别是两种地层的交界处。从<7>岩石强风化带向<8>岩 石中风化带<9>岩石微风化带地层转换,如不能及时将齿刀 更换为滚刀，就会很快加剧齿刀地磨损；从硬岩地层向软土 地层转换，如不及时将滚刀换回齿刀，也有可能出现滚刀偏 磨的现象。 6.3 定期对刀具进行检查 在硬岩区<8><9>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，应立即停机进边缘滚刀（正面滚刀） 8.1 边缘滚刀（正面滚刀）的维护和修复 根据更换的边缘滚刀（正面滚刀）的磨损情况和使用记 录，来确定滚刀的维护和修复方案。如果刀圈磨损量没有超 过25mm，可先检查滚刀密封油是否足够，如密封油不够就 应添加；用锯条将滚刀端盖和轴承缝之间的碎石泥土清理干 净并检查油封及油封座是否完好，如有损坏应换新或修复。 如刀圈磨损量超过25mm，就应割掉刀圈，重新换上新 刀圈；同时也要检查密封油、油封和油封座，并根据检查情 况进行维护。 8.2 中心区滚刀的维护和修复 中心区滚刀修复的方法和边缘滚刀基本相同，由于其 结构和边缘区滚刀结构不同，其工艺程序比较复杂。
盾构摩擦阻力计算公式
盾构摩擦阻力计算公式引言。
盾构是一种用于地下隧道建设的机械设备，它可以在地下挖掘并同时支撑隧道壁。
在盾构施工过程中，摩擦阻力是一个非常重要的参数，它直接影响着盾构的推进速度和施工效率。
因此，准确计算盾构摩擦阻力是非常重要的。
本文将介绍盾构摩擦阻力的计算公式及其应用。
盾构摩擦阻力的计算公式。
盾构摩擦阻力是由盾构机械与隧道壁之间的摩擦力所产生的阻力。
在盾构施工过程中，摩擦阻力可以通过以下公式进行计算：F = μ N。
其中，F表示摩擦阻力，μ表示摩擦系数，N表示受力面的法向压力。
摩擦系数μ是一个描述两个物体之间摩擦程度的参数，它与材料的表面粗糙度、材料的性质等因素有关。
受力面的法向压力N是盾构机械与隧道壁之间的压力，它可以通过盾构机械的推进力和隧道壁的支撑力来计算。
在实际的盾构施工中，摩擦系数μ和受力面的法向压力N都是需要通过实测数据来获取的。
通常情况下，可以通过在实际施工中对盾构机械和隧道壁进行实测来获得这些参数，然后代入上述公式进行计算。
盾构摩擦阻力的影响因素。
盾构摩擦阻力的大小受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 材料的性质，不同材料之间的摩擦系数是不同的，通常情况下，粗糙表面的材料之间的摩擦系数要大于光滑表面的材料之间的摩擦系数。
2. 受力面的法向压力，受力面的法向压力越大，摩擦阻力也会越大。
因此，在盾构施工中，需要合理控制盾构机械的推进力和隧道壁的支撑力，以降低摩擦阻力。
3. 环境条件，环境条件也会对摩擦阻力产生影响，例如湿润的环境会增加摩擦阻力，而干燥的环境则会减小摩擦阻力。
盾构摩擦阻力的应用。
盾构摩擦阻力的计算对于盾构施工具有重要意义。
通过准确计算摩擦阻力，可以帮助工程师合理设计盾构施工方案，提高盾构的推进速度和施工效率。
此外，盾构摩擦阻力的计算还可以帮助工程师合理选择盾构机械和隧道壁的材料，以降低施工成本。
在实际的盾构施工中，工程师可以通过实测数据来获取摩擦系数μ和受力面的法向压力N，然后代入上述公式进行计算。
风化砂岩中盾构刀具磨损状况分析及处理方法探讨
1 概述盾构法已成为我国城市地铁施工的主要施工方法。
作为盾构施工中直接与岩土体接触的刀盘，其刀具的选择与布置直接影响盾构施工效率，同时也是影响盾构掘进成本的关键技术之一[1]。
由于我国地质构造多样化，盾构在掘进过程中会遇到黏土层、粉砂层、砾石层、风化岩层、复合土层等复杂情况，岩土层参数差异很大，这些都对刀具的地质适应性提出了很高要求。
了解各类盾构刀具磨损规律并采用适当的减耐磨措施是解决刀盘刀具与地层适应性问题的关键环节[2]。
风化砂岩石英含量多、强度高，其间会夹杂其他矿物，软硬质地分布不均，是一种介于硬岩和软岩之间的岩层，在我国很多城市中都有分布。
我国盾构技术起步时间不长，目前适用的盾构机大部分是从德国和日本进口，地质条件差异使进口盾构机在全断面风化砂岩施工时常常出现刀具不适应地层条件的问题，严重影响了掘进效率。
虽然地铁掘进过程中刀具的磨损问题已经引起关注，但由于现场条件限制，要对具体磨损进行测量并对刀具的适应性进行评价尤为困难。
针对全断面砂岩中刀具适应性的问题，以南京地铁3号线工程为背景，对盾构施工中的刀具更换频繁问题进行分析，提出关于刀具选择和布置方面的建议。
2 工程概况2.1 区间概况南京地铁3号线胜太西路站—天元西路站盾构区间总长约2 575 m，自2012年开始施工，目前双线已成功贯通。
区间场地属于侵蚀堆积岗地貌，该区段近地表风化砂岩中盾构刀具磨损状况分析及处理方法探讨王亦玄（上海市岩土地质研究院有限公司，上海 200072）摘 要：在地铁盾构施工中，刀具的选择对于掘进的连续进行非常重要。
全断面砂岩由于强度高，采用常规的盘形滚刀磨损量大，从而导致换刀频繁。
以南京地铁3号线为工程实例，通过研究全断面砂岩中的刀具适应性问题对刀具磨损量和换刀次数进行统计，发现初始设计中采用的盘形滚刀地层适应性不强。
将刀具更换为球齿滚刀后使用寿命明显增加，提高了掘进效率。
针对刀盘上不同位置刀具的磨损特点，对刀具的布置方法提出了优化建议。
盾构机刀具磨损与寿命预测研究
盾构机刀具磨损与寿命预测研究研究目的：盾构机是一种用于地下隧道掘进的设备，在长时间的使用过程中，盾构机刀具的磨损对其性能和寿命有很大影响。
因此，本研究旨在通过对盾构机刀具磨损与寿命的预测研究，为盾构机的维护和刀具更换提供科学依据。
研究方法：1. 数据收集：通过对多个盾构机施工现场的实际刀具使用情况进行观察和记录，收集刀具的寿命数据以及刀具使用环境的相关信息。
2. 特征提取：利用数据挖掘和机器学习技术，对收集到的刀具使用数据进行特征提取，包括刀具的工作时间、切削力、切削温度等特征。
3. 建立预测模型：根据提取到的特征，采用适当的统计分析方法和机器学习算法，建立盾构机刀具磨损与寿命的预测模型。
可以考虑使用回归分析、支持向量机、人工神经网络等方法。
4. 模型验证：将部分数据用于模型训练，剩余数据用于验证模型的准确性和可靠性。
采用评价指标如均方根误差、平均绝对误差等对模型进行评估。
研究内容：1. 刀具磨损机制分析：通过对刀具微观结构和磨损表面的观察和分析，深入了解刀具磨损的机制，并寻找与刀具寿命相关的关键因素。
2. 刀具寿命预测模型搭建：根据收集到的刀具使用数据和特征提取结果，建立盾构机刀具寿命预测模型，并优化模型参数，提高预测准确性。
3. 刀具寿命预测方法比较：对比不同预测模型的预测效果，分析各种方法的优缺点，选择最适合的预测方法。
4. 刀具寿命预测模型应用：将建立好的预测模型应用到实际盾构机刀具维护中，提供刀具更换建议和维护策略，延长刀具的寿命，降低运营成本。
研究意义：1. 提高盾构机刀具维护效率：通过刀具寿命预测和维护策略的优化，合理安排刀具更换周期，减少停机调整时间，提高盾构机的施工效率。
2. 降低运营成本：准确预测刀具寿命，合理安排刀具更换，避免过早或过晚更换刀具，降低刀具的浪费和损耗，进而降低运营成本。
3. 推动盾构机刀具研发和改进：通过研究刀具磨损与寿命的机制和预测方法，为刀具的研发和改进提供科学依据，提高刀具的质量和性能。
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盾构软土刀具磨损计算
一，区间地质状况
某区间设计区间总长度2669.681m。
盾构区间双线总长度5338m。
洞身范围内土层主要为<2-4-2>淤泥质土层、<2-5-2>粗中砂层、<3-8>卵石层等。
二，盾构刀具磨损计算分析
随着盾构法施工在地铁建设中的广泛应用，刀具磨损已经成为一个影响工程质量和进度的关键问题。
刀具的磨损在盾构掘进过程中不可避免，合理的布局设计需要考虑因磨损引起的使用寿命一致。
参照经验公式，盾构机刀盘外圈刀具的磨损公式如下：
v
KDLN
πδ=其中δ———磨损量，mm
K ———磨耗系数mm/Km
D ———盾构刀盘外径，m
L ———盾构掘进距离，m
N ———刀盘的转动速度，r/min
v ———盾构掘进速度，mm/min
刀盘转速N=0.3-3.05r/min ；计算选用1.5r/min
盾构掘进速度v=80cm/min ，
1，磨损系数K 的确定为刀具的磨损系数可以参照经验公式
333
.0n K
K n =
其中n K ———1条轨迹配置n 把刀具的磨损系数
K ———1条轨迹配置1把刀具的磨损系数
磨耗系数K 单位：Km mm /103
-为了安全考虑选用在砂砾中能安全掘进的E5材质的磨损系数，45×310-mm/Km
在粘土中能安全掘进的E5材质的磨损系数，15×3
10-
mm/Km 刀盘局部视图
由刀盘局部视图可知，42#刀具位置在同一刀具轨迹上配置了两把刀具，40#刀具位置在同一轨迹上布置了1把刀具。
土压平衡式盾构粘土砂砂砾
刀头材质
（硬质合金）
4-15
15-2525-45E-52-2.75
7.5-12.512.5-22.5E-31.37-5.17 5.17-8.68.6-15.5
E-2
三，刀具的磨损计算
1、在<3-8>卵石层地层中的磨损计算a ，42#刀具的在工作1Km 后的磨损80
25.11226.34514.3333.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯==v KDLN πδ=13.7mm b ，40#刀具的在工作1Km 后的磨损805.112228.34514.3⨯⨯⨯⨯⨯==
v KDLN πδ=17.1mm 2、在<2-4-2>淤泥质土层中的磨损计算a ，42#刀具的在工作1Km 后的磨损80
25.11226.31514.3333.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯==v KDLN πδ=4.57mm b ，40#刀具的在工作1Km 后的磨损805.112228.31514.3⨯⨯⨯⨯⨯==v KDLN πδ=5.7mm。