盾构刀盘磨损及刀具更换

15 刀具使用维护及更换

15.1 一般规定

15.1.1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。

15.1.2 在定购盾构机时，应充分考虑地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足地铁盾构施工的需要。

15.1.3 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。

15.1.4 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。

15.1.5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。

15.1.7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。

15.1.8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。

15.2 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。

15.2.2 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，一般可显著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。

15.2.3 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。

15.2.4 在地层条件下，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。

15.3 刀具磨损的预测及检测方法

15.3.1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。

15.3.2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 （15.3.2.1）

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15.3.2.1所示的数值，但目前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15.3.2.1

15.3.3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。

15.3.4 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。

15.4 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；

15.4.3 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。

15.4.5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。

15.5 换刀作业（舱）

15.5.1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，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，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，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