盾构机刀具及其在刀盘上的布置.pdf

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1、盾构机刀具及其在刀盘上的布置刘友元(苏州大方特种车辆有限公司，江苏苏州215151)设备系统篇器EquipmentSystem摘要：介绍了盾构机刀具的种类．论述了刀具的磨损原因及预测磨损量计算，提出了刀具在刀盘上的布置原则，并以实例加以说明。关键词：盾构机；刀具；布置；磨损量中圈分类号：U455．39文献标志码：B文章编号：1009-7767(2011)S2-0113—04ShieldMachineTOolsandTheirArrangementontheCutting—wheelIjuYouyuan盾构机刀具是盾构开挖的主要工具，掌握其正确的选择与使用方法

2、。在刀盘上进行合理布置，对于提高盾构的掘进效率、创造良好的经济效益至关重要。笔者以苏州大方特种车辆有限公司监造的∥6180土压平衡盾构机为例，提出盾构刀具的选择及在刀盘上布置的基本原则。供同行参考。1盾构刀具盾构使用的开挖刀具有：滚刀、切刀、先行刀、边刀、鱼尾刀及仿形刀等。滚刀主要用来破碎岩层，它可分为球齿滚刀、楔齿滚刀和盘形滚刀。土层地质，一般不用滚刀，笔者主要针对黏土、粉细砂及砂砾土层使用的刀具进行介绍，对滚刀不作详细说明。切刀安装在刀盘开口槽的两侧，用来切削掌子面的土层。并把切削下的土块刮入土仓内。目前，最有效的切刀为双层耐磨设计。配有双层碳钨合金刀齿

3、。刀具背部设有双排碳钨合金柱齿。先行刀突出切刀布置，一般安装在刀盘辐条中间的刀箱中。常见的先行刀呈贝壳刀型形式，刀头部分是由强度高、耐磨性能好的碳钨合金堆焊而成。先行刀的切削宽度比切刀小，为切刀的l，2～扔。在掘进时，先行刀先于切刀切削地层，在掌子面切割出沟槽。松动地层．这样有利于随后跟进的切刀作业，避免切刀先切削到砾石等地层，从而有效地保护切刀。边刀，又称周边刮刀，安装在刀盘的外圈。边刀用来清除掌子面最外圈的渣土，它切割的轨迹直径为盾构的开挖洞径．一般比刀盘外径大30～50栅。从而保护刀盘外缘不受磨损。边刀采用单排碳钨合金刀齿。鱼尾刀安装在刀盘中心部位。它

4、尺寸较大，并突出于刀盘上所有的其它刀具，刀头呈锥状。掘进时，超前的刀头中心部位紧压着开挖掌子面中心。对旋转刀盘起着定心作用。随着刀盘旋转，锥形鱼尾刀切割下的土体经鱼尾刀锥面翻转后进入土仓。鱼尾刀刀刃上堆焊碳钨合金钢。仿形刀安装在刀盘的外缘上，是为盾构机实施曲线掘进、转弯或纠偏等而设计的【l】。当需要转弯时，液压油缸将仿形刀推出，对洞壁一侧进行超挖，便于盾构向该侧转弯。2盾构机刀具的磨损刀具随着刀盘的转动切割土层。刀盘转动时，刀具的公转线速度y=霄Dn(D为刀具的切削直径，，l为刀盘转速)，随切削直径的增大而增大，所以，外缘的刀具磨损比中心区域的刀具的磨损要大

5、的多。刀具切削时．土层对刀刃的摩擦是刀具磨损的主要因素。地层中的砂卵石等对刀具产生冲击，加速了刀具的磨损．越外缘的刀具承受的冲击力越大，磨损越厉害。刀具的过大磨损将降低盾构机的开挖效率，并可能损坏机器。因此。对刀具应规定一个合适的许用磨损量。边刀的过量磨损，不仅使开挖洞径缩小，还可能造成洞壁与刀盘外缘体摩擦，损坏刀盘。一般而言，边刀许用磨损量为10哪左右；切刀、先行刀等刀具许用2011年坷刊(2)(8一)第29毫辛荭&求一Er113昌设鲁系统篇EqulpmentSy8tem磨损量应控制在l5mm以下．刀具的预测磨损詹通常用下列经验公式⋯计算：8=xvmnm{

6、v式中：6为刀具磨损量．mm．“为同一切削直径轨迹EⅣ把刀具的综合磨损系数，103mH以”；D为川具切削轨迹直径，m，n为刀盘转速，r／m⋯；￡为掘进距离，km；r为川盘}lI!进速度．mn“mln。同一切削直径轨迹上Ⅳ把刀具的综合瞎搅系数氩与该直径轨迹上只布置l把w具的培损系数K之间的关系为：R～=“】．式中：系数“=e埘珠⋯。根据日本有关资料介绍：在有先行月保护条件下．单把切刀在黏土与粉细砂地层中切削的磨损系数K．“25×104mmmm，在砂砾层中的磨损系数K．一14x】O。mH以m．从上述分析可看出．刀具的磨损除与开挖的土层地质条件有关外．还与盾构机刀

7、盘的转速、椎进速度刀具所赴在的切削轨迹直径及同直径的刀具数量有荧。当然，刀具所赴在的切削轨迹直径越大．磨损越严重，此时可通过增加同一切削直径轨迹的刀具数量来使刀具磨损量降低。3月具在刀盘上的布置刀具在刀盘上的合理布置可以提高盾树的开挖性能。刀具在刀盘上的布置一般遵守以下原则：1)合理控制刀尖沿掘进轴线的纵向高度差。鱼尾刀的顶部刀刃最突出一般醴计成突出刀盘辐条平面500～600吣其次为先行刀．突出刀髓辐条平面J50～200mm：切刀刀尖比先行刀缩进40～50mmn2)南于刀盘町以正反转切削掌子面．囚此．切川成对的对称布置于辆条两侧．先行刀安装在两切刀之间。突出

8、的先行月先切割出土层沟槽．切刀再跟进切削。3)边川安