淺談盾構機刀具造（zào）型及其布置安排
2017-12-26 來源： 哈爾濱世紀華能液壓氣動（dòng）設備銷售有（yǒu）限公司 作者：柏（bǎi）林林
摘 要：本文說明了盾構機刀具造型，分析了刀（dāo）具的配置方法（fǎ），闡述了盾構機刀具造型及（jí）其（qí）布置安排的注意事項。
關鍵詞：盾構機（jī）；刀具；造型（xíng）；布置
0、引言
盾構（gòu）機在施工（gōng）過程（chéng）中的（de）主要工具，由於（yú）其工作條件極其（qí）惡（è）劣，其刀具配置形式及刀具造型的好壞將直接影響盾構施工能否順（shùn）利進行。要確保刀具（jù）結構布置的合理性，盾構機刀具的配就置必須適合應用工（gōng）程的地質條件，充分考慮（lǜ）影響盾（dùn）構機刀具（jù）的切削效果、掘（jué）進速度（dù）和（hé）施工效率，確保盾構機使用壽命的提高。
1、盾構機刀具造型和種類
（1）齒刀，刮刀。切刀布置在刀盤開口（kǒu）槽的兩側，其切削原理隨刀盤旋轉對開（kāi）挖（wā）麵土體產生軸向（xiàng）剪切力和徑向切削力，在轉動下插入到地層內部，一般是適用於（yú）粒徑小於 500mm 的砂、卵石、粘土等鬆散體（tǐ）地（dì）層。
（2）切刀。切刀（dāo）用來切削（xuē）掌子麵的土層，目前（qián）最有效的切刀配有雙層碳鎢合（hé）金刀齒。刀具背部設有先行刀突出切刀（dāo）布置，並安裝在刀盤輻條中間的刀箱中。常（cháng）見的（de）先行刀是由強度（dù）高、耐（nài）磨（mó）性能好的碳鎢合金堆焊而成，先行刀（dāo）是先行超前切刀布置，有利於隨後（hòu）跟進（jìn）的切刀作業，避免切刀切削到礫石等地（dì）層，從而有效（xiào）地保護切刀。先行刀與其它刀具組合協同工作，在切刀切削土體之前先行切削土體，並為切刀創造（zào）良好的切削條件。先行刀的切削寬度可顯著增加切削土體的流動性，大大地（dì）提高切刀的（de）切削效率，主（zhǔ）要適用於砂卵石地層（céng）。
（3）仿形刀 . 仿形刀是為盾構（gòu）機實（shí）施轉彎或（huò）糾偏等（děng）而設計的。刀盤轉動時，刀具隨切削直徑的（de）增大而增大，當需要轉彎對洞壁一側進行超挖，便於盾構機向該側轉彎。
（4）貝型刀。貝型刀（dāo）的盾構（gòu）機能穿越砂卵石地層，因土體屑鬆散體在滾刀掘進擠壓下（xià）會產（chǎn）生較大變形，為（wéi）了降低滾刀的切削效果，需要將其布置在刀（dāo）盤盤圈前端麵。
（5）中心刀。中心刀（dāo）通常是用來清除掌子麵最外圈的渣土，刀盤外徑大起到保護刀盤外緣不受磨損的目的，它是突出於刀盤上（shàng）所有的其它刀具，刀頭對（duì）旋轉刀（dāo）盤起著定（dìng）心（xīn）作用。在軟土地層掘進時，因刀盤中心部位無（wú）法改善中（zhōng）心部（bù）位土（tǔ）體的切削（xuē）和攪拌效果，可在中心部位設計一把尺寸超前 500mm 的魚尾（wěi）刀，利用（yòng）魚尾刀先切削土體，將魚尾（wěi）刀（dāo）設（shè）置在（zài）切刀布置上，使刀盤旋轉時增加翻（fān）轉運動，這樣（yàng）就改善切削土體的流動性和攪拌效果，有效（xiào）提高盾構整體掘進（jìn）效果（guǒ）。
（6）滾刀 . 滾刀可分為球齒滾刀（dāo）、楔齒 滾刀和盤形滾刀。土層地質不（bú）用滾刀，可在純硬（yìng）岩地層采用滾（gǔn）刀破岩進（jìn）行（háng）挖掘。依靠刀具滾動產生衝擊壓碎作用來破碎岩石，滾刀的數量（liàng）和布置方式需（xū）要根據（jù）岩層的強度和掘進距離來確定。在隧道（dào）地質條件複（fù）雜多變並交錯頻繁出（chū）現的情況（kuàng），可（kě）以（yǐ）采用複合式盾構機。
2、刀具的配置
（1）配置（zhì）形（xíng）式。刀具的布置要考慮工程的盾構切削效果和掘進速度，同時也要考慮刀具的耐用性，由於輻板式刀盤兼有麵板式和輻條式刀盤特點，是由很多（duō）小塊幅板布置在寬輻條的兩側和內部，輻板式刀盤不易堵塞（sāi）刀盤開口，能保護施工工程中容易坍塌的砂卵石的穩定性。刀具的（de）配置形式影響盾（dùn）構機（jī）掘進的（de）效率和施工（gōng）成本，盾依據構機的開挖性能，主要選擇切削性高的正麵（miàn）齒刀（dāo）、中心齒（chǐ）刀、切刀等，邊緣滾刀在刀盤上（shàng）的位置，隻（zhī）是在邊緣滾刀公轉半（bàn）徑大與岩層接觸容易產生較大的驅動力矩，且（qiě）對滾刀刀刃的磨損（sǔn）較小，刀經濟性較好（hǎo）。在（zài）軟土地層中應（yīng）事先測（cè）量道具的起動（dòng）力矩，盡量避免刀具發生弦磨和布均勻（yún）磨損。在地層中（zhōng）掘進時，正麵滾（gǔn）刀宜采用與中心滾刀互換的中心（xīn）齒刀，這樣可以減小泥餅形成幾率，提高破岩（yán）效率。
（2）刀具配置的差異性。刀具配置的差異性主要在滾刀和（hé）先行刀的配置數量和組合高度差等方麵（miàn）。雙（shuāng）刃滾刀和正麵雙刃（rèn）滾刀的配置能夠滿足中強度岩石地掘進要求，另可將滾刀更換成齒刀，例如，三菱公司刀（dāo）盤滾刀高出麵板 80mm，對（duì）防止（zhǐ）泥餅的形（xíng）成有利，但是如果高度差過大不但不利於破岩，而且在（zài）滾刀間會會出現小碎塊現象，降（jiàng）低破岩功效，通常滾刀的間距應（yīng）控製在 80 ～ 100mm 的範圍內。
（3）刀具造型及（jí）其布置（zhì）安排的平衡設（shè）計。刀具配置要覆蓋整個（gè）開挖斷麵，為保證刀盤受力均衡和運轉平穩，刀具要對稱性布置，切刀要正反方向布置，同（tóng）時要確保每個軌跡有 2 把切刀，對切刀排列（liè）采取整（zhěng）體連續排列和牙型交錯排列交錯的方式，通過周邊刀來（lái）保（bǎo）證滾刀純滾動，要考慮（lǜ）周（zhōu）邊滾刀並增加周邊滾刀的數量。由此可見，合理（lǐ）選（xuǎn）擇合金鑲（xiāng）嵌技術，能夠減少刀具掘（jué）進磨損和衝擊，提高（gāo）耐（nài）久性並延長刀具的使用壽命；綜合刀（dāo）具（jù）種類和尺寸，確定刀具的（de）超前量、相互高差，盡可能減少刀（dāo）盤旋轉刀具（jù）切削土體（tǐ）過程對周邊土體及（jí）環境的擾動，盡量使各種刀（dāo）具磨損均勻，充分發揮各種刀具的切削性能。
3、盾構機（jī）刀具（jù）造（zào）型及其布置安排的注意事項
（1）要減少磨損。由於砂質粘性土地層土體粘性（xìng）較大，刀盤扭矩排出的土壤很幹燥，掘進（jìn）時很多粘土粘附在刀箱和進料口上，切削下的土壤會造成刀盤和（hé）刀（dāo）具在高溫度下腐蝕，可見切削溫度越高（gāo）對刀具的（de）磨損也越大。為了減少（shǎo）磨損，可以加入泡沫，使得排出的土含水（shuǐ）量較多，泡沫對刀盤和刀具起到了一定的保護作用（yòng）。該盾構機刀盤（pán）適用於該區間地層，複合式刀盤為合金粒雙刃滾刀（dāo），使得刀盤磨損度很小。在刀具切削（xuē）土體時，由於土體粘性較大，刀盤扭矩和（hé）驅動油壓力均較大，掘進時加入的水難（nán）以滲入土體（tǐ）內，造成刀盤和刀具溫度長期居高不下而造成磨損也越大。
（2）對配備刀具（jù）要進（jìn）行監測。刀具（jù）配置關係到盾構（gòu）能否順（shùn）利掘進，必須根據地質狀（zhuàng）況認真研究分析。在盾構（gòu）施工中合理（lǐ）的選取掘進參數（如總推力、刀具貫（guàn）入度、刀盤轉速、扭矩等），最（zuì）大程度的（de）延長刀具的使用壽命，減少換刀（dāo）頻率，降低施工中頻繁換刀的（de）風險，做好對刀具監控、分析（xī）、比較、摸索，總結刀具的使用經（jīng）驗，總（zǒng）結反饋經驗並用來指導施（shī）工。
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