米盾构刀盘.ppt

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1盾构刀具及开挖面分析一、盾构刀具二、盾构开挖面的变形与破坏分析石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute2一、盾构刀具一、盾构刀具v对于盾构机来说对于盾构机来说,掘削系统掘削系统即是掘削即是掘削刀盘及其驱动系统。

掘削系统对于盾刀盘及其驱动系统。

掘削系统对于盾构机的施工效果有着决定性的影响构机的施工效果有着决定性的影响,而且选择的差异对盾构机造价也有着而且选择的差异对盾构机造价也有着很大的影响很大的影响,刀盘选型可以影响到总刀盘选型可以影响到总造价的造价的4488,尤其掘削设备的装尤其掘削设备的装备扭矩是盾构机最基本的参数之一。

备扭矩是盾构机最基本的参数之一。

v盾构机掘削刀盘盾构机掘削刀盘即作转动或摇动的盘即作转动或摇动的盘状掘削器，由掘削地层的刀具，稳定状掘削器，由掘削地层的刀具，稳定掘削面的面板，出土槽口，转动或摇掘削面的面板，出土槽口，转动或摇动的驱动机构，轴承机构等构成。

动的驱动机构，轴承机构等构成。

11综述综述石家庄铁道学院某刀盘实物照片Shijiazhuangrailwayinstitute3石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute搅拌棒某刀盘主驱动主轴承刀盘驱动系统示意图刀盘搅拌结构4vv关于盾构机的刀盘、驱动机构等将在后边介绍，因此这里主要介绍盾构机掘削地层的刀具。

vv刀具布置和刀具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。

石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute5盾构机刀具可根据运动方式、布置位置和方式及形状等进行分类。

按切削原理划分，盾构机的刀具一般分为切削刀和滚刀两种，其余形式的刀具为辅助刀具。

切削刀又分为齿刀、刮刀和先行刀等。

石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute2盾构刀具的分类盾构刀具的分类按运动方式分类按安装方式分类6Shijiazhuangrailwayinstitute石家庄铁道学院按安装位置分类1-8号中心齿刀7石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute种类名称用途设置部位固定刀具掘削掘削面面板正面旋转刀具掘削掘削面面板正面超前刀具超前掘削面板正面导向钻头破碎地层面板正面外沿保护刀具保护刀盘外沿面板正面外沿修边刀具减小推进阻力面板外沿背面保护刀具保护背面面板面板背面加泥嘴保护刀具保护加泥嘴加泥嘴部位掘削障碍物刀具掘削障碍物面板正面外围刀具按掘削目的、设置位置和用途的分类8石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute滚刀的示意图和实物照片b）盘形滚刀圈c）盘形滚刀a）盘形滚刀示意图9石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute切削刀的实物照片a）周边刮刀b）周边刮刀（背面）c）周边刀安装位置d）齿刀方柄齿刀f）齿刀g）中心齿刀10石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute切削刀的实物照片h）先行刀i）先行刀j）先行刀k）牛角刀l）羊角刀m）三棱刮刀11Shijiazhuangrailwayinstitute注：

等级注：

等级AA、BB、CC、DD，从左至右，质量依次提高；脱氧方法，从左至右，质量依次提高；脱氧方法FF表示沸腾钢，表示沸腾钢，ZZ表示镇静钢，表示镇静钢，bb表示半镇静钢，表示半镇静钢，TZTZ表示特殊镇静钢；表示特殊镇静钢；Q235-AQ235-A，Q235-BQ235-B沸腾钢含锰量上限为沸腾钢含锰量上限为0.60%0.60%。

石家庄铁道学院3刀具的材料海瑞克海瑞克周边刀的刀体是德国产钢号为周边刀的刀体是德国产钢号为St52-3St52-3的钢材，的钢材，其性能相当于国产的低碳钢其性能相当于国产的低碳钢Q235Q235，Q235Q235钢的化学成分钢的化学成分和力学性能见下表。

由表可知，该材料的韧性较好但和力学性能见下表。

由表可知，该材料的韧性较好但硬度较低。

硬度较低。

Q235钢的化学成分和力学性能等等级级化学成分化学成分脱氧方法脱氧方法抗拉强度抗拉强度bb/MPa/MPa伸长率伸长率zz（%）（%）硬度硬度（HB）（HB）CCMnMnSiSi（）（）SS（）（）PP（）（）AA0.14-0.14-0.220.220.30-0.30-0.650.650.0350.0350.0500.0500.0450.045F,bF,b，ZZ375-400375-40021-2621-26180-180-220220BB0.12-0.12-0.200.200.30-0.30-0.650.650.0450.045CC0.180.180.30-0.30-0.650.650.0400.0400.0400.040ZZDD0.170.170.0350.035TZTZ12Shijiazhuangrailwayinstitute石家庄铁道学院海瑞克海瑞克周边刀的刃口主要承受高应力周边刀的刃口主要承受高应力的磨粒磨损，周边刀迎土面钎焊有的磨粒磨损，周边刀迎土面钎焊有球齿球齿，球齿材料为硬质合金，主要用于承受砂球齿材料为硬质合金，主要用于承受砂砾、卵石的磨粒磨损与冲击。

砾、卵石的磨粒磨损与冲击。

种种类类特性值特性值化学成份（化学成份（%）用途用途硬度硬度（HRA）（HRA）抗弯强度抗弯强度（MPa）（MPa）WWCC00CCEE119090120012008787909044885566EE22898914001400858589895510105566EE33888816001600838387877712125566盾构刀具盾构刀具EE44878717001700828286868813135566盾构刀具盾构刀具EE55868620002000787885859917175566砂层刀具砂层刀具超超硬硬钢钢的的种种类类及及特特性性13Shijiazhuangrailwayinstitute石家庄铁道学院海瑞克海瑞克齿刀由齿刀由刀体刀体、端部硬质合金刀片端部硬质合金刀片和和背部背部球齿球齿构成。

构成。

14Shijiazhuangrailwayinstitute石家庄铁道学院海瑞克海瑞克刮刀是用硬质合金钢做为刮刀是用硬质合金钢做为刀头刀头，高耐，高耐磨合金钢作为磨合金钢作为刀体刀体。

15v其它进口盾构刀具在材料方面由两至其它进口盾构刀具在材料方面由两至三种构成，即基体材料、硬质合金材三种构成，即基体材料、硬质合金材料、刀具刃口堆焊材料等复合制成。

料、刀具刃口堆焊材料等复合制成。

下表为一种用于盾构机刀具刃口的铁下表为一种用于盾构机刀具刃口的铁基堆焊材料的化学成分和性能。

基堆焊材料的化学成分和性能。

石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute一种铁基刀具刃口堆焊材料的化学成分和性能一种铁基刀具刃口堆焊材料的化学成分和性能化学成分化学成分硬度硬度（HRCHRC）CCCrCrNiNiSiSiMnMnMoMoFeFe0.1-0.30.1-0.35-105-101-31-3110.5-20.5-20.540）（N40）砂砾卵石砂砾卵石（10N40）（10N40）洪积土洪积土（砂质土砂质土）（10N25）冲击粘土冲击粘土（0N10）标准贯入锤击数1755刀具的作用及切削机理刀具的作用及切削机理v

（1）

（1）切削刀切削刀v切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，切削刀一切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，切削刀一般形状如左下图所示。

一般情况下，般形状如左下图所示。

一般情况下，（前角前角）与与（后角后角）值随切削地层特性不同变化，取值范围在值随切削地层特性不同变化，取值范围在552020度之间，粘土地层稍大，砂卵石地层稍小。

度之间，粘土地层稍大，砂卵石地层稍小。

Shijiazhuangrailwayinstitute切削刀一般形状示意图三棱刮刀18切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、布局将对开挖效果有重要影响。

切削刀切削土体的示意见布局将对开挖效果有重要影响。

切削刀切削土体的示意见下图。

对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切刀和下图。

对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切刀和刮刀进行开挖。

碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽，因此切刮刀进行开挖。

碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽，因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。

刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。

石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute切削刀切削土体示意图19顾名思义，超前刀即为先行切削土体的刀具。

超前刀在设计中主顾名思义，超前刀即为先行切削土体的刀具。

超前刀在设计中主要考虑与切削刀组合协同工作。

刀具切削土体时，超前刀在切削刀切要考虑与切削刀组合协同工作。

刀具切削土体时，超前刀在切削刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切削刀创造良好的切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切削刀创造良好的切削条件。

据其作用与目的，超前刀断面一般比切削刀削条件。

据其作用与目的，超前刀断面一般比切削刀断面小断面小。

采用超采用超前刀前刀，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低切削刀的扭矩，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少切削刀的磨耗。

在松散体地层，尤其是砂卵提高刀具切削效率，减少切削刀的磨耗。

在松散体地层，尤其是砂卵石地层使用效果十分明显。

石地层使用效果十分明显。

超前刀刀具形状及与切削刀协同切削土体的示意图超前刀刀具形状及与切削刀协同切削土体的示意图见左见左下图。

下图。

石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute

（2）

（2）超前刀超前刀（也称先行刀也称先行刀）超前刀20石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute21盘圈贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，盘圈贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体属松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低属松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。

采用盘圈滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。

采用盘圈贝型刀，将其布置在贝型刀，将其布置在刀盘盘圈刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石，前端面，专用于切削砂卵石，可较好地解决盾构机切削土体可较好地解决盾构机切削土体（砂卵石砂卵石）的难题。

的难题。

石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute（3）（3）盘圈贝型刀盘圈贝型刀盘圈贝型刀实物照片盘圈贝型刀实物照片盘圈贝型刀示意图盘圈贝型刀示意图22采用大刀盘全断面切削土体，布置在刀盘不同位采用大刀盘全断面切削土体，布置在刀盘不同位置的切削刀，从刀盘外周至中心，运动圆周逐渐减小，置的切削刀，从刀盘外周至中心，运动圆周逐渐减小，中心点理论上可以视为零，相应土体流动状态也是越中心点理论上可以视为零，相应土体流动状态也是越来越差。

而且中心支撑部位来越差。

而且中心支撑部位（直径约直径约1.5m）1.5m）不能布置不能布置切削刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可切削刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可考虑在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。

考虑在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。

石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayinstitute（4）（4）鱼尾刀鱼尾刀鱼尾刀示意图23石家庄铁道学院Shijiazhuangrailwayin