盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨

第26卷第6期灾燥造援26晕燥援6鄂州大学学报允燥怎则灶葬造燥枣耘扎澡燥怎哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠圆园19年11月Nov.圆园19盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨

李小玲

河北涿州072750)(中铁十八局集团第一工程有限公司，

施工中可按照地质条件合理调节施工参摘要：盾构机是隧道工程施工掘进中主要的机械设备，性能和功能非常重要，极易造成刀具、刀盘等损坏，数和工具维修，从而更好的满足工程施工要求。但在较硬地质施工中，需要掌握换刀和维修技术论述了刀具磨损对盾构施工的影响，分析了刀具的失效形措施，才能确保掘进工作顺利开展。该文分析了盾构刀具的选择，

是确保刀具性能的关键，是提升盾构式，提出刀具管理和维修的措施。分析结果表明，科学合理的刀具更换技术和维修措施，

机掘进施工效率的关键，值得施工单位高度重视。

关键词：盾构机；刀具；损坏；维修措施

中图分类号：U455.3+1

文献标识码：A

文章编号：1008-9004（2019）06-104-03

盾构机以其安全、高在隧道工程施工建设中，效、质量高等优势，应用范围愈发广泛。但在隧道掘进过程中，经常会遇到很多复杂多变的地质条件，需要结合工程地质条件和实际情况来选择合理的刀具和施工参数，才能提升刀具的使用寿命，确保各道工序能顺利开展。1盾构刀具的选择

在整个盾构系统中，刀具的质量和性能是保

因此，证隧道掘进工作得以顺利开展的重中之重，

如何选择正确、性能符合地质条件的刀具是关键。

地质条在具体施工建设中，需要根据施工的地形、

件及地层岩石的硬度等来选择适宜的刀具和破岩

要深入刀具生方式。为保证刀具的质量符合要求，

产企业，通过对比选择。刀具进入施工现场之前，

性能、尺寸、型号等进行需要对刀具的型号、质量、

保证掘进的全面检验，以便更好的满足施工要求，

速度。

2刀具损坏对盾构施工的影响

在利用盾构机进行隧道施工中，如果遇到比较复杂的地形或者坚硬的岩石，刀具会发生不同的损坏，需要及时更换，才能满足施工要求，满足施工进度的要求[1]。在进行盾构机刀具更换过程中，要高度重视以下两个问题：刀具在进行更换

并在更换之时，需要严格遵循相应的规范和标准，

以保证盾构机前，对岩层地质条件进行系统勘查，

的整体性能满足后续岩层施工的要求；必须对刀

计算磨损数值，达到更具模式损坏程度进行判断，

换标准后，才能进行刀具更换。3刀具的失效形式3.1刮刀的失效形式

刮刀的失效的形式如图1所示：

图1刮刀的失效的形式

刮刀失效后必须及时更换，才能保证掘进效率。常见刮刀失效有以下几种形式：

推进油缸(1)正常磨损。盾构机在向前推进时，

必须提供足够大的推力才能保证盾构前移。推进油缸的推力通过刀盘作用到地层。刀具的磨损一般是由内向外呈逐渐增大的趋势，由于刀盘上刀具公转的角速度是相同的，但各刀具所在的半径

在相同时间内不同，就使得各把刀具线速度不同，

切削的任务量就重，外部刀具所走过的行程就多，

但到边刀部位，由于刀磨损的速度也就相应增加。

磨损的尖距加密，每把刀的破岩工作量相应减少，

速率也相应降低[2]。

收稿日期：2019-07-22

（1986-）研究方向：设备管理。作者简介：李小玲，女，湖南湘潭人，助理经济师，

第6期李小玲：盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨

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(2)刮刀刀刃崩裂。盾构机在硬质岩层掘进施工中，会对滚刀造成较大的磨损，

因为在硬质岩层施工中，刮刀直接作用在岩层之上，

如果岩层的硬度超过了刮刀的总硬度，

就会导致刮刀发生崩裂。此外，在掘进过程中，如果转速过快，

突然遇到坚硬的岩层，会对刀刃造成角较大的冲击。

(3)刮刀断裂。在掘进施工中，

没有对地质条件进行深入分析，选择的刀体材质和性能不达标，导致刮刀发生崩裂。

(4)刮刀掉齿。在刮刀上，刀齿大多是通过焊接

的方法和刀盘连接，如果焊接质量不过关，

或者刮刀突然遇到硬质岩层，都会导致刮刀发生掉齿。3.2滚刀的失效形式

滚刀失效也是盾构机在掘进施工中常见刀具

损坏现象，根据损坏位置和原因的不同，

主要包括以下几种：

(1)刀圈正常磨损。单边磨损形成的主要原因为滚刀不转造成的，而多边磨损造成的主要原因

是时而转动，

时而不转动[3]。刀圈正常磨损的主要形式如图2所示：

图2刀圈正常磨损

（2）刀圈发生断裂。刀圈在运行时，

受到较大的冲击力，岩体性质过硬，

使得刀刃开裂，在振动的作用下，刀体从刀圈上发生了脱落。

导致刀圈发生断裂的主要原因是没有根据地质条件，选择与之相适的刀圈。

（3）轴承及密封装置发生损坏。轴承是整个掘

进过程中，刀具系统的主要组成部分，

主要作用在掘进过程中，保证刀具可以安全、

可靠的运行。如果正常使用，则每个刀具轴承使用寿命超过900小时。但在实际施工中，经常存在超负荷工作的现象，使轴承没有达到设计使用寿命就提前损坏[4]。

（4）刀体与刀盖之间的浮动密封失效。造成刀具漏油、泥沙进入刀体内影响轴承如图3所示：

图3造成刀具漏油、泥沙进入刀体及更换示意图

造成刀具密封失效的原因很多，通常与刀具零部件的自身质量和装配质量、刀具的使用工况和掘进的岩石条件等因素有关。4刀具的管理4.1刀具管理流程

刀具管理是保证刀具性能和质量的主要原因，涉及到的内容包括：地质结构分析，制定管理

计划、换刀操作、刀具维修、

磨损量统计分析等内容，每个管理内容之间都具有非常紧密的联系，共同构成一个完整的管理流程。[5]刀具管理流程如图4所示：

图4刀具管理流程示意图

4.2刀具磨损的统计分析

刀具磨损统计分析是指在刀具更换完成之后，对在某种地层中掘进一段距离后刀具磨损量及磨损状况进行记录，并结合多次记录结果，对在此种地层中刀具的磨损规律进行总结，以对后续施工中确定换刀位置、施工中的刀具管理进行指导。4.3刀具检查和换刀作业

在盾构施工作业中，要有计划地定时、

定点对刀具进行检查，对检查出磨损超标的刀具要进行

换刀。换刀作业是一种危险性较高的作业，

需要制106鄂州大学学报第26卷

定一套开舱作业程序，在换刀作业中严格执行，保

证换刀作业的顺利实施。

在刀具更换过程中，可利用盾机进行掘进作业，所使用的刀具需要适时进行更换，通过此种方法，既能避免刀具非正常损耗，也可以减低频繁更换刀具造成的时间浪费，从而不断提升盾构机的工作效率和速度，而在进行

刀具更换过程中，必须严格遵循合理、

批量、迅速的原则[6]。

5刀具维修措施

刀具维修包括旧刀具维修项目的判定、刀具

清理、刀具的拆解、刀具部件的更换、

刀具的组装等工序，工艺要求高，

需要特殊对待。5.1正确安装刀圈

在盾构机中，刀圈的材料大多是比较罕见的钢种，不但具有较高的硬度和吸收变形系数，而且

耐磨。因此，在刀圈安装过程中，

必须对刀圈的内径和刀体的配合度进行合理控制[7]。多数刀圈安装形式为热装为主，需要在采用专业的烤箱来加热

刀圈，待达到设定的热度以后，

把将其直接套装到刀体之上，完成刀圈的安装工作。5.2轴承检查和预紧度控制

盾构机在掘进过程中，施工条件不同，

轴承所承受的受力方向也各不相同。

多数情况下，以径向受力的圆锥滚子轴承为主，

一旦轴承发生问题，则多和锈蚀机刀具密封性有关。需要对刀具轴承的

松紧度进行合理调节，

以满足使用的要求[8]。5.3密封安全和气密性检查

在刀具密封性安装时，需要格外注意密封表

面的清洁度，平面度也要符合设计标准。

并且在安装之前，要切实做好清洁度检查和研磨工作。

一旦刀具维修工作结束以后，要立即进行机械能气密

性检查，将压缩空气注入到刀体内部，

如果在规定的时间内，气压仍然比较稳定，则表明其达到合格标准。6结语

分析结果表明：在盾构机施工中，

刀具选择和维修对掘进的速度和效率有密切关系，在具体施

工中，要根据地质条件，

选择合理的掘进参数，才能最大限度延长刀具使用的寿命，降低换刀的频

率。严格按照相应的规范和标准，

按照刀具要求，综合刀具使用经验，及时反馈结果，

为后期施工提供数据支持和理论指导。

参考文献院

[1]陈海波.盾构机掘进中刀具损坏的检查与维修技术分析[J].科技创新与应用,2017(10):262-264.

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[3]周智辉.复合式土压平衡盾构机在高强度硬岩中的掘进技术分析与研究[J].现代隧道技术,2018(6):210-215.

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[7]孙震.复杂地层盾构管片上浮纠偏及处理施工技术研究[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2018(3):37-40.

[8]李茂松.地铁盾构刀盘改造及掘进性能对比研究[J].城市轨道交通研究,2017(7):53-56.

（责任编校：

朱立文）