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1、 盾构刀具问题研究1一、刀具种类一、刀具种类1 1盾构刀具盾构刀具2 2矿山钻具矿山钻具4 4油田钻具油田钻具3 3工程钻具工程钻具21 1、钻头合金生产、钻头合金生产钻头合金生产工艺特点钻头合金生产工艺特点精选高质量的精选高质量的WCWC原料原料喷雾干燥工艺生产优质混合料喷雾干燥工艺生产优质混合料进口压力机精密压制成型进口压力机精密压制成型进口压力烧结炉高温烧结进口压力烧结炉高温烧结 合金内部组织均匀合金内部组织均匀，孔隙度接近孔隙度接近A00A00，在，在保证硬度的前提下，可以大幅度提高合金的保证硬度的前提下，可以大幅度提高合金的韧性。特别适合于要求耐疲劳磨损，又要承韧性。特别适合于要求耐
2、疲劳磨损，又要承受耐疲劳冲击的钻掘领域。受耐疲劳冲击的钻掘领域。3 盾构刀具介绍盾构刀具介绍盘形滚刀盘形滚刀 盘形滚刀盘形滚刀 在纯硬岩地层掘进时，采用滚刀破岩。滚刀破岩的在纯硬岩地层掘进时，采用滚刀破岩。滚刀破岩的原理是依靠刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达原理是依靠刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。滚刀的类型、数量、布置方式、位到破碎岩石的目的。滚刀的类型、数量、布置方式、位置、超前量根据岩层的强度和整体性、掘进距离、含砂置、超前量根据岩层的强度和整体性、掘进距离、含砂量等特点确定量等特点确定。4 盾构刀具介绍盾构刀具介绍盘形滚刀盘形滚刀 盘形滚刀盘形滚刀按安装位
3、置按安装位置 中心滚刀中心滚刀 正面滚刀正面滚刀 边缘滚刀边缘滚刀按刀圈数量按刀圈数量 单刃滚刀单刃滚刀 双刃滚刀双刃滚刀 多刃滚刀多刃滚刀按适用机型按适用机型 海瑞克滚刀海瑞克滚刀 NFM NFM 滚刀滚刀 小松小松 滚刀滚刀 其它其它按尺寸规格按尺寸规格 1717英寸英寸 1919英寸英寸 1414英寸英寸 1212英寸英寸 8 8英寸等英寸等5 盾构刀具介绍盾构刀具介绍盘形滚刀盘形滚刀 6盾构掘进刀具名称刀具名称应用应用说明说明1717单刃滚刀单刃滚刀 正面正面海瑞克机型通用海瑞克机型通用1717双刃滚刀双刃滚刀正面正面/ /中心中心/ /边缘边缘海瑞克机型通用海瑞克机型通用NFM 17
4、NFM 17正面滚刀正面滚刀正面正面NFMNFM、沈重、沈重NFM 17NFM 17偏心滚刀偏心滚刀边缘边缘NFMNFM、沈重、沈重NFM 17NFM 17中心滚刀中心滚刀中心中心NFMNFM、沈重、沈重主要盘形滚刀产品主要盘形滚刀产品717 17 ”单刃滚刀单刃滚刀 17 17 ”双刃滚刀双刃滚刀 817 17 ”偏心滚刀偏心滚刀 17 17 ”中心滚刀中心滚刀 9滚刀在隧道掘进过程中作业环境极端恶劣。滚刀在隧道掘进过程中作业环境极端恶劣。滚刀及其配件要经受单轴抗压强度高至滚刀及其配件要经受单轴抗压强度高至200 MPa以上的岩石、高水压、泥砂或砂砾的以上的岩石、高水压、泥砂或砂砾的考验。制
5、造滚刀的材料和配件性能及总装考验。制造滚刀的材料和配件性能及总装质量对硬岩掘进至关重要，它很大程度上质量对硬岩掘进至关重要，它很大程度上影响了滚刀的寿命。影响了滚刀的寿命。盘形滚刀工作环境盘形滚刀工作环境10盘形滚刀盘形滚刀 滚刀对轴承和密封要求非常高，轴承滚刀对轴承和密封要求非常高，轴承要求耐磨耐冲击；而密封失效，泥砂、水要求耐磨耐冲击；而密封失效，泥砂、水进入滚刀内部，将损毁轴承，进而导致滚进入滚刀内部，将损毁轴承，进而导致滚刀立即失效。刀立即失效。 1 1、采用进口的轴承和密封圈；、采用进口的轴承和密封圈； 2 2、气密性检查，检测漏气和漏油；、气密性检查，检测漏气和漏油； 3 3、进行
6、滚刀模拟跑合测试。、进行滚刀模拟跑合测试。11 针对地质情况，设计合理的滚刀扭矩，软岩（复合针对地质情况，设计合理的滚刀扭矩，软岩（复合地层）扭矩低，全断面硬岩扭矩高，一般在地层）扭矩低，全断面硬岩扭矩高，一般在25-40NM25-40NM范范围内，保证滚刀能够发挥破岩作用，并防止偏磨。围内，保证滚刀能够发挥破岩作用，并防止偏磨。 根据地层状况特别是岩层的单轴抗压强度设计滚刀根据地层状况特别是岩层的单轴抗压强度设计滚刀的扭矩，涉及到各装配尺寸的精确调整，以及采用扭矩的扭矩，涉及到各装配尺寸的精确调整，以及采用扭矩计测量控制扭矩。计测量控制扭矩。盘形滚刀扭矩控制盘形滚刀扭矩控制12滚刀的工作刃，
7、即刀圈，在工作中受到的滚刀的工作刃，即刀圈，在工作中受到的剪切和冲击力相当大，特别是在硬岩掘进剪切和冲击力相当大，特别是在硬岩掘进中，刀圈材料的性能决定了工作效率和刀中，刀圈材料的性能决定了工作效率和刀具的费用。我们有标准钢制刀圈、耐磨层具的费用。我们有标准钢制刀圈、耐磨层堆焊刀圈、镶齿刀圈、耐磨层堆焊堆焊刀圈、镶齿刀圈、耐磨层堆焊+镶齿刀镶齿刀圈圈4种基本刀圈，可以应用在各种类型的滚种基本刀圈，可以应用在各种类型的滚刀，保证滚刀的使用寿命。刀，保证滚刀的使用寿命。盘形滚刀刀圈盘形滚刀刀圈13刀圈基本规格形状刀圈基本规格形状 平刃刀圈平刃刀圈在使用过程中，刀刃能在使用过程中，刀刃能保持一定的宽
8、度，适合保持一定的宽度，适合范围也较广。范围也较广。 刃宽加厚刀圈刃宽加厚刀圈能提高刀圈的耐磨能力，能提高刀圈的耐磨能力，增加抗冲击力，破岩石增加抗冲击力，破岩石能力下降。能力下降。 圆弧刀圈圆弧刀圈开始阶段提高刀圈抗冲开始阶段提高刀圈抗冲击力，利于破岩，掘进击力，利于破岩，掘进一段时间后，与平刃刀一段时间后，与平刃刀圈效果相同。圈效果相同。 圆弧刀圈圆弧刀圈2利于破岩，掘进速利于破岩，掘进速度快，但刀圈抗剪度快，但刀圈抗剪切能力较差。切能力较差。14标准钢制刀圈标准钢制刀圈 联合了院校和钢厂共同研制，采用联合了院校和钢厂共同研制，采用高强度和高硬度的改良模具钢制作。高强度和高硬度的改良模具钢
9、制作。刀圈刃工作整体硬度达到刀圈刃工作整体硬度达到HRC55-59HRC55-59。产品适用地层：产品适用地层：适用于掘进硬度适用于掘进硬度5050150MPa150MPa的砾岩、砂岩、灰岩地层。的砾岩、砂岩、灰岩地层。另有尺寸加强型刀圈：适用于掘进硬度另有尺寸加强型刀圈：适用于掘进硬度120120250MPa250MPa的硬岩，的硬岩，硬度硬度8080150MPa150MPa的高磨损岩层，如花岗岩、闪长岩、斑岩、的高磨损岩层，如花岗岩、闪长岩、斑岩、蛇纹石及玄武岩等地层。蛇纹石及玄武岩等地层。15耐磨敷焊刀圈耐磨敷焊刀圈 在标准钢制刀圈的基础上，采用等离子焊机制造。在标准钢制刀圈的基础上，采
10、用等离子焊机制造。特点：在刀圈表面形成一层冶金结合的、具有特定性能耐特点：在刀圈表面形成一层冶金结合的、具有特定性能耐磨金属堆焊熔敷层。该层磨金属堆焊熔敷层。该层HRC65HRC65，可增强刀圈工作面的耐磨，可增强刀圈工作面的耐磨性，进而达到提高滚刀使用寿命的目的。性，进而达到提高滚刀使用寿命的目的。硬度硬度40 MPa40 MPa的致密性地层；的致密性地层；硬度硬度80-100 MPa80-100 MPa的断裂性砾岩、页岩的断裂性砾岩、页岩 砂岩、石灰岩、泥灰岩、砂粘土等。砂岩、石灰岩、泥灰岩、砂粘土等。16镶齿刀圈镶齿刀圈 采用耐冲击的钢制刀圈为基体，在刃口镶装硬质合金柱齿。由于采用耐冲击
11、的钢制刀圈为基体，在刃口镶装硬质合金柱齿。由于硬质合金齿的硬度在硬质合金齿的硬度在HRA 85HRA 85以上，因此镶齿刀圈比钢制刀圈和耐磨堆以上，因此镶齿刀圈比钢制刀圈和耐磨堆焊刀圈使用寿命更长，适合于长距离掘进而不更换刀具，可以提高工焊刀圈使用寿命更长，适合于长距离掘进而不更换刀具，可以提高工作效率。镶齿刀圈对硬质合金柱齿的性能要求非常高，合金要保证既作效率。镶齿刀圈对硬质合金柱齿的性能要求非常高，合金要保证既耐磨又耐冲击，公司高质量的钻头合金产品能够满足这一要求。耐磨又耐冲击，公司高质量的钻头合金产品能够满足这一要求。 硬度硬度30-50 MPa30-50 MPa的致密性地层；的致密性地
12、层； 硬度硬度60-150 MPa60-150 MPa的断裂性砾岩、页岩的断裂性砾岩、页岩 砂岩、石灰岩、泥灰岩、砂粘土等。砂岩、石灰岩、泥灰岩、砂粘土等。17耐磨敷焊耐磨敷焊+镶齿刀圈镶齿刀圈 采用耐冲击的钢制刀圈为基体，在刃口镶装硬质合金柱采用耐冲击的钢制刀圈为基体，在刃口镶装硬质合金柱齿，同时在刀圈刃面堆焊耐磨层。适用在磨蚀性很强的地齿，同时在刀圈刃面堆焊耐磨层。适用在磨蚀性很强的地层，如石英砂质岩层。耐磨堆焊层，如石英砂质岩层。耐磨堆焊+ +镶齿刀圈使用寿命超长，镶齿刀圈使用寿命超长，适合于不更换刀具，长距离、高效率掘进。适合于不更换刀具，长距离、高效率掘进。18刀圈照片刀圈照片119
13、刀圈照片刀圈照片220硬质合金齿刀硬质合金齿刀刮刀刮刀 正面刮刀正面刮刀 边缘刮刀边缘刮刀先行先行/ /撕裂刀撕裂刀 超前刀超前刀 贝壳式刀贝壳式刀 撕裂刀撕裂刀中心刀中心刀 中心鱼尾刀中心鱼尾刀 羊角刀羊角刀 组合刮刀组合刮刀保护刀保护刀 外周保护刀外周保护刀 面板保护刀面板保护刀 耐磨板耐磨板 保径刀保径刀21洞门强化密封22硬质合金齿刀硬质合金齿刀23硬质合金刮刀硬质合金刮刀 刮刀是软土刀具，盾构机向前推进时，切刀随刀盘旋转刮刀是软土刀具，盾构机向前推进时，切刀随刀盘旋转对土体产生轴向剪切力和径向切削力，不断将开挖面前方土对土体产生轴向剪切力和径向切削力，不断将开挖面前方土体切削下来。一
14、般适用于砂、砾、卵石、粘土等松散体地层。体切削下来。一般适用于砂、砾、卵石、粘土等松散体地层。24硬质合金刮刀硬质合金刮刀-边缘刮刀边缘刮刀25先行先行/撕裂刀撕裂刀 先行刀比正面刮刀高，超前刮刀布置，先行刀在刮刀切削先行刀比正面刮刀高，超前刮刀布置，先行刀在刮刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为刮刀创造良好的土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为刮刀创造良好的切削条件。先行刀的切削宽度一般比刮刀窄，切削效率较高。切削条件。先行刀的切削宽度一般比刮刀窄，切削效率较高。26 在软土地层掘进时，为改善中心部位土体的切削和搅拌效在软土地层掘进时，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可在中
15、心部位设计尺寸较大的刀具，如鱼尾刀、羊角刀、果，可在中心部位设计尺寸较大的刀具，如鱼尾刀、羊角刀、组合式刮刀。组合式刮刀。中心刀中心刀27保护刀等保护刀等1 1、保护刀：形状尺寸不一，有面板保护刀、外周保护刀、外、保护刀：形状尺寸不一，有面板保护刀、外周保护刀、外周耐磨板、保径刀等，主要保护刀盘在掘进过程中不过早磨损。周耐磨板、保径刀等，主要保护刀盘在掘进过程中不过早磨损。2 2、超挖刀：盾构机通过超挖切削土体创造所需空间，实现曲、超挖刀：盾构机通过超挖切削土体创造所需空间，实现曲线推进和顺利转弯及纠偏。线推进和顺利转弯及纠偏。28保护刀等保护刀等外周耐磨板：用于刀盘的外周保护，其中钢体采用合
16、金工具钢，硬度大外周耐磨板：用于刀盘的外周保护，其中钢体采用合金工具钢，硬度大于于HRC36HRC36，合金采用，合金采用702702牌号，硬度大于牌号，硬度大于HRA87HRA87。将。将4848件耐磨板焊接在刀盘件耐磨板焊接在刀盘外周，拼成整周，可以有效保护刀盘。外周，拼成整周，可以有效保护刀盘。29刀具的配置刀具的配置 刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况，进行刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况，进行针对性设计，以获得良好的切削效果和掘进速度。根据针对性设计，以获得良好的切削效果和掘进速度。根据地质条件特点，可以大致分为四种地层：软土、砂质地地质条件特点，可以大致分为四种地层：软土
17、、砂质地层；砂土、砂卵石地层；软岩及软硬不均地层；硬岩地层；砂土、砂卵石地层；软岩及软硬不均地层；硬岩地层。层。30 软土砂质地层如南京、软土砂质地层如南京、上海、杭州、武汉等地，其上海、杭州、武汉等地，其地质条件主要以淤泥、粘土地质条件主要以淤泥、粘土和粉质粘土、砂砾为主，一和粉质粘土、砂砾为主，一般只需配置硬质合金齿刀。般只需配置硬质合金齿刀。软土砂质地层软土砂质地层31 砂卵石地层如成都其地砂卵石地层如成都其地质条件主要以砂砾，卵石地质条件主要以砂砾，卵石地层为主，应配置滚刀破碎大层为主，应配置滚刀破碎大粒径砾石，辅助刮刀、重型粒径砾石，辅助刮刀、重型先行刀（撕裂刀）开挖。先行刀（撕裂刀
18、）开挖。砂卵石地层砂卵石地层32广州、深圳，上软下硬、地广州、深圳，上软下硬、地质不均的复合地层，局部岩质不均的复合地层，局部岩石的强度较高石的强度较高150-200Mpa150-200Mpa，需主要配置滚刀先行破岩，需主要配置滚刀先行破岩，再配置刮刀辅助切削碎岩。再配置刮刀辅助切削碎岩。上软下硬地层上软下硬地层上软下硬地层上软下硬地层33 目前广东地区比较多采用目前广东地区比较多采用的盾构机刀盘配备了的盾构机刀盘配备了1717寸的单寸的单刃滚刀刃滚刀3131把、把、1717寸的中心双刃寸的中心双刃滚刀滚刀4 4把、把、1 1把行程为把行程为50mm50mm的超的超挖刀、挖刀、6464把正面小刮刀、把正面小刮刀、1616把把边缘刮刀。边缘刮刀。上软下硬地层上软下硬地层34全断面硬岩地层全断面硬岩地层硬岩地层如秦岭隧道，硬岩地层如秦岭隧道，隧道断面范围内以混合隧道断面范围内以混合片麻岩和混合花岗岩两片麻岩和混合花岗岩两种岩石为主，刀具基本种岩石为主，刀具基本全部选用滚刀。全部选用滚刀。35363738洞门强化密封39谢谢大家40
