盾构机刀盘刀具优化设计和布局对其使用寿命的影响毕业论文

1、毕业设计（论文）报告题 目 学 院 学 院 专 业 学生姓名 学 号 年级 级 指导教师 毕业教务处制表毕业学生姓名： xx填写 学号： xx填写 专业： xx填写 毕业设计（论文）题目： 指导教师意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。） 指导教师结论： （合格、不合格）指导教师姓名所在单位指导时间毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表 学生姓名： xx填写 学号： xx填写 专业： xx填写 毕业设计（论文）题目： 农村宅基地测量技术研究 评阅意见：

2、（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）修改意见：（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。）毕业设计（论文）评阅成绩 （百分制）： 评阅结论： （同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名所在单位评阅时间论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文农村宅基地测量技术研究，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人

3、独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者（签字）： xx填写日期：xx填写年月日题目：盾构机刀盘刀具优化设计和布局对其使用寿命的影响何鑫 杜水明摘? 要：盾构机是一种隧道掘进施工的专用设备，其主要通过刀盘上的刀具破碎岩石和切削泥土来实现掘进，盾构机刀具极易出现零件的磨损和失效，在盾构掘进施工中经常出现由于刀盘上刀具设计布局不合理、地层适应性不强等因素造成刀具磨损速度快、异常损坏多等问题，从而导致了盾构施工效率降低、成本上升

4、等问题。经研究发现在刀盘刀具设计布局时通过对不同施工地层中刀具受力状况进行系统分析，并根据施工地层的地质条件、岩层类型、岩层的力学性能等情况针对性地设计刀具结构、选择刀具类型和优化刀具布局，能够延长刀具使用寿命和提高盾构机工作效率。关键词：刀具;地层适应性;针对性优化;延长寿命在广州、深圳等地区的地铁隧道施工时，这些地区的复合地层软硬不均，同一隧道线路不同位置地层差异很大，盾构机掘进时要不断穿过硬岩、软岩、上软下硬等地层，盾构机刀具的受力复杂、损耗很大，因此在复合地层区域施工时依据地层差异针对性地设计刀具结构、选择刀具类型和优化刀具布局更显重要性，对延长刀具寿命和降低施工成本效果更加明显，本文

5、将从以下几方面对复合地层中盾构机刀盘刀具设计和布局对寿命的影响进行简要分析1。1盾构机刀盘刀具种类盾构机刀盘依据结构形式分为面板式与辐条式，根据应用地层分为硬岩刀盘、软岩刀盘和复合刀盘三种，硬岩刀盘和复合刀盘一般采用的是面板式结构，软岩刀盘一般采用的是辐条式结构。硬岩刀盘和复合刀盘虽然都是采用的面板式结构，但是由于它们应用的地层环境不同，两种刀盘的开口率、刀具配置等方面存在很大差异。开口率是刀盘设计的关键，三种刀盘开口率由高到底分别为软岩刀盘、复合刀盘和硬岩刀盘，也正是由于开口率的不同很大程度上决定了刀盘的应用环境不同，如在天津、上海等淤泥地层中，适合采用辐条式刀盘，采用面板式刀盘由于开口率过

6、小容易出现堵塞，如广州、深圳等复合地层适合采用复合刀盘，既保证刀盘具有一定的开口率又能保证软、硬刀具的互换，由这些实际应用事例也可以看出刀盘设计对地层具有一定的针对性2。盾构机的刀具一般分为滚刀和刮削刀，滚刀是硬岩刀具，一般安装在硬岩刀盘和复合刀盘上进行岩石的破碎，刮削刀是软土刀具，其在三种刀盘上都有安装，但在辐条式刀盘上应用种类和数量更多，主要由于切削泥土或辅助滚刀刮削碎石。2盾构机刀盘刀具配置与布局研究目前盾构施工中刀具在刀盘上的配置一般先对不同施工地层中刀具受力状况进行系统地分析，再按照岩层的硬度和类型来进行确定，在硬岩掘进中刀盘上刀具配置以滚刀为主、刮刀为辅，在单轴抗压强度在20MPa

7、以下的软土地层中刀具配置就只有刮削刀没有滚刀，在复合地层中、高强度岩层段刀具配置以滚刀为主、配置一定刮削刀，在复合地层中、低强度岩层段刀具配置以刮削刀、配置一定的滚刀，在复合地层软土段刀具全部采用刮削刀。如上海隧道工程公司在成都一号线地铁施工中，就针对砂卵石地层对刀盘刀具采用了滚刀+刮刀（撕裂刀、贝壳刀等）的刀具配置优化方案，应用显示刀具的针对性配置有助于刀具寿命的提升。目前关于各种地层中如何选择刀具类型，还是缺乏一套成熟的理论和试验模型，现在的针对性设计大多都是依据之前的应用中出现问题后的优化改进经验进行类型地层的移植，再在工程中通过一段距离的实验性掘进后进行验证3。 3盾构机刀盘刀具磨损影

8、响因素目前盾构机常用刀具有滚刀、切刀、边刮刀等，为保证刀盘掘进效能，根据地质条件选用不同的刀具组合，确保掌子面岩土得到有效的破碎和切削，使岩土能顺利通过刀盘预留孔隙进入土仓，以减少刀具的磨损4。刀具磨损主要有刀圈基体磨损、刀毂基体磨损、刮刀基体磨损、刀具连接部件磨损等情况，这些情况都能导致刀具的失效，在不同的地层中刀具的磨损是不一致的，其中以软硬不均、大颗粒砂卵石地层、石英含量高的地层、高硬度地层等对刀具磨损最为严重，淤泥、黄土等软土地层对刀具的磨损最轻。刀具结构的设计和选材、刀圈的类型选择、刀圈的形状设计和选材、刀盘上刀具的间距和高低差设计、刀具种类的配置、密封结构选择、盾构机掘进参数选择、

9、刮削刀合金设计、刮削刀耐磨保护层设计、刀具安装机构设计、刀具安装力要求等因素是否针对不同地层进行针对性地设计，会对盾构机刀具的磨损产生很大的影响。上述这些方面的设计如果不合理，将会极大地增加刀具的磨损，降低刀具的使用寿命。4盾构机刀盘刀具设计优化刀盘刀具是决定盾构施工效率和成本的关键，在不同岩土中施工需要采用不同的刀盘刀具配置来进行隧道掘进。根据盾构机刀盘刀具磨损影响因素分析，需要通过针对性设计刀具结构、合理选择刀具类型和优化刀具布局等措施优化盾构机刀具刀盘配置，提高盾构机掘进施工效率5。软土掘进中要求刀具具有较好的抗磨性和冲击韧性，软土刀具一般是以硬质合金材料为刀刃，并对刀刃进行防崩块设计，

10、以此来提高软土刀具的耐磨性，软土刀具的刀柄依据安装方式不同（焊接式和螺栓紧固式）选用不同材料，以保证刀体具有足够的耐磨性和良好的焊接性能，并在软土刀具与岩土接触部位和刀刃周边进行表面强化处理来增强刀体的使用寿命，其中刀刃防崩设计和刀柄易损面强化是提升软土刀具寿命的重点，要针对不同的地层进行针对性优化设计。硬岩掘进中要求刀具拥有良好耐磨性和质量稳定性，硬岩刀具一般刀圈为刀刃，刀圈类型的选择和结构设计是通过岩层的硬度、磨损性等方面来决定的。在中、高硬度岩层中掘进时刀圈一般选用盘形刀圈结构，刀圈的刃口形状一般设计为等截面梯形，并且刃宽设计与岩层硬度成反比设计。在中、低强度的高磨损性硬岩中掘进刀圈一般

11、镶齿刀圈结构，刀圈的合金齿的数量、大小、结构设计都要依据岩石的硬度不同进行差异化设计，通过刀圈的这些优化设计来提高刀圈的适应性。滚刀启动扭矩也要根据地层硬度的不同进行调整，一般与地层硬度成正比调整。滚刀刀圈个数的选择也是依据岩层的硬度来决定的，70Mpa以上的硬岩基本采用单刃设计，双刃滚刀一般适用于70Mpa以下的软岩地层。由此可知通过针对性设计刀具结构、合理选择刀具类型和优化刀具布局等措施优化盾构机刀具刀盘配置，有助于提升刀具的整体使用寿命6。5结语目前我国城市地铁蓬勃发展，盾构工法成为地铁隧道施工首选，刀具设计理论是盾构机设计的重要内容，刀盘刀具设计方案直接决定施工工程的成败，盾构机刀具磨损与刀盘组合配置适应性影响盾构机技术的发展。本文围绕提高盾构机刀具使用寿命问题，介绍盾构机刀盘结构形式特点，说明了针对性设计刀具结构、合理选择刀具类型和优化刀具布局等措施优化盾构机刀具刀盘配置后将对刀具寿命产生的影响，并针对刀具刀盘优化布局提出对策建议。参考文献1韩利涛.盾构机刀具智能选型与布置研究D.石家庄：石家庄铁道大學，2016.2郑丽堃.盾构机刀具布置规律研究D.石家庄：石家庄铁道大学，2016.3陈昭章，洪开荣.复合地层盾构设计概论M.北京：人民交通出版社，2010：295.4朱述敏.复合型土压平衡盾构机刀盘设计与应用D.南京：