盾构构造与操作维护课件 2 盾构构造与操作维护课件-盾构刀盘刀具及回转中心

盾构构造与操作维护——

盾构刀盘刀具、回转中心结构刀盘后配套系统前盾盾体中盾后盾盾构整机构造的组成？

回顾请识别下图中的各部件1.土体2.刀盘3.泥土仓4.压力墙5.千斤顶6.螺旋输送机7.管片拼装机8.衬砌

回顾盾构刀盘系统盾构的刀具中心回转装置一、二、三、

本节内容

目录一

盾构的刀盘系统1.刀盘系统的构成2.刀盘系统的功能3.刀盘的分类4.刀盘的支承形式5.刀盘的设计依据

刀盘是盾构机的关键部件之一，包括了刀盘主体结构、刀具、回转中心等。其中，刀盘主体正面设置有刀具安装座、磨损监测器、进渣口等；刀盘外缘、刀体、进渣口及边缘过渡区设置耐磨保护措施；刀盘背面设有主动搅拌棒、及回转中心连接的接口。1.刀盘系统的构成刀盘正面磨损监测器泡沫口滚刀切刀进渣口耐磨条格栅刀盘外缘及背面

由于土压平衡盾构机刀盘与泥水盾构机刀盘的工作环境不同，在土压平衡盾构机刀盘面板及背部设置有泡沫注入接口和疏通管路，用于改良渣土性能，提高渣土和易性与流塑性；泥水盾构机刀盘背部设置有泥浆注入口，可向开挖舱及刀盘中心部位注入泥浆。1.刀盘系统的构成

土压盾构机的泡沫口

泥水盾构机的泥浆注入口刀盘系统共同实现了如下四大主要功能：

1.开挖掌子面岩土体：刀盘旋转时，刀具切削隧道掌子面土体，使开挖后渣土通过刀盘开口进入土仓；2.稳定掌子面：对掌子面起到支撑的作用；

3.搅拌土体：①对于土压平衡盾构而言，刀盘对土仓内渣土进行搅拌，使之具有一定塑性，然后通过螺旋输送机将其排出。②对于泥水盾构而言，利用刀盘旋转搅拌作用，将切削下来的渣土与膨润土泥浆充分混合，优化泥水压力控制和改善泥浆均匀性，并通过排泥管道将开挖渣土以流体形式泵送到设在地面上的泥水分离站。

4.控制出渣粒径。2.刀盘系统的功能3.刀盘的形状分类

刀盘形状分类按刀盘开口率大小分类按纵断面分类3.刀盘的形状分类（1）按纵断面分类

垂直平面形突芯平面形

以平面状态掘进突芯刀具利于稳定掌子面

方向控制

穹顶形

倾斜形

收缩形

应用于巨砾层

倾斜角接近土层内摩用于挤压或岩层擦角，利于掘削稳定式盾构3.刀盘的形状分类

刀盘的开口率：刀盘面板开口部分的面积与刀盘面积的比值。

（2）按刀盘开口率大小分类

Ø

面板式面板支撑，利于掌子面稳定；开口率较小，粘土地层易结“泥饼”

Ø辐板式开口率居中，兼具面板式和辐条式的优点

Ø

辐条式开口率大，排土容易，扭矩较小；对不稳定地层，易喷水喷泥1）面板式刀盘优缺点

①面板支撑，利于掌子面稳定；

②盾构掘进时，土仓内土压力与开挖面土压力之间产生压力降，且压力降大小受面板开口影响不易确定，从而使得开挖面土压力不易控制；

③由于受面板开口率影响，渣土进入土仓不顺畅、易粘结和易堵塞，且刀具负荷大，使用寿命短。特别是在粘土层施工时，虽然刀盘中心区域以外部分的土体流动顺畅，但中心区域内的土体流动较差，易长期积聚形成“泥饼”；防止措施是外加添加材料等。3.刀盘的形状分类2）辐条式刀盘优缺点

①仅有几根辐条，具有65%-75%的大开口率，且在辐条后设有搅拌叶片，使得土、砂进出流动顺畅，有利于防止粘土附着，不易粘结和堵塞；

②由于没有面板阻挡，渣土从开挖面直接进入土仓，不存在土压力衰减，即开挖面土压等于测量土压，故能对土压进行有效管理，可有效地控制地面沉降；③刀具负荷小，寿命长；④对不稳定地层，易喷水喷泥，但可通过渣土改良避免。3.刀盘的形状分类

具体应用哪种形式刀盘应根据施工条件及地质情况等因素决定，一般而言，土压平衡盾构根据地质条件可选用辐条式、面板式和辐板式，泥水平衡盾构一般采用面板式或辐板式。

思考：在施工时，刀盘类型一般如何选取？3.刀盘的形状分类4.刀盘的支承形式刀盘的支承机构：用于支承刀盘、承受切削的反作用力和顶进时的反力。一般刀盘的支承机构有以下三种：中心支承式中间支承式周边支承式4.刀盘的支承形式现在常用的支承机构有：4.刀盘的支承形式中间支承机构4.刀盘的支承形式中心支承机构中间、中心支承对比表中间支承中心支承外观与牛腿连接处为中空圆环与牛腿连接处为实心圆板土舱中心可设置被动搅拌棒，有利于渣土的流动性，在此处不易结泥饼无被动搅拌棒，在此处易结泥饼主驱动的密封性内、外密封均与渣土接触，密封可靠性较低外密封与渣土接触，密封可靠性较好适用性大直径盾构、易结泥饼的地层中、小型盾构4.刀盘的支承形式5.刀盘的设计依据分析此刀盘的分块方式5.刀盘的设计依据5.刀盘的设计依据刀盘为什么要进行分块设计？5.刀盘的设计依据刀盘分块设计考虑的要素5.刀盘的设计依据

刀盘分块的形式二

盾构的刀具1.刀具的失效形式2.刀具的构造及正确使用方法3.刀具的安装结构4.刀具更换的基本原则回顾识别下图中的刀具类型回顾

刀具的分类贝壳刀齿刀重型撕裂刀中心鱼尾刀

先行刀

切刀刀具分类切削类滚压类辅助刀具齿形滚刀盘形滚刀楔齿滚刀球齿滚刀钢刀圈滚刀（安装位置、刀刃数量、刀径大小）球齿钢刀圈滚刀周边刮刀

仿形刀1.刀具的失效形式（1）滚刀的失效形式

依据磨损形态和磨损程度，可将滚刀的失效形式分为正常磨损和异常损坏。滚刀正常磨损：滚刀的正常磨损也称滚刀均匀磨损，是指滚刀刀圈周边各部位的径向磨损程度基本相同，即刀圈径向磨损量基本一致；滚刀正常磨损主要发生在地质条件比较单一的正滚刀区域。1.刀具的失效形式（1）滚刀的失效形式

滚刀异常损坏包括刀圈偏磨、刀圈崩裂、刀圈卷刃、刀圈滑动、挡圈断裂、密封漏油、刀体磨损、轴承损坏等1.刀具的失效形式（2）切刀的失效形式

刀具是易耗品，在工程中经常出现刀具的损坏或失效，假如你们是刀具管理员，应该掌握哪些技能处理这些问题？

思考

刀具是易耗品，在工程中经常出现刀具的损坏或失效，假如你们是刀具管理员，应该掌握哪些技能处理这些问题？

思考刀具的构造及刀具的安装结构

2.刀具的构造及正确使用方法刀圈心轴刀体刀圈卡环

密封浮封环轴承（1）滚刀的构造2.刀具的构造及正确使用方法识别图中的滚刀结构2.刀具的构造及正确使用方法

练习：识别图纸中的滚刀结构2.刀具的构造及正确使用方法正确使用刀具，减少消耗：

首先除严格控制装机刀具质量，保证进洞的上机刀具都符合刀具相关标准外，做到正确使用刀具也是减少刀具消耗的重要因素之一，应从以下几方面考虑：

合理使用刀圈；

加强规范操作，减少事故性刀具损坏

合理使用刀体和刀盖；

合理使用密封；

合理使用轴承；2.刀具的构造及正确使用方法1）合理使用刀圈

在掘进施工中，刀圈的使用量大，且价格比较贵，据统计隧道掘进硬岩施工中刀圈费用占刀具费用的30%左右，因此，使刀圈得到充分利用，尽可能使每个刀圈的实际磨损量大于允许磨损量的90%以上，是减少刀圈消耗的重要条件，这就要求在掘进时充分保证每把滚刀的负荷平衡，不偏载，不偏磨，刀盘推力适宜才能保证刀圈的充分利用。2.刀具的构造及正确使用方法2)合理使用轴承

在TBM硬岩掘进施工中，据统计刀具轴承费用占刀具消耗费用的15%左右，按国外滚刀有关技术规程，刀具轴承的使用寿命为564小时，适当减小轴承负荷，可以大大提高轴承寿命，因此要适当控制轴承负荷，使其与其它相关刀具零件处于相当的经济寿命，能够减少轴承的消耗。。

2.刀具的构造及正确使用方法3)合理使用密封

滚刀内部的金属浮动密封，由于其结构特点是成对使用，工作过程中自动形成滑动密封副，具有不可重复拆装使用的特性，据统计在硬岩掘进施工中，刀具密封费用占到了刀具费用的10%左右。因此合理使用浮动密封，保证浮动密封的润滑效果，提高刀具装配维修质量，使刀盖给浮动密封施加的压力适当，这都有利于充分发挥密封的使用寿命，也是较低刀具费用的重要途径之一。2.刀具的构造及正确使用方法4）合理使用刀体、刀盖

5）加强规范操作，减少事故性刀具损坏

在不均匀地质段推进过快，或是地层不稳，应采取防范措施，加强规范操作和施工管理，也能减少事故性刀具的损坏。2.刀具的构造及正确使用方法（2）切削类刀具的构造：切刀为例

切刀主要由矿用硬质合金刀刃和刀体组成；其中，刀刃焊接在刀体上。根据刀刃焊接方式的不同分为：嵌入式和附着式。2.刀具的构造及正确使用方法（2）切削类刀具的构造

附着式（也称为板式）切刀的刀刃平焊于刀体上，切削时刀刃的切削面全部暴露在土砂中，多适用于黏土、粉土、粉砂等地层。采用特殊形状刀刃制造的强化型板式切刀，其耐冲击性能显著提高，越来越多地应用于砂卵石地层。2.刀具的构造及正确使用方法（2）切削类刀具的构造

嵌入式切刀是在刀体上开槽，刀刃嵌入槽内并与刀体焊接，只有参与切削的一部分刀刃暴露在槽外。嵌入式切刀的刀刃不易脱落，具有较强的耐冲击能力，适用于砂卵石地层。思考：切削类、滚压类刀具是如何安装在刀盘上的？3.刀具的安装结构因为刀具安装的好坏直接影响刀具的使用和寿命；另外在施工时时常会更换刀具，所以需掌握刀具的安装方式（1）切刀安装3.刀具的安装结构栓接焊接（1）切刀安装3.刀具的安装结构

栓接式，即用螺栓将切刀安装在刀盘上，其特点是容易更换，但必须采取措施防止螺栓松动和磨损，适用于掘进中途需要更换切刀的场合。

销接式，即用圆柱销将切刀安装在刀盘上，其特点是切刀能围绕圆柱销适当转动，当刀盘回转切削时，用于相反方向回转切削的切刀脱离开挖面，以避免磨损，且便于更换，但必须采取措施防止紧固圆柱销的螺钉松动和磨损，适用于掘进中途需要更换切刀的场合。

焊接式，即切刀直接焊接在刀盘上，其特点是安装牢固不易脱落，但不方便更换切刀，适用于在黏土、粉土、粉砂等地层掘进且不需要中途更换切刀的地层工况。。（1）切刀安装3.刀具的安装结构判断下图中刀具的固定方式

销接固定方式3.刀具的安装结构（2）滚刀安装3.刀具的安装结构3.刀具的安装结构3.刀具的安装结构4.刀具更换的基本原则

1)中心刀的最大磨损极限为25mm，双刃正滚刀的最大磨损极限为20mm，单刃正滚刀的最大磨损极限为20mm，单刃边滚刀的最大磨损极限为10mm更换标准为:边滚刀磨损量为8mm(换下的边滚刀可用在正滚刀位置)，正滚刀15mm，中心刀20mm。2)当刀具出现下列任一损坏情况时，必须更换。刀圈断裂、平刀圈、刀体漏油、刀圈脱落、挡圈断裂或脱落、刀具轴或刀座损伤。3)相邻刀具的磨损量高差不大于15mm；4)更换刀具后，将固定刀具轴的螺栓紧固至规定的扭矩，待掘进一环后，再开仓复紧刀具螺栓。三