盾构刀具问题研究
2010年7月
一、刀具种类
1 2 盾构刀具
矿山钻具
3
工程钻具
油田钻具
4
1、钻头合金生产
钻头合金生产工艺特点
精选高质量的WC原料 喷雾干燥工艺生产优质混合料
进口压力机精密压制成型
进口压力烧结炉高温烧结 合金内部组织均匀，孔隙度接近A00，在 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 受耐疲劳冲击的钻掘领域。
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。 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HRC65，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。 —硬度40 MPa的致密性地层； —硬度80-100 MPa的断裂性砾岩、页岩 砂岩、石灰岩、泥灰岩、砂粘土等。
中心刀
• 中心鱼尾刀 • 羊角刀 • 组合刮刀
保护刀
• 外周保护刀 • 面板保护刀 • 耐磨板 • 保径刀
洞门强化密封
硬质合金齿刀
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 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。一般适用于砂、砾、卵石、粘土等松散体地层。
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
影响了滚刀的寿命。
盘形滚刀
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
进入滚刀内部，将损毁轴承，进而导致滚 刀立即失效。 1、采用进口的轴承和密封圈； 2、气密性检查，检测漏气和漏油； 3、进行滚刀模拟跑合测试。
保护刀等
1、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。 2、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。
保护刀等
外周耐磨板：用于刀盘的外周保护，其中钢体采用合金工具钢，硬度大
于HRC36，合金采用702牌号，硬度大于HRA87。将48件耐磨板焊接在刀盘 外周，拼成整周，可以有效保护刀盘。
耐磨敷焊+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，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+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。
刀圈照片1
刀圈照片2
硬质合金齿刀
刮刀
• 正面刮刀 • 边缘刮刀
先行/撕裂刀 • 超前刀 • 贝壳式刀 • 撕裂刀
目前广东地区比较多采用 的盾构机刀盘配备了17寸的 单刃滚刀31把、17寸的中心 双刃滚刀4把、1把行程为 50mm的超挖刀、64把正面小 刮刀、16把秦岭隧道 ，隧道断面范围内以 混合片麻岩和混合花 岗岩两种岩石为主， 刀具基本全部选用滚 刀。
洞门强化密封
砂卵石地层
砂卵石地层如成都其地
质条件主要以砂砾，卵石地 层为主，应配置滚刀破碎大 粒径砾石，辅助刮刀、重型 先行刀（撕裂刀）开挖。
上软下硬地层 上软下硬地层
广州、深圳，上软下硬、地
质不均的复合地层，局部岩
石的强度较高150-200Mpa， 需主要配置滚刀先行破岩， 再配置刮刀辅助切削碎岩。
上软下硬地层
盾构刀具介绍—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
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 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。
盾构刀具介绍—盘形滚刀
盘形滚刀
按安装位置 • 中心滚刀 • 正面滚刀 • 边缘滚刀
按刀圈数量 • 单刃滚刀
• 双刃滚刀
• 多刃滚刀
按尺寸规格 • 17英寸 • 19英寸 • 14英寸 • 12英寸 • 8英寸等
按适用机型
• 海瑞克滚刀
• NFM 滚刀 • 小松 滚刀
• 其它
盾构刀具介绍—盘形滚刀
主要盘形滚刀产品
刀具名称
应用
说明
17"单刃滚刀 17"双刃滚刀 NFM 17"正面滚刀 NFM 17"偏心滚刀 NFM 17"中心滚刀
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 硬质合金齿的硬度在HRA 85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 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。 —— 硬度30-50 MPa的致密性地层； —— 硬度60-150 MPa的断裂性砾岩、页岩 砂岩、石灰岩、泥灰岩、砂粘土等。
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。 刀圈刃工作整体硬度达到HRC55-59。 产品适用地层： ——适用于掘进硬度50～150MPa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120～250MPa的硬岩， 硬度80～150MPa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。
盘形滚刀扭矩控制
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25-40NM范 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 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。
盘形滚刀刀圈

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 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 堆焊刀圈、镶齿刀圈、耐磨层堆焊+镶齿刀 圈4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。
刀圈基本规格形状
平刃刀圈
在使用过程中，刀刃能 保持一定的宽度，适合 范围也较广。
刃宽加厚刀圈
圆弧刀圈
圆弧刀圈2
利于破岩，掘进速 度快，但刀圈抗剪 切能力较差。
能提高刀圈的耐磨能力， 开始阶段提高刀圈抗冲 增加抗冲击力，破岩石 击力，利于破岩，掘进 能力下降。 一段时间后，与平刃刀 圈效果相同。
标准钢制刀圈
硬质合金刮刀-边缘刮刀
先行/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
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。
中心刀
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，可在中心部位设计尺寸较大的刀具，如鱼尾刀、羊角 刀、组合式刮刀。
谢谢大家
正面 正面/中心/边缘 正面 边缘 中心
海瑞克机型通用 海瑞克机型通用 NFM、沈重 NFM、沈重 NFM、沈重
盾构掘进
17 ”单刃滚刀
17 ”双刃滚刀
17 ”偏心滚刀
17 ”中心滚刀
盘形滚刀工作环境
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200
MPa以上的岩石、高水压、泥砂或砂砾的
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
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 层；砂土、砂卵石地层；软岩及软硬不均地层；硬岩地 层。
软土砂质地层
软土砂质地层如南京、
上海、杭州、武汉等地，其 地质条件主要以淤泥、粘土 和粉质粘土、砂砾为主，一 般只需配置硬质合金齿刀。