淺談常用的盾構(gòu)刀具材料及發(fā)展趨勢(shì)分析研究 機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)

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1、摘要 在施工中，所謂的盾構(gòu)法就是使用盾構(gòu)在地面以下開(kāi)挖隧道的一種方法。隨著時(shí)間的推移，到了上世紀(jì)末，伴隨著我國(guó)的城市在地下空間的開(kāi)發(fā)和利用率的提高與城市化進(jìn)程的加快，盾構(gòu)法作為一種既可以提高施工質(zhì)量，又可以保護(hù)環(huán)境的施工方式，得到了政府和施工企業(yè)的大力推廣和重視，所以，他們漸漸地開(kāi)始大量的應(yīng)用與引進(jìn)這種先進(jìn)的施工設(shè)備與技術(shù)。作為對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)效率和盾構(gòu)掘進(jìn)速度有著重要影響的盾構(gòu)刀具，對(duì)于它的質(zhì)量和選擇就尤為重要。在國(guó)內(nèi)，目前我們的盾構(gòu)使用的刀具絕大部分依靠進(jìn)口，這是因?yàn)榈谝?，盾?gòu)在國(guó)內(nèi)而言，是一種新型的設(shè)備，沒(méi)有使刀具的研究人員和制造廠商所重視；第二，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的一些道具不能夠滿足使用的要求。此文

2、就主要對(duì)盾構(gòu)刀具進(jìn)行詳細(xì)的介紹，希望能引起我國(guó)一些研究人員和有能力的刀具制造廠商的關(guān)注，使盾構(gòu)刀具的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)一步加快。 關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；刀具；材料；發(fā)展趨勢(shì) Abstract In construction, a method of shield method is called using the shield excavation tunnel in the below ground. With the passage of time, to the end of the last century, with the development of underground space i

3、n our city and improve utilization rate of city and urbanization, the shield as a can improve the construction quality, construction methods and can Protect environment, the government and the construction enterprise promotion and attention, so, they gradually began with the introduction of a large

4、number of applications of this advanced construction equipment and technology. As for shield tunneling efficiency and shield tunneling rate has important influence of shield cutter, is particularly important for its quality and choice. In China, the tool currently using our shield, the vast majority

5、 rely on imports, this is because the first, shield in the domestic, is a kind of new equipment, not the tool for researchers and manufacturers attention; second, some of the props of domestic existing can not meet the use requirements. This paper is mainly on the shield cutters are introduced in de

6、tail, the hope can cause some Chinese researchers and the ability of the tool manufacturer's attention, so that the shield cutter localization to further accelerate. Keywords: shield; tool material; development trend 目錄 摘要 1 引言 1 第一章 盾構(gòu)刀具使用環(huán)境 2 第二章 盾構(gòu)刀具的分類(lèi)和配置 4 第三章 常用的盾構(gòu)刀具材料 6 第四章 盾構(gòu)刀具材

7、料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 7 4.1 優(yōu)化刀具材料化學(xué)成分 7 4.2 改進(jìn)熱處理工藝充分挖掘材料潛力 9 4.3 刀體材質(zhì)的選用 9 4.4 焊縫間隙的研究分析 9 4.5 釬焊及熱處理工藝研究 10 4.6 抗沖擊、耐磨、無(wú)裂紋的硬質(zhì)合金刀頭研制 10 4.7 耐磨材料加強(qiáng)保護(hù)刀具基體 11 結(jié)論 12 參考文獻(xiàn) 13 致謝 14 引言 隨著世界各國(guó)，尤其是發(fā)展中國(guó)家城市化進(jìn)程的不斷加快，地下空間開(kāi)發(fā)利用的前景非常廣闊。 近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)也步入了快速發(fā)展的時(shí)期，目前全國(guó)約有 30 個(gè)城市獲批修建地鐵工程。在非開(kāi)挖技

8、術(shù)飛速發(fā)展的背景下，盾構(gòu)法以其對(duì)周邊環(huán)境影響小、安全環(huán)保、推進(jìn)速度快、質(zhì)量?jī)?yōu)等特點(diǎn)在城市地鐵工程建設(shè)中發(fā)揮了非常重要的作用，因而國(guó)內(nèi)外對(duì)盾構(gòu)機(jī)的需求也日益加大。 盾構(gòu)由刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)靠刀具切割巖土體并由油缸向前推進(jìn)，這要就可以使隧道掘進(jìn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的機(jī)械化。但是，就我國(guó)復(fù)雜的地質(zhì)而言，在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)碰到例如砂性及粉細(xì)砂、軟塑粘土或砂卵石等較為復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)，在對(duì)土體的旋轉(zhuǎn)切削時(shí)，在隧道的挖掘過(guò)程中會(huì)有各異的，復(fù)雜的各種相互作用，對(duì)于土體條件不同的情況，因?yàn)榈毒叩那邢髟砗颓邢餍褪讲煌?，存在著土體與不同的刀具和刀盤(pán)相互適應(yīng)的問(wèn)題，這些都會(huì)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)速率，刀具的磨損，刀具的更換等產(chǎn)生較大的影響。 目

9、前，我國(guó)雖然已經(jīng)能夠自主研發(fā)地鐵盾構(gòu)設(shè)備，但還處于起步的合作階段，盾構(gòu)機(jī)及零配件還主要依賴進(jìn)口。 由于國(guó)外盾構(gòu)機(jī)（如德國(guó)海瑞克、維爾特，法國(guó)FCB，日本三菱重工、日立和小松）的不斷引進(jìn)，以及國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)企業(yè)（如中鐵裝備公司、中鐵軌道系統(tǒng)集團(tuán)、無(wú)錫盾建重工、天業(yè)通聯(lián)等）的不斷發(fā)展，使得各種型式的盾構(gòu)刀具需求量不斷增加。 在盾構(gòu)隧道施工中，盾構(gòu)刀具的更換費(fèi)用占了總施工費(fèi)用的近 1/4。 因此，本文對(duì)常用的盾構(gòu)刀具材料及發(fā)展趨勢(shì)展開(kāi)研究無(wú)疑具有重要的意義。 第一章 盾構(gòu)刀具使用環(huán)境 第一，我國(guó)疆土遼闊 ，東西跨經(jīng)度 60 °以上 ，距離約5 000 km，南北跨緯度近 50 °

10、，距離約 5 500 km，地理形勢(shì)復(fù)雜多變，地質(zhì)結(jié)構(gòu)硬度差異很大，難以預(yù)料分析，因此在盾構(gòu)刀具的選擇上存在相當(dāng)大的難度。當(dāng)前我國(guó)地鐵建設(shè)比較集中的城市主要有：上海、北京、廣州、深圳、成都、南京、沈陽(yáng)、鄭州等。 如上海地質(zhì)主要以淤泥、黏土和粉質(zhì)黏土為主，相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)盾構(gòu)刀具的抗沖擊性能和破巖能力的要求要低一些，普通的盾構(gòu)刀具即能達(dá)到要求；南京地質(zhì)以雨花石居多，成都地質(zhì)以富水砂卵石為主，普通材質(zhì)和工藝生產(chǎn)的盾構(gòu)刀具就難以達(dá)到使用要求。 第二，由于采用非開(kāi)挖技術(shù)，施工過(guò)程中要求盾構(gòu)機(jī)各部位的功能必須確保萬(wàn)無(wú)一失，這就對(duì)盾構(gòu)刀具的質(zhì)量提出了更高的要求。 第三，地層盾構(gòu)施工，只要是出現(xiàn)了正常磨損的條

11、件下，沒(méi)有達(dá)到預(yù)定挖掘距離(如一個(gè)施工區(qū)間段)或是出現(xiàn)盾構(gòu)刀具的早期破壞，它是在施工過(guò)程中非常難以對(duì)付的問(wèn)題。要是在無(wú)建筑的開(kāi)闊地帶下開(kāi)鑿隧道，大多會(huì)開(kāi)挖檢修豎井的方法，來(lái)對(duì)刀具進(jìn)行更換或修理。一旦隧道在城市的密集建筑地帶，如果要對(duì)刀具進(jìn)行修復(fù)或更換，就必須采用從盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部通道進(jìn)入開(kāi)挖面的辦法。該刀具的維修和更換在施工過(guò)程中進(jìn)行是存在這較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，如果處理不好，可能危及到整個(gè)項(xiàng)目。這就是北京的砂礫地質(zhì)條件下地鐵施工盾構(gòu)說(shuō)面臨的一個(gè)重大問(wèn)題。所以，對(duì)于今后開(kāi)發(fā)可靠性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量?jī)?yōu)的盾構(gòu)刀具技術(shù)是至關(guān)重要的。 沖擊、磨損和一定程度腐蝕的惡劣環(huán)境，是盾構(gòu)刀具長(zhǎng)期工作的環(huán)境，尤其是在含有

12、比較多的砂石地段進(jìn)行作業(yè)，對(duì)于刀具的磨損就更加的嚴(yán)重，致使使用壽命大打折扣，對(duì)于盾構(gòu)施工的施工成本和施工效率最直接的影響就是刀具使用壽命的長(zhǎng)短，所以，怎樣的把新的技術(shù)用到提高盾構(gòu)刀具的抗沖擊、抗磨損、耐腐蝕的性能上，從而使成本降低，就成為了我國(guó)盾構(gòu)施工中現(xiàn)有的最為急迫要解決的問(wèn)題之一。 作為盾構(gòu)刀具的刀刃，都是由燒結(jié)硬質(zhì)合金組成，它耐磨性好，硬度高，可是沖擊韌性較低，所以既要保證刀刃的硬度，又要在此基礎(chǔ)之上提高刀刃的韌性，這就成為了使刀具使用壽命提高的一個(gè)重要方面。而刀體材料一般采用中低碳鋼，其韌性好，強(qiáng)度高，但耐磨性較差，硬度較低，可是因?yàn)榈度惺氢F焊在刀體上的，過(guò)度磨損刀體，會(huì)使刀刃脫落，

13、所以，對(duì)于刀體容易受到磨損的部位，要大大的提高其耐磨性，這是使刀具使用壽命提高的另一個(gè)重要方面。因?yàn)榱悴考母g和磨損都是從表面開(kāi)始的，而后逐步由外向內(nèi)發(fā)展，所以，利用一定的表面處理方法，對(duì)刀體和刀刃作表面的處理改性，就可以使刀體的耐腐蝕性和耐磨性提高，使刀刃的沖擊韌性加強(qiáng)，這是最有效，最經(jīng)濟(jì)的一種方法。 第四，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)力作用下刀具對(duì)開(kāi)挖面土體產(chǎn)生一定壓力。伴隨著旋轉(zhuǎn)的刀盤(pán)，土砂磨料與刀具之間產(chǎn)生摩擦，造成磨損。道具的材質(zhì)，當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和刀具在刀盤(pán)上的安裝位置都會(huì)影響到道具的磨損，在刀具掘削里程的增加過(guò)程中這種磨損也相應(yīng)地增加。刀盤(pán)周邊放置的刀具，因其切削路線長(zhǎng)，線速度大，所以其，易磨損

14、，易折斷。刀具的脫落和磨耗是刀具破壞的主要形式。刀具的硬度，材質(zhì)，其上的推力以及地質(zhì)條件和切入速度，深度，時(shí)間等都是影響刀具磨耗的因素；安裝位置制約了刀具的脫落。 在掘進(jìn)中，盾構(gòu)機(jī)會(huì)遇到各種不同地層，會(huì)盡力淤泥、砂層、砂卵石層到軟巖及硬巖等多種情況。所以在開(kāi)挖的過(guò)程中刀具的受力是十分復(fù)雜的，它的工作環(huán)境也十分惡劣。所以說(shuō)刀具的磨損和施工地層的結(jié)構(gòu)密不可分。粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土等這些都刀具的磨損都比較小，但是砂卵石礫石、砂土等都是對(duì)刀具磨損較大的地層，甚至使刀具折斷。這種情況在已經(jīng)施工的工程中得到了印證。 第二章 盾構(gòu)刀具的分類(lèi)和配置 AVN2440DS盾構(gòu)機(jī)是我們討

15、論的重點(diǎn)，它是6個(gè)雙滾刀、4組刮刀、7個(gè)單滾刀和5個(gè)中心滾刀所構(gòu)成。盤(pán)形滾刀：在刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)和盾構(gòu)機(jī)推動(dòng)力的作用下，刀具會(huì)在掘進(jìn)面的巖體上轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓，在巖石的表面擠切處一個(gè)槽，并由于剪切力的存在使巖石開(kāi)裂破碎。刮刀：它的適用范圍是那些軟土和一些交替夾有軟巖的地質(zhì)，在掘進(jìn)面通過(guò)對(duì)土體鏟切的方法實(shí)現(xiàn)切削的一種方式，軟巖層和土層用刮刀切削更為容易。 盾構(gòu)刀具可根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式、布置位置和幾何形狀等進(jìn)行分類(lèi)。按切削原理劃分，一般分為切削刀、滾刀及輔助刀具等。切削刀又分為齒刀、切刀（或刮刀）和先行刀等，圖 1 為部分刀具的照片。盾構(gòu)開(kāi)挖性能主要通過(guò)刀具的選擇和布置來(lái)保專(zhuān)證。在實(shí)際的工作中，不同的刀具組合及其不同

16、類(lèi)型的刀具，適用于不同的地質(zhì)情況，這樣能大大的提高開(kāi)挖效率。若是在對(duì)硬巖地層開(kāi)挖，常采用盤(pán)形滾刀；若是在對(duì)較軟巖石開(kāi)挖，常采用齒刀；若破碎軟巖或軟土，則常采用刮刀或切刀。 圖1 部分道具的圖片 圖 2 是成都地鐵 1 號(hào)線，在其施工中所使用的海瑞克土壓平衡盾構(gòu)刀盤(pán)（圖片），詳細(xì)技術(shù)參數(shù)如下：刀盤(pán)開(kāi)口率 25％ ～26％；盤(pán)形式為面板式；刀具布置為 8 把周邊刮刀+28 把寬刮刀+32 把單刃滾刀+4 把中心雙刃滾刀。盤(pán)形式為面板式； 這一標(biāo)段的地下隧道主要通過(guò)的地層為砂卵石土層。 圖2 海瑞克土壓平衡盾構(gòu)刀盤(pán)及其刀具布置照片 第三章 常用的盾構(gòu)刀具材料

17、 硬質(zhì)合金材料、刀具刃曰堆焊材料和基體(刀體)材料是盾構(gòu)刀具材料的幾大部分。作為滾刀的工作部位——刀圈材料，其大多是熱作模具鋼（碳含量約為0.5%，還包括Mo、 V、Cr、Si等合金元素）。德國(guó)海瑞克公司所生產(chǎn)的盾構(gòu)周邊刀的刀體鋼號(hào)為St52- 3，與我國(guó)國(guó)產(chǎn)的低碳鋼Q235性能相近，這種材料硬度較低但是韌性好。磨粒磨損所帶來(lái)的高應(yīng)力主要由刃口承擔(dān)，球齒材料是硬質(zhì)合金，主要用于承受卵石、砂礫磨粒磨損與沖擊。齒刀由刀體、端部硬質(zhì)合金刀片和背部球齒構(gòu)成。表1為用于盾構(gòu)刀具硬質(zhì)合金的力學(xué)性能和化學(xué)成分; 表2為一種用于盾構(gòu)刀具刃曰的鐵基堆焊材料的力學(xué)性能和化學(xué)成分。 表1 用于盾構(gòu)刀具的硬質(zhì)合金的

18、化學(xué)成分和力學(xué)性能 力學(xué)性能 化學(xué)成分 （/%） HRA硬度 抗彎強(qiáng)度/MPa W Co C ＞88 ＞1 600 83～87 7～17 5～6 表2 鐵基刀具刃口堆焊材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能（%） C Cr Ni Si Mn Mo Fe 0.1～0.3 5～10 1～3 ＜1 0.5～2 ＜0.5 少量 硬質(zhì)合金作為盾構(gòu)切削刀具的材料，它的制作通常采用粉末冶金法。然后再用鑲鑄、焊接法或釬焊法把與基體(刀體) 與硬質(zhì)合金刀片結(jié)合起來(lái)。一般會(huì)使用鍛造的方法制作滾刀的刀圈，這樣能夠提高韌性。美國(guó)ROBBINS、德國(guó)海瑞克和

19、WIRTH都是世界上一些盾構(gòu)刀具制造技術(shù)較為成熟的企業(yè)，可是他們都對(duì)生產(chǎn)盾構(gòu)刀具的做法采取嚴(yán)格的保密措施，在國(guó)內(nèi)對(duì)于盾構(gòu)刀具的試制及研究還有待提高。 第四章 盾構(gòu)刀具材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 4.1 優(yōu)化刀具材料化學(xué)成分 影響盾構(gòu)刀具耐磨性能最主要的內(nèi)在因素為刀具材料的化學(xué)成分，綜合考慮刀具的強(qiáng)度、韌性、工件幾何形狀、耐腐蝕性、地質(zhì)條件等因素，通過(guò)刀具材料含碳量的控制，在鋼中加入鉻、鉬、釩、硅等第二相形成元素，有意增加沉淀析出相的數(shù)量，形成細(xì)而分散的共格、半共格硬質(zhì)點(diǎn)，從而在一定程度上提高耐磨性。這種材料是含有碳化物相的多相材料，通過(guò)調(diào)整各元素的含量，控制各碳化

20、物的含量、形態(tài)和分布情況，從而有效提高金屬材料的耐磨性能。各相關(guān)合金碳化物的硬度和晶體結(jié)構(gòu)見(jiàn)表 3所示。 表3 各相關(guān)合金碳化物的硬度和晶體結(jié)構(gòu)表 碳化物類(lèi)型 硬度 HV 晶體結(jié)構(gòu) Fe3C 1 150 ～ 1 250 斜方 Cr3C2 ≈1 300 斜方 Mo2C 1 800 ～ 2 200 六方 W2C 2 800 ～ 3 000 六方 MoC ≈2 250 六方 WC 2 400 ～ 2 700 六方 VC 2 500 ～ 2 900 立方 TiC 3 200 立方 M3C 1 150

21、 ～ 1 770 斜方 M7C3 1 800 ～ 2 800 六方 M23C6 1 600 ～ 1 800 立方 M2C 1 800 ～ 3 000 六方 M6C 1 600 ～ 2 300 立方 M3C 型主要是富鐵的滲碳體型碳化物，我們選用的材料中含有鉻、鉬等，通常會(huì)形成含有少量這些元素的合金滲碳體。M7C3 型碳化物主要是 Cr7C3 型，M7C3 型碳化物的熱穩(wěn)定性較好，在奧氏體化溫度較高時(shí)才開(kāi)始溶解。M23C6 型是富鉻的 Cr23C6 型立方系碳化物，能夠溶解大量的鐵。M2C 型相當(dāng)于Mo2C或 W2C，這種類(lèi)型的碳化物只是在淬火后接近二次硬化峰回火

22、時(shí)產(chǎn)生，進(jìn)一步提高回火溫度則轉(zhuǎn)變?yōu)?M6C型或 M23C6 型碳化物。 同時(shí)，加強(qiáng)鋼鐵冶煉時(shí)的精煉，提高鋼材的純凈度和均質(zhì)性，減少夾雜物的含量，努力降低鋼中硫化物、氧化物、硅酸鹽等夾雜物對(duì)耐磨性的負(fù)面影響。 4.2 改進(jìn)熱處理工藝充分挖掘材料潛力 改變了傳統(tǒng)的淬回火工藝，將以前的馬氏體 + 殘余奧氏體型組織調(diào)整為下貝氏體組織，有效提高了盾構(gòu)刀具的耐磨性能。 在硬度相同的情況下，等溫轉(zhuǎn)變的下貝氏體比回火馬氏體的耐磨性好得多，因?yàn)樨愂象w組織比相同成分的馬氏體含有更多的殘留奧氏體，這種鋼中的殘留奧氏體有助于改善耐磨性，而且貝氏體組織中的內(nèi)應(yīng)力一般都低于馬氏體組織的內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)

23、，貝氏體中的鐵素體固熔碳含量較高，板條也比較細(xì)小，組織中碳化物分布均勻，這也有利于貝氏體組織耐磨性的改善。 4.3 刀體材質(zhì)的選用 初期國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)刀具刀體的材質(zhì)多采用 Q235 和 35號(hào)鋼。 這兩種材料具有柔韌性高，刀體不易斷裂的特點(diǎn)，但該材料硬度偏低。 35 號(hào)鋼經(jīng)熱處理增加硬度后柔韌性降低，脆性增加。 為此，我們進(jìn)行了以 42CrMo、37CrNi3、40CrNiMo 等合金結(jié)構(gòu)鋼作為盾構(gòu)刀具刀體材料的研究和試驗(yàn)。 由于此類(lèi)鋼材成分中添加了鉻、鎳、鉬等元素后，提高了淬透性和耐磨性，經(jīng)熱處理后具有較高的疲勞極限和抗沖擊的能力，故綜合機(jī)械性能得到較大幅度提高。 4.4 焊縫間隙的研究分析

24、 影響刀具釬焊焊縫強(qiáng)度和焊縫致密性的重要因素是焊縫間隙的大小，間隙過(guò)大，使焊縫的毛細(xì)管作用受到破壞，焊料不能夠充滿焊縫間隙；間隙過(guò)小，又阻礙了焊料流入；盾構(gòu)刀具的釬焊方法是硬質(zhì)合金與鋼的異種材料焊接，因?yàn)橛操|(zhì)合金的線膨脹系數(shù)為鋼的30%到50%，所以釬焊焊縫間隙就要比鋼的焊接時(shí)稍小。在對(duì)幾組不同間隙焊縫的比試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，得到了盾構(gòu)刀具焊縫間隙通常要在0.2～0.3 mm最為合適。 4.5 釬焊及熱處理工藝研究 1）釬焊是一種合金與刀體兩種材質(zhì)分子間的相互滲透的作用，釬焊質(zhì)量的好壞直接影響合金刀頭的抗剪切強(qiáng)度。 首先，盾構(gòu)刀具合金刀頭的焊接宜采用銀釬氣體無(wú)氧保護(hù)焊接工藝，其焊

25、接溫度約 650 ℃，同時(shí)焊后采取加壓保溫緩慢冷卻的方法，這樣焊接殘余應(yīng)力較小，減小產(chǎn)生焊接裂紋的趨勢(shì)；其次，刀體合金槽和合金外表面焊前清潔處理同樣關(guān)鍵，一般采用酸洗、精磨、麟花、化學(xué)液體浸蘸、干燥等工藝處理，保證焊接強(qiáng)度；再次，釬焊材料的選用也要適當(dāng)，主要以 75 %銀基焊料為主。 2）熱處理的目的主要是提高刀體的耐磨性和綜合機(jī)械性能。 為保證這兩項(xiàng)性能指標(biāo)，一般應(yīng)對(duì)刀體采用淬火、回火處理工藝，硬度一般控制在 35～40 HRC 范圍內(nèi)為宜。 同時(shí)，為了提高合金刀頭周?chē)扼w的耐磨性，采用氣體保護(hù)堆焊耐磨層的辦法。 4.6 抗沖擊、耐磨、無(wú)裂紋的硬質(zhì)合金刀頭研制 在硬質(zhì)合金研究方面，筆

26、者單位與春保森拉天時(shí)、濟(jì)南冶金研究所合作對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行了研究。 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外硬質(zhì)合金刀頭的解剖分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)外硬質(zhì)合金與國(guó)內(nèi)合金的 3 項(xiàng)性能指標(biāo)（磁力、密度、硬度）基本接近。在合金的顯微結(jié)構(gòu)上，也很難看出兩者有很大的差距。 國(guó)外合金刀頭的耐沖擊性和耐磨性比較明顯的優(yōu)于國(guó)產(chǎn)合金刀頭，主要是由于國(guó)產(chǎn)合金刀頭原料純度低，粉末成型工藝落后造成的。 通過(guò)對(duì)盾構(gòu)刀具典型失效形式的研究和分析，我們提出了可以切實(shí)有效地提高盾構(gòu)刀具性能的新技術(shù)刀具，使得刀具具有耐磨損、抗沖擊的特性，并且在實(shí)際施工中取得了優(yōu)異的成績(jī)。 新型硬質(zhì)合金刀頭選用了優(yōu)質(zhì)原料，改進(jìn)了成型工藝和合金制取工藝（高純鎢粉、高溫還原、高溫碳化、

27、冷等靜壓、低壓燒結(jié)、超粗顆粒）等數(shù)條技術(shù)措施，提高了盾構(gòu)刀具硬質(zhì)合金刀頭的壽命。新型合金刀頭具有高韌性、高耐磨性和高沖擊性，完全可以與日本標(biāo)準(zhǔn) E5 硬質(zhì)合金刀頭相媲美。 圖3、4 為北京地鐵施工中采用新技術(shù)的刀具與未采用新技術(shù)的刀具的使用情況對(duì)比，新刀的耐磨性和抗沖擊性相比原有刀具都有明顯的提升。 圖3 北京地鐵施工刀具 圖4 北京城建玉淵潭公園施工刀具 4.7 耐磨材料加強(qiáng)保護(hù)刀具基體 有一部分盾構(gòu)刀具的基體材料因?yàn)槭艿揭恍┫拗疲旧頍o(wú)法達(dá)到很好的耐磨性能，結(jié)合盾構(gòu)刀具施工的特點(diǎn)，選用不同材料對(duì)基體進(jìn)行保護(hù)，使基體與整個(gè)

28、 刀具壽命一致。 結(jié)論 不同生產(chǎn)工藝和材質(zhì)的刀具用于不同地質(zhì)情況，如果在不同地質(zhì)中采用同一種刀具，這會(huì)嚴(yán)重的影響到刀具的使用壽命。例如，在較軟的地層中施工掘進(jìn)，就要求刀具的硬度、抗磨性要比巖石的抗壓強(qiáng)度高10 MPa~15 MPa以上；而在硬巖的掘進(jìn)中，刀具就要有優(yōu)良的抗沖擊性和耐磨性。 熱處理工藝和鍛造作為刀具加工生產(chǎn)工藝，對(duì)刀具使用壽命有重要的影響，工藝的不完整性會(huì)直接威脅到金屬材質(zhì)的內(nèi)部缺陷，如果刀具受到振動(dòng)、沖擊、壓力的作用，內(nèi)部的缺陷將造成微小裂紋，這一危害還會(huì)不斷地?cái)U(kuò)展和延伸，最終形成斷裂。對(duì)生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格控制，是提高刀具壽命的最好方法。刀具的密封也是

29、對(duì)刀具使用壽命影響主要原因之一，因?yàn)樵缙趯?duì)密封的破壞，使得刀圈偏磨、刀具軸承損壞、殼體損壞或是整個(gè)刀具總成的報(bào)廢，對(duì)刀具正確的密封，是一種保證滾刀壽命的重要方法。 總而言之，盾構(gòu)機(jī)的施工作業(yè)，在國(guó)內(nèi)還是初級(jí)的起步階段，伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，更多的穿越工程會(huì)選擇盾構(gòu)機(jī)形式，無(wú)論是怎樣的盾構(gòu)機(jī)施工，刀具的技術(shù)研究必定會(huì)成為盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。 通過(guò)對(duì)盾構(gòu)刀具的研究并實(shí)施技改措施而研制出的盾構(gòu)刀具，應(yīng)用于南京小松、廣州海瑞克、北京華隧通、日立、三菱、石川島、維爾特等盾構(gòu)機(jī)上取得了良好的效果，工程施工單位給予了極高的評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：我國(guó)在盾構(gòu)刀具的研究與制造技術(shù)水平方而又上了一個(gè)新的臺(tái)階，國(guó)產(chǎn)

30、盾構(gòu)刀具的綜合質(zhì)量性能完全達(dá)到了替代進(jìn)口盾構(gòu)刀具的水平，并在性價(jià)比上大幅度優(yōu)于進(jìn)口盾構(gòu)刀具.國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)刀具已開(kāi)始出口國(guó)外市場(chǎng)。 參考文獻(xiàn) [1]劉春光，劉晶，高偉賢.土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀具的布置[J].鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具.2011(01) [2]曾曉星，余海東，張凱之，王皓.盾構(gòu)機(jī)復(fù)合巖土層掘進(jìn)刀盤(pán)彎矩特性分析[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào).2010(01) [3]劉春光，劉晶，高偉賢.土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀具布置原則解析[J].礦山機(jī)械.2010(03) [4]王永喜.復(fù)合地層中盾構(gòu)機(jī)刀具磨損原因分析及更換案例[J].科技信息.2010(05) [5]夏曉中.盾構(gòu)刀具異常磨損及改進(jìn)研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù).2010(02) [6]陳閩杰，劉小波，賀石中.大型盾構(gòu)機(jī)主軸承潤(rùn)滑故障診斷與對(duì)策[J].潤(rùn)滑與密封.2010(05) [7]何小娥.盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)和刀具[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理.2010(05) [8]王梓晗.面板式盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)修復(fù)技術(shù)在砂卵石地層施工中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊).2010(05) [9]曹振生，莫忠華，彭仕云.淺談地鐵盾構(gòu)機(jī)試掘進(jìn)施工[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2010(13)