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15 刀具使用维护及更换
15.1 一般规定
15.1.1 地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。 15.1.2 在定购盾构机时，应充分考虑地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足地铁盾构施工的需要。
15.1.3 盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计划。
15.1.4 盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可能换刀位置。
15.1.5 施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀盘、刀具的寿命。
15.1.6 刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体振动状态等，分析其原因，采取应对措施。
15.1.7 应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。 15.1.8 地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。
15.2 刀盘及刀具的选择
15.2.1 刀头材质的选择
1 刀具一般采用真空烧制的E5类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是E5 两倍的所谓SINTER－H1P真空烧制的E3类钢材。
2 表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于HRC60；
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3 采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。 15.2.2 刀头种类及型状：
1 主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度；
2 主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。
3 鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。
4 盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。
5 仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。 15.2.3 刀具配置
1 增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量；
2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为20mm～30mm。
3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。
15.2.4 在地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。
15.3 刀具磨损的预测及检测方法
15.3.1 必须充分探讨刀头的耐磨耗性，事前预测磨耗量，制定切实可行的对策，以便施工能顺利进行。 15.3.2 刀具磨耗量的预测
最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算：
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δ＝K·π·D·N·L/V （15.3.2.1）
式中：δ——磨耗量（mm）； K——磨耗系数（mm/km）； D——盾构机的外径（m）； N——掘削的转数（rpm）； L——刀具切削长度（km）；
V——掘进速度（m/min）。
磨耗系数K多选用由实践得出的如表15.3.2.1所示的数值，但目前地层条件下尚无可靠数据，此表的数据仅作为参考。
磨耗系数一览表 表15.3.2.1
磨耗系数 土质 泥水式 淤泥粘土 砂质土 小砾 砂砾 中砾 大砾 5×109×10-3 土压式 12×1023×1026×1039×1052×10-3 -3 -3 11×1015×1019×10-3 -3 -3 -3 -3 -3
15.3.3 磨耗检测：一般，判断刀头的磨损程度，是根据盾构记录的推进数据的变化，从土质和机械两方面进行综合判断。条件具备时并用辅助性磨耗探测装置，常用的磨耗探测装置有油压式、电气式、超声波式等。
15.3.4 当经验不多，预计磨损严重时，可进行开舱检查。开舱检查必须在开挖面稳定的条件下进行。
15.4 降低刀盘磨损的施工工艺及换刀标准
15.4.1 选择合适的添加材改良材料(气泡、泥浆等)，并实施科学的施工管理，以
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降低刀盘刀具磨损；
15.4.2 适当调整掘进速度及转速等；
15.4.3 宜适时交替使用刀盘正、反转，并尽可能使正、反方向切削刀的切削长度相同。
15.4.4 在自立性好的地段可以采用适当的减压施工措施。
15.4.5 目前，刀具更换尚无统一的标准，作为参考值，一般磨损量达到2～5cm时须换刀。
15.5 换刀作业（舱）
15.5.1 开舱换刀应尽可能在预定地点进行，并做好开舱前的所有准备工作。换刀作业不得已在隧道进行时，必须进行化学加固、气压施工等辅助施工法，以确保开挖面稳定。为了施工安全、顺利地进行，应准备好应急措施。
15.5.2 换刀作业应清扫刀头上粘附的砂土，设置脚支架，确认需要更换的刀头，运入工具、器材，进行换刀作业。并作好换刀记录。 15.5.3 换刀作业程序
1 首先要对所换刀具进行检查，看是否有损坏或裂痕，磨损是否严重。 2 若确认需更换刀具，则在刀具运输过程中要注意，不应有严重碰撞及磨损。 3 每次更换时，工作人员先将刀具周围的泥土清掉，保证有一定的工作空间。再用套筒及加力杆卸下固定螺栓，注意不要让螺栓掉到土舱下部。将换下的刀具递到人闸，同时将固定螺栓和固定座用水清洗干净，还要检查一下是否有裂纹，如有裂纹必须更换新螺栓，以确保刀具有足够的固定强度。
4 将新的刀具按原来的位置安装好，将固定螺栓拧紧。
5 每次只能带一批刀具进舱，每批刀具换完后，把废刀具放进料闸，与此同时操作手转动刀盘。工作人员把下一批刀具送入土舱，再继续更换下一组刀具。
6 每换完一批后，由值班机械工程师检查安装质量，看是否有漏掉的或者没有固定好的。机械工程师确认无误后方可继续作业。更换速度按实际情况定，必须
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以保证施工安全和安装质量为前提。
7 在舱刀具更换作业过程中，土建工程师应密切注意开挖面的土质情况和地层中地下水的状况。当开挖面有异常情况时，应立即组织工作人员退出土舱，关好舱门。
8 在更换刀具过程中，所有的刀具都是通过旋松其固定螺栓进行拆卸，在更换刀具后要重新使用规定的紧固扭矩拧紧螺栓。 15.5.4 换刀时的注意事项：
1 根据刀具磨损情况来确定所需更换的部分刀具，不能随意更换某一部分，这样会造成新刀具的严重磨损，导致不必要的浪费，并且也不能达到要求的效果。
2 每次卸下刀盘的连接螺栓后，一定要注意清洗，避免螺栓螺纹损坏。 保证螺栓的安装强度。
3 刀具卸下后，检查螺栓是否有裂纹，如有马上更换。
4 整个焊接过程应注意舱的通风，确保舱工作人员新鲜空气的用量。 5 因舱环境潮湿闷热，焊工每班工作时间控制在4小时左右，保证焊工的工作效率和焊接质量，同时也保证人员的健康安全。
6 材料进出应避免碰坏损伤，人行通道位置管路需进行保护。
7 在一个循环的刀具更换完成后，机械工程师必须让所有人员撤离土舱进入人闸，待转完刀盘，观察开挖面无异常现象后，再继续进行检查、换刀作业。 15.5.5 在刀具更换过程中如需焊接则应注意下列事项：
1 根据机械工程师描绘的刀盘磨损情况，加工相应的焊接件，焊接件的材质必须与刀盘本体材质一致；
2 焊接前对刀盘焊接面用丙酮液进行清理，局部残留体应用角磨机打磨平整，以保证焊接质量；焊接过程中应保证焊接件焊缝四周均匀一致；
3 焊接件及焊缝四周用耐磨焊条加焊耐磨层； 4 焊接完成后方可进行刀座的焊接和刀具的安装。
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盾构刀盘磨损及刀具更换
