TBM、盾构盘形滚刀硬岩掘进的刃口磨损形状分析及优化对策.docx

TBM、盾构盘形滚刀硬岩掘进的刃口磨损形状分析及优化对策
一、研究背景及意义
在地铁、隧道等地下建筑施工中，洞壁的稳定性是一个至关重要的问题。因此，隧道掘进机（TBM）已成为施工中不可或缺的设备，它通过机械化方式掘进隧道，使原先需要由人工完成的较为危险的工作变得更加安全和高效。
然而，TBM的掘进速度及效率与硬岩难度有着直接关系，高难度硬岩会对机器的掘进速度、切削力和耐用度产生异常的影响。因此，对于硬岩掘进过程中TBM刀具磨损和切削效果的研究是非常有必要的。本文在此基础上，分析研究了TBM刀具的磨损特征及其造成的原因，并提出了优化对策。
二、刃口磨损的分析
在TBM掘进硬岩时，断层、节理、脏物、抛石等因素都会对掘进产生影响，具体表现为对刃口的磨损和损坏。这些因素同时导致了TBM刀具的寿命降低，并影响着TBM掘进的质量和效果。例如，土壤和岩石的硬度、弹性模量、裂纹颗粒大小等的不同，都会对刀具的磨损产生影响。
1.TBM刀具表面磨损的特征
TBM刀具表面的磨损特征通常可以通过扫描电子显微镜来观察得到。在高硬度的夹杂物的影响下，会导致较明显的切削和磨损，特别是在刀具表面的轴向位置。当硬度高时，TBM掘进将会更加困难，并且导致切削力的增加，这可能导致刀具的磨损和损坏。此外，刀具的表面粗糙度会影响切削质量和性能。
2.刀具的损坏类型
在TBM刀具使用期间，可能会出现各种类型的损坏，常见的损坏类型包括断裂、疲劳、磨损、过热和变形等。例如，在硬质岩石中，TBM的刀具的尖端可能会出现断裂，因为尖端在接触岩石时所承受的力量过于强大。另外，在削除高硬度硬岩的过程中，TBM刀具表面以及侧面都会产生不同的磨损程度，甚至在极端情况下，在内部硬岩过度磨损时会崩解成碎片。这些损坏类型降低了TBM刀具的使用寿命，使搭配的二次修复和更换刀具的成本增加，所以需要找到优化对策来减少刀具损坏类型的发生。
三、优化对策
在进行TBM硬岩掘进时，为了减少刀具的磨损，我们可以借助以下的优化对策：
1.确保刀具的材质
刀具需要承担压力和高速旋转的WORKLOAD，因此需要确保刀具的材质具有足够的硬度和耐磨性。硬度越高，可以更快地减少摩擦面和硬度差别较大的硬质物质之间的接触，通过降低整体磨损的速度减轻对TBM刀具的磨损，增加刀具的使用寿命，降低维护成本。
2.优化刀具的设计和制造
在TBM刀具的设计和制造过程中，需要综合考虑多个因素，如材料强度、形状和刃口的角度等。针对不同的岩石种类，需要采用不同硬度和结构的刀具，以适应加工面硬度的变化。此外，增加刀具的翼数和切削齿数的比例，可以增加对硬质物质的抗磨损能力。
3.优化掘进参数的设置
掘进参数的设置也直接影响TBM刀具的磨损情况。例如，选取合适的转速和推力，可以降低TBM刀具与岩石表面的摩擦力，减少刃口的磨损。此外，在掘进时需要严格控制进给速度以及使切削负荷在TBM刀具上均匀分布的集中掘进模式，以提高TBM刀具的使用寿命和切削效率，避免切削过度磨损导致刀具的磨损。
四、结论
通过本文的研究，可以看出，在TBM切割硬质岩石的过程中，由于多种原因的综合影响，TBM刀具表面会出现各种类型的磨损，如裂纹、疲劳、齿面磨损、变形和过热等，这些原因导致的磨损越大，对TBM刀具的寿命和掘进效率的影响就越大。因此，在TBM切割硬质岩石的过程中，我们可以通过材料的选取、优化刀具的设计和制造、优化掘进参数的设置等三个方面来减少刀具的磨损和损坏类型的发生，提高TBM刀具的使用寿命和切削效率，降低维护成本。