李永朝

（中铁十四局集团隧道工程有限公司，济南 250013）

1 研究背景

盾构掘进机因具有稳定、高效、安全等优点被广泛应用于地下空间工程建设[1-2]。刀具是盾构机切削破碎岩土的关键部件，其切削性能和使用寿命直接决定了盾构机的掘进效率[3]。刀具按其切削作用方式可以分为滚压式刀具和切削式刀具。滚压式刀具为盘形滚刀，根据刀刃数量可以分为单刃滚刀和双刃滚刀。按刀刃结构，滚压式刀具还可以分为普通圆刃滚刀和镶齿滚刀等。切削式刀具主要为切刀、边缘刮刀、中心刀和先行刀等[4]。

盾构机施工地质环境复杂多变，导致刀具在使用过程常出现多种失效，影响工程进度。刀具的使用寿命是影响盾构机整体施工效率和工期的核心因素。据统计，盾构机刀具失效损耗费用占总施工费用的1/5～1/4，极端工况下刀具损耗费用可达总费用的1/3。此外，因刀具检查、更换和维修等情况所耗的时间约占总施工时间的1/3[5]。可见，针对施工地质分析盾构机刀具失效成因，并提出相应的改进措施，是提高盾构机掘进效率、降低施工成本的重要措施。在刀具失效分析方面，国内外学者进行了诸多研究。例如：REN等[6]指出工程中滚刀失效形式主要有正常磨损、弦磨、崩刃和刀圈断裂等；吕丹[7]分析了盾构机切刀磨损机理和磨损影响因素。这些研究对于盾构机刀具失效的研究主要集中于刀具磨损机理方面，研究重点为地质参数、刀具性能和掘进参数对刀具磨损的影响规律[8-9]。……