[發明專利]隧道盾構施工用滾刀刀圈

有效

• 申請號: 201710020201.1
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106756592B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 孟志強;石志祥;朱巧芬;崔漢濤;劉德乾
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24;C22C38/22;C22C38/20;C22C38/04;C23C8/38;C21D1/18;C21D9/40;E21D9/08
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技術領域

本發明涉及盾構機刀具的技術領域，更具體地說，本發明涉及一種隧道盾構施工用滾刀刀圈。

背景技術

隨著城市規模的不斷發展和擴大，地鐵已經成為解決大城市和特大城市交通問題的最優方式?，F在全世界己有多個國家的多座城市修建了地鐵，運營線路總里程已經達6000Km以上。雖然我國的地鐵相比于西方國家起步較晚，但發展迅速，目前我國的地鐵運營線路總里程已經達到3000Km左右，而且上海和北京的地鐵運營線路里程已經位列城市排名的前兩位，而且建設中以及籌劃修建的地鐵線路眾多，發展勢頭強勁。

在地鐵隧道施工方法中，盾構法采用盾構機利用盾殼抵御圍巖壓力的情況下，由刀盤切削前方土體并運至后續運輸系統，通過頂推千斤頂的推力自行前進，同時由快速組拼成環的鋼筋混凝土管片形成隧道主體結構。由于作業面位于底面以下，盾構施工具有以下優點：對周圍環境影響較小，施工中不會引起地下水位降低，而且開挖引起地表沉降較小；掘進速度較快；隧洞成型質量較好；施工環境較好，機械化程度高，具有人性化，噪音小，施工中支護襯砌質量可靠且造價較低；施工穿越河道不受影響，受天氣影響較小；在土質差水位高條件下建設埋深較大的隧道，有較高的技術經濟優越性。尤其是在現代地鐵的隧道施工通常需要穿越建筑物高度密集的城市中心以及城郊地區，受限于城市地面空間條件，盾構施工幾乎成了唯一的選擇；在城市地下工程不斷發展的今天，采用盾構法進行隧道施工越來越廣泛，已經成為地鐵隧道施工的主流技術。

雖然，目前盾構施工法已經在城市地鐵建造的主流方法，安裝在刀盤上的滾刀是全斷面盾構機破碎巖石的主要刀具，而刀圈是安裝在滾刀刀體上的可拆的刀刃，是滾刀磨損的主要部位。目前刀具磨損而導致的耗費在隧道施工中占據大約20~30%的費用，而且刀具磨損到一定程度后，必須更換新刀具，而刀具更換必然耽誤隧道施工時間，根據不完全統計，刀具更換的時間占總施工時間的比例在約5~25%之間。目前，國產刀圈對磨蝕性強的巖石地段施工的使用壽命低，為此現有技術中通常通過滲碳處理等手段來提高刀圈表面的硬度以期來提高滾刀刀圈的耐磨損性。

發明內容

為了解決現有技術中的上述技術問題，本發明的目的在于提供一種隧道盾構施工用滾刀刀圈。

為了解決發明所述的技術問題并實現發明目的，本發明采用了以下技術方案：

本發明的隧道盾構施工用滾刀刀圈，包括圓盤形的刀圈本體，所述刀圈本體包括用于與刀轂焊接裝配的臺階裝配部以及用于切削的工作刃部，其特征在于：所述刀圈本體的外邊緣通過等離子氮化形成有滲氮層。

其中，所述刀圈本體由硬質合金鋼經過鍛造和熱處理工藝制備得到，并且所述硬質合金鋼的元素組成中含有0.46~0.55wt%的C、0.20~0.80wt%的Mn、1.5~3.5wt%的Cr、0.30~0.80wt%的Mo、0.32~0.80wt%的Cu、0.05~0.20wt%的V，余量為Fe以及不可避免的金屬雜質和非金屬雜質。

其中，所述硬質合金鋼的元素組成中含有0.48~0.53wt%的C、0.35~0.60wt%的Mn、1.8~3.0wt%的Cr、0.35~0.60wt%的Mo、0.35~0.60wt%的Cu、0.05~0.15wt%的V，余量為Fe以及不可避免的金屬雜質和非金屬雜質。

其中，[Cu]/[Mo]的比值在1.0~2.0之間，[Cu]表示Cu的重量百分比，[Mo]表示Mo的重量百分比。

其中，所述不可避免的非金屬雜質包括Si、N、S、P和O，并且Si的含量≤0.20wt%，N的含量≤0.010wt%，P的含量≤0.010wt%，S的含量≤0.010wt%，O的含量≤20 ppm。

其中，所述不可避免的金屬雜質包括Ti、Zr和Al，并且Ti的含量≤0.02wt%，Zr的含量≤0.02wt%，Al的含量≤0.05wt%。

所述滾刀刀圈通過以下方法制備得到：首先，將合金原料組分進行配料，利用電弧爐冶煉和電渣重熔工藝制備鋼錠，鋼錠經過均質化處理后模鍛并進行機加工，退火后得到刀圈本體毛坯；然后對刀圈本體毛坯進行軟退火、等離子滲氮和熱處理。

其中，所述等離子滲氮在含氮氣的氣氛中進行，并且處理溫度為420~580℃，氨氣流量為20~200sccm，處理時間為10~200分鐘。

其中，所述熱處理包括在1050~1100℃進行的高溫淬火，并且隨后在550~650℃進行的回火處理。

與最接近的現有技術相比，本發明所述的地鐵施工用盾構機刀具具有以下有益效果：