[发明专利]隧道盾构施工用滚刀刀圈

说明书

技术领域

本发明涉及盾构机刀具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种隧道盾构施工用滚刀刀圈。

背景技术

随着城市规模的不断发展和扩大，地铁已经成为解决大城市和特大城市交通问题的最优方式。现在全世界己有多个国家的多座城市修建了地铁，运营线路总里程已经达6000Km以上。虽然我国的地铁相比于西方国家起步较晚，但发展迅速，目前我国的地铁运营线路总里程已经达到3000Km左右，而且上海和北京的地铁运营线路里程已经位列城市排名的前两位，而且建设中以及筹划修建的地铁线路众多，发展势头强劲。

在地铁隧道施工方法中，盾构法采用盾构机利用盾壳抵御围岩压力的情况下，由刀盘切削前方土体并运至后续运输系统，通过顶推千斤顶的推力自行前进，同时由快速组拼成环的钢筋混凝土管片形成隧道主体结构。由于作业面位于底面以下，盾构施工具有以下优点：对周围环境影响较小，施工中不会引起地下水位降低，而且开挖引起地表沉降较小；掘进速度较快；隧洞成型质量较好；施工环境较好，机械化程度高，具有人性化，噪音小，施工中支护衬砌质量可靠且造价较低；施工穿越河道不受影响，受天气影响较小；在土质差水位高条件下建设埋深较大的隧道，有较高的技术经济优越性。尤其是在现代地铁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区，受限于城市地面空间条件，盾构施工几乎成了唯一的选择；在城市地下工程不断发展的今天，采用盾构法进行隧道施工越来越广泛，已经成为地铁隧道施工的主流技术。

虽然，目前盾构施工法已经在城市地铁建造的主流方法，安装在刀盘上的滚刀是全断面盾构机破碎岩石的主要刀具，而刀圈是安装在滚刀刀体上的可拆的刀刃，是滚刀磨损的主要部位。目前刀具磨损而导致的耗费在隧道施工中占据大约20~30%的费用，而且刀具磨损到一定程度后，必须更换新刀具，而刀具更换必然耽误隧道施工时间，根据不完全统计，刀具更换的时间占总施工时间的比例在约5~25%之间。目前，国产刀圈对磨蚀性强的岩石地段施工的使用寿命低，为此现有技术中通常通过渗碳处理等手段来提高刀圈表面的硬度以期来提高滚刀刀圈的耐磨损性。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种隧道盾构施工用滚刀刀圈。

为了解决发明所述的技术问题并实现发明目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明的隧道盾构施工用滚刀刀圈，包括圆盘形的刀圈本体，所述刀圈本体包括用于与刀毂焊接装配的台阶装配部以及用于切削的工作刃部，其特征在于：所述刀圈本体的外边缘通过等离子氮化形成有渗氮层。

其中，所述刀圈本体由硬质合金钢经过锻造和热处理工艺制备得到，并且所述硬质合金钢的元素组成中含有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，余量为Fe以及不可避免的金属杂质和非金属杂质。

其中，所述硬质合金钢的元素组成中含有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，余量为Fe以及不可避免的金属杂质和非金属杂质。

其中，[Cu]/[Mo]的比值在1.0~2.0之间，[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属杂质包括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，所述不可避免的金属杂质包括Ti、Zr和Al，并且Ti的含量≤0.02wt%，Zr的含量≤0.02wt%，Al的含量≤0.05wt%。

所述滚刀刀圈通过以下方法制备得到：首先，将合金原料组分进行配料，利用电弧炉冶炼和电渣重熔工艺制备钢锭，钢锭经过均质化处理后模锻并进行机加工，退火后得到刀圈本体毛坯；然后对刀圈本体毛坯进行软退火、等离子渗氮和热处理。

其中，所述等离子渗氮在含氮气的气氛中进行，并且处理温度为420~580℃，氨气流量为20~200sccm，处理时间为10~200分钟。

其中，所述热处理包括在1050~1100℃进行的高温淬火，并且随后在550~650℃进行的回火处理。

与最接近的现有技术相比，本发明所述的地铁施工用盾构机刀具具有以下有益效果：