盾构机刀具磨损监测系统设计与开发

文/马强 孟祥波 魏晓龙 郭俊可 林福龙

（中铁工程装备集团有限公司 河南省郑州市 450016）

近年来随着国内地下空间开发的快速发展，大型隧道掘进机（盾构机）得到广泛应用，其中穿山跨河的硬岩TBM和大直径泥水盾构项目也陆续增多，此类设备多用于开挖围岩完整性较好、岩石硬度较大的地层，因此带来的一个突出问题就是刀具会快速磨损。

一般来说，盾构刀具尤其是刀具外缘材质为硬质合金，硬质合金具有较高的强度和硬度，耐磨性好[1]，但材料和工艺等决定其造价成本较高，需要尽可能物尽其用；施工过程中换刀或检查需要开仓或者带压进仓，该过程既影响工期又有一定危险性，且代价亦不菲[2]；以上决定施工过程中应尽可能减少换刀频次。但是盾构刀盘刀具整体设计决定每把刀有自己的轨迹，一旦其中一把刀出现类似崩刃等故障情况，会迅速影响相邻刀具，减少其使用寿命，进而影响刀盘整体和整个开挖面，最终严重影响施工效率和能源利用率带来一系列问题，因此当刀具出现故障时需及时更换。综合以上，一方面希望减少换刀频次，一方面故障时需要及时更换，这就需要对盾构刀具的磨损程度、磨损类型等情况进行实时检测，从而为是否需要换刀提供判断依据。

目前国内外在这方面的应用研究较多，有些已开发出成套系统，并实验性应用在一些隧道掘进机上，例如张厚美等[3]通过其他盾构掘进参数计算推导出刀具磨损状态，是一种预测方法；……