1)正常磨损
滚刀的正常磨损是指刀圈径向磨损量和刃宽磨损量基本相同。正常磨损是滚刀失效的最主要形式,一般发生在单一地层。正常磨损的滚刀更换新的刀圈后可正常使用,其寿命可得到最大化的使用,破岩效率最高,如图7-1所示。
图7-1 滚刀正常磨损
2)刀具偏磨
刀圈偏磨主要表现为刀圈径向各部位的磨耗程度不一致,在某一弦位置上持续磨损,如图7-2所示。这种情况常见于软弱不稳定地层或砂卵石地层,主要是由于滚刀的启动扭矩较高,或者砂卵石地层下开挖面过于松散,抗力不足,不能提供足够的转动力矩来平衡滚刀轴承的启动扭矩,在刀盘转动的同时,滚刀的轴承没有转动,刀圈没有转动且呈现单边受力磨损的状态。另一种情况是掘进参数设置不合理,在未加膨润土、泡沫剂的情况下长时间持续掘进。刀圈偏磨为纯滑动摩擦,偏磨磨损速度非常快,如果不及时更换刀圈,会造成刀体和轴承磨损,引发不可恢复的损伤。
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图7-2 滚刀偏磨
在盾构掘进过程中,刀圈出现偏磨而未及时发现和更换是极其危险的。滚刀的偏磨会造成相邻的滚刀因过载而提前失效,继而迅速向四周扩展,造成周围区域面积的滚刀整体出现损坏。
3)刀圈断裂和刀圈移位
滚刀向前滚动破岩推进的过程中,遇到地层突然变硬或是砂卵石时,存在非常高的瞬间力荷载和速度荷载,加上刀圈的材质硬度高且脆,导致刀圈局部过载产生应力集中而发生断裂。究其原因,是由于漂石的存在,安装半径大的滚刀以很大的速度冲撞在漂石上,滚刀受到过大的冲击荷载而产生刀圈断裂和刀圈移位,如图7-3所示。在滚刀刀圈已经发生均匀磨损和偏磨的情况下,更容易发生刀圈断裂。造成刀圈移位或脱落的主要原因是掘进参数取值不合理、刀圈装配质量不合格、刀圈在破岩时承受了很大的侧向力、岩渣磨损和卵石冲击而造成刀圈和刀体焊口断裂。
图7-3 滚刀刀圈断裂和移位
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