硬岩TBM（全断面隧道掘进机）在硬岩地层中掘进时，刀具的合理磨损范围受到多种因素的影响，以下是一些主要的考量因素及相应的磨损范围情况： 一、刀具类型与设计 1. 盘形滚刀    - 刀圈磨损：对于盘形滚刀，刀圈是直接与岩石接触并参与破岩的关键部件。在正常硬岩掘进情况下，刀圈的磨损量一般控制在15 - 30mm范围内较为合理。如果磨损量小于15mm，可能意味着刀具未充分发挥其破岩能力，存在过早更换刀具的可能性，增加施工成本；而当磨损量超过30mm时，刀具的破岩效率会显著降低，并且容易出现刀圈破裂等故障，影响掘进安全和进度。    - 轴承磨损：盘形滚刀的轴承磨损也是一个重要指标。正常情况下，轴承的磨损应保证其游隙增加量不超过初始游隙的30% - 50%。例如，若初始游隙为0.2mm，那么掘进过程中轴承游隙增加量不应超过0.1 - 0.15mm。超过这个范围，轴承的运转精度会下降，导致刀盘振动加剧，进一步加速刀具磨损，同时也可能影响刀具的破岩能力。 2. 辅助刀具（如刮刀等）    - 刃口磨损：刮刀主要用于刮削岩石表面或在岩石裂隙间进行切削。其刃口的合理磨损范围通常为5 - 15mm。当刃口磨损小于5mm时，刮刀可能未得到充分利用；若磨损超过15mm，刮刀的切削效率会大幅降低，并且可能无法有效地清除岩石碎屑，影响掘进的顺利进行。 二、岩石特性影响 1. 岩石硬度    - 在硬度较高（抗压强度大于200MPa）的硬岩地层，如花岗岩，刀具的磨损速度相对较快。对于这种情况，刀具磨损范围的下限应适当提高，例如刀圈磨损下限可提高到20mm左右，以确保刀具在高磨损风险下仍能保持有效的破岩能力。    - 在硬度稍低（抗压强度在100 - 200MPa）的硬岩地层，如砂岩，刀具磨损相对较慢，磨损范围的上限可以适当放宽，但一般也不宜超过上述正常范围太多。 2. 岩石完整性和结构    - 如果硬岩中存在较多裂隙或破碎带，刀具在切削过程中受到的冲击力较大，这会加速刀具磨损。在这种地质条件下，刀具磨损范围的下限应更接近上述范围的上限，以保证刀具在复杂受力情况下的破岩效果。例如，刀圈磨损量接近30mm时就应考虑更换，以避免刀具突然损坏。 三、TBM掘进参数 1. 刀盘转速和推进力    - 当刀盘转速较高且推进力较大时，刀具磨损速度加快。在这种情况下，刀具磨损范围的上限应适当降低。例如，刀圈磨损量达到25mm时就需要密切关注，可能需要提前更换刀具，以防止刀具过度磨损导致的掘进效率降低和设备故障风险增加。    - 相反，如果刀盘转速和推进力相对较低，在确保掘进效率的前提下，磨损范围的上限可以接近正常范围的上限，但也要注意不能因为追求刀具的长寿命而过度降低掘进效率。 四、施工安全与效率的综合考虑 1. 安全因素    - 从施工安全的角度出发，刀具磨损接近上限时，即使还未完全超出上述合理磨损范围，也应考虑提前更换刀具。因为过度磨损的刀具更容易发生故障，如刀圈破裂、刮刀折断等，这些故障可能引发一系列安全问题，如刀盘损坏、隧道塌方等。 2. 效率因素    - 在考虑掘进效率时，刀具磨损到一定程度后，破岩效率会明显下降。一般当刀具磨损达到合理磨损范围的中上限时，就需要评估是否继续使用该刀具对掘进效率的影响。如果继续使用会导致掘进速度大幅降低，即使还未达到磨损上限，也应及时更换刀具。