[00118744]高磨蚀地质滚刀适应性研究及应用

盾构/TBM掘进过程中刀具磨损及异常失效比重、刀具类型、结构与分布形式是决定破岩效率、施工安全性和经济性的主要因素。但盾构/TBM掘进过程中,切削刀具寿命、破岩效率、刀具更换时间占掘进比例高等方面仍存在许多问题,对施工进度和质量造成严重影响。因此,研究盾构/TBM高性能刀具的基础科学问题,发展新一代盾构/TBM 刀具技术,解决复杂地质状态下隧道施工“掘得动、掘得快”的国际性行业难题,变得尤为突出和紧迫,也体现了我国装备制造业的发展需求和国家目标。因此,中铁工程装备集团具有丰富的掘进装备制造及隧道施工经验的优势基础上,完成质量稳定、高效掘进的滚刀研制和应用,为更安全、更高效的隧道施工提供保障。本项目历经5年多的研究、试验、应用及产业化。突破了设计、制造及优化中的关键难题,研制出适用于“长寿命、高稳定、满足多种岩性、工况的隧道掘进的系列盾构机滚刀,实现了自主设计制造与产业化智能化流水线装配技术。项目以复杂地质条件下长距离高可靠性整刀结构设计,适应于高冲击高磨蚀岩性环境的刀圈耐磨增韧技术,刃口形状及启动扭矩地质适应等三项技术为核心,在刀圈材料耐磨相控制技术、基于碳平衡设计算法完成材料化学成分设计方法、喷射成形的非平衡态刀圈成形技术、非稳定奥氏体转变与控制相变技术、基于轴承游隙控制与累计误差弥合算法的装配与启动扭矩控制技术、基于岩性-刀圈性能映射函数的刀圈地质适应模型六个方面实现突破,解决了“掘不动、掘不快”的施工难题,提高了隧道掘进设备的利用率和掘进效率。项目研发期间申请国家专利10项（其中授权发明专利3项,实用新型专利4项,已受理发明专利3项）。先后荣获“中国铁路工程总公司科学技术二等奖（2016年）、衍生课题获中国铁路工程总公司科学技术一等奖（2019年）”。依托项目成果,自主研制的14吋~20吋系列化盾构/TBM滚刀先后应用北京、深圳、重庆等数十个城市地铁隧道建设及吉林、辽宁、新疆、甘肃、福建等十余个引水、铁路硬岩隧道项目建设,已累计掘进2000 余km;项目带来了显著的经济社会效益,目前公司已形成刀具智能化装配生产线1条,热处理生产线1条,具备年产10000余套滚刀产品能力。项目实施以来,近三年新增经济收入约3亿元,新增利润4265千万元。研究成果在多个掘进试验过程中, 实现了高效性、稳定性和耐磨性各指标均满足设计与施工要求,性能达到国际先进水平。