盾构刀具布置分布形式
盾构机刀具选型及布置
图2 盘形滚刀破岩示意图
刀具之间的间距是刀具布置轨迹确定的重要因 素。根据图2所示，设盾构上的第i和第i+1把盘形滚刀 在刀盘推力作用下切入岩石深度为h。则当刀盘旋转一 周，盘形滚刀的切削深度为h，则L为：
L = 2htanθ 要使同一安装半径上的盘形滚刀在刀盘每转一周 的切深相等，且破岩量相同，则两盘形滚刀之间不允 许形成累积岩脊，即刀盘转动多周(两周及以上)而未出 现连通的岩脊。可表示为：
5 应用实例
应用于珠三角穗莞深城际轨道交通建设的φ8780 土压平衡盾构机，工程地质条件是以粉砂质泥岩、粉 质粘土及砾砂岩为主的复合式地层，岩石的天然单轴 极限抗压强度最高值为200MPa。在盾构机刀盘的设置 上既考虑了对硬岩高强度的开挖，也兼顾了泥岩粘性 对盾构机掘进的影响，根据表1与表2中各类刀具对不 同地质情况的适用性，对该地区的盾构刀具采用滚刀 与切削刀的组合刀具如表5所列。
࠰ާᐳ㖞儈ᓖ 160mm 140mm 175mm 140mm 175mm 140mm
儈ᓖᐞ 20mm 35mm>25mm 35mm>25mm
4.4 刀具磨损 在盾构掘进中，刀具磨损是不可避免的，各类刀
具根据使用方式的不同产生的磨损情况也有所区别。 刀具磨损后将导致相邻刀具之间所受推力的不平
衡，而这种不平衡力有时可能是承受正常受力的10 倍，增加刀具的损坏概率。同时，由于刀具磨损后与 岩石接触面积增大，引起刀具对岩石的挤压应力减 小，降低掘进效率。
Key words: cutter; cutter configuration; altitude of cutters; cutter wear
1 引言 近年来，随着科学技术的不断发展，人们可利用
的地上空间越来越少，对地下空间的开发逐渐成为国 内外各大城市的重要目标。隧道掘进机是最主要的地 下空间开发工具，是集机械、电气、自动化控制、光 学等多学科综合技术为一体的成套设备。
盾构机刀盘的控制特点及布刀方式
盾构机刀盘的控制特点及布刀方式发表时间：2019-05-27T10:50:29.933Z 来源：《电力设备》2018年第35期作者：彭伟杨[导读] 摘要：随着国家对铁路和地铁的大力建设，盾构机已成为隧道挖掘过程中的不可缺少的工具，目前国内对盾构机的研究相对落后，而刀盘作为盾构机中的关键部件，其挖掘性能的好坏将直接影响到盾构机的掘进效率和刀盘的寿命。
(广东华隧建设集团股份有限公司广东广州 510000) 摘要：随着国家对铁路和地铁的大力建设，盾构机已成为隧道挖掘过程中的不可缺少的工具，目前国内对盾构机的研究相对落后，而刀盘作为盾构机中的关键部件，其挖掘性能的好坏将直接影响到盾构机的掘进效率和刀盘的寿命。
为了能够让盾构机更好地服务铁路工程，本文通过分析刀盘以及布刀的方式，让大家对盾构机有更深入的了解，也为后期盾构机的深入研发提供理论基础。
关键词：盾构机；刀盘；布刀方式随着隧道工程以及城市地铁等地下工程的发展，盾构机已经成为我国城市建设不可缺少的开挖设备。
刀盘作为盾构机挖掘主要工作，影响盾构机的挖掘定向、寿命、效率以及可靠性。
盾构机作为地下开挖设备的主要工作，面对不同的地质有不同的挖掘方式，示如硬质地层、粘土类地层等，这些不同种类的地层直接决定盾构机的布刀方式以及刀盘选择的类型，所以我们在进行盾构机挖掘时，要掌握好相关的性能，做好对盾构机的研究。
一、刀盘与刀具的结构盾构机刀盘的结构影响盾构机的挖掘定向与工作的性能，而刀盘结构又与几何参数、力学参数有关，所以我们要做好相关的资料调查，为盾构机的工作开展打好基础。
刀盘是盾构机掘进的关键部位，一般采用钢结构焊接而成，具有开挖土体、稳定撑子面、搅拌渣土等功能，目前的刀盘可以分为轮辐式、面板式以及轮辐面板式。
刀盘开口率主要指开口面积在整个刀盘面积中所占的比例，开口率的大小直接决定了刀盘掘削土砂的难易度，实际工程中刀盘开口率多采用百分之十到百分之七十，这一组数值是根据刀盘在单位时间内排除土砂量多少而得出的，这一数值大于或等于刀盘的切削量。
盾构刀具布置分布形式
盾构机刀具配置盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。
本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理，同时针对不同的地层情况，提出刀具的具体配置方式。
针对盾构机在复合地层隧道掘进，解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。
结合工程实例，在砂卵石地层中（尤其是含大直径漂石）长距离隧道掘进的工况下，提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。
最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。
1 、引言盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容，其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。
2 、刀具种类和切削原理2.1、切刀（齿刀，刮刀）切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽的两侧，其切削原理是盾构机向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，在刀盘的转动下，刀刃和刀头部分插入到地层内部，不断将开挖面前方土体切削下来。
切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。
2.2、先行刀（超前刀）先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。
先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。
先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好的切削条件。
先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高。
采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。
在松散体地层，尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。
2.3、贝型刀贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体屑松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。
将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石。
2.4 、中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀）在软土地层掘进时，因刀盘中心部位不能布置切刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀（羊角刀），一般鱼尾刀超前600 mm左右。
盾构机刀具选型及布置
盾构机刀具选型及布置作者：吴艳华刘德全盛少琴来源：《广东造船》2013年第01期摘要：从工程上看，盾构系统最重要的部分在于刀具的选用和布置，刀具是否适用于工程地质条件将直接影响盾构机的掘进效果。
本文从盾构机刀具类型、刀具配置以及刀具布置需要考虑的各项因素，分析盾构机刀具的选型和布置。
关键词：刀具；刀具布置；刀具高度；刀具磨损1 引言近年来，随着科学技术的不断发展，人们可利用的地上空间越来越少，对地下空间的开发逐渐成为国内外各大城市的重要目标。
隧道掘进机是最主要的地下空间开发工具，是集机械、电气、自动化控制、光学等多学科综合技术为一体的成套设备。
在整个盾构设备系统中，刀盘刀具是能否成功掘进的关键，是影响掘进性能的决定性因素。
其中，刀具的配备和布置需要根据地质条件和施工要求进行合理设计，属于复杂的工程系统设计问题，对刀具布置技术的研究具有重要的工程意义。
针对这一情况，本文对复合地质下的刀具选型及布置进行了相应的分析和优化，以实现对复合地层开挖的性能要求。
2 刀具类型刀具是盾构设备的开挖部件，在不同岩土体条件下，盾构刀具也有所不同。
目前常用的盾构刀具大体可分为：滚动类刀具和切削类刀具。
其中切削类刀具又包括切刀、刮刀、先行刀等。
2.1 滚动类刀具刀具在随刀盘转动的同时，还作自转运动的破岩刀具统称为滚动刀具，又称为滚刀。
滚动刀具均是通过滚动和滑动产生的挤压、剪切、研磨等达到破岩的目的。
根据刀具形状的不同滚刀又分为：齿形滚刀（钢齿和球齿）、盘形滚刀（钢刀圈滚刀和球齿刀圈滚刀），如图1所示。
a：钢齿滚刀 b：球齿滚刀 c：钢刀圈滚刀 d：球齿刀圈滚刀图1 滚动类刀具形状根据安装位置不同分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔滚刀。
目前常用的滚刀类型为盘形滚刀。
盘形滚刀根据刀刃数分为单刃滚刀、双刃滚刀和多刃滚刀。
根据刀刃外径的大小又分成13、15、17、19等不同规格，目前主要使用的是17系列滚刀。
不同刃数滚刀的使用范围各不相同，见表1。
盾构机刀具布置方法
CFHI2020年第4期（总196期）**************刀具的设计和布置在盾构机设计中是非常重要的内容。
刀具种类的选择与布置方式是否适合于工程地质条件，直接影响着盾构机的刀盘切削速度、出土效果和掘进速度，甚至很大程度上影响施工的经济性和工程进度。
本文以在粘土、沙土等软土地层中使用的土压平衡式盾构机为例，介绍刀具布置的原则和方法。
1刀具选择切削刀具应根据工程地质和水文地质条件、盾构外径、掘进速度、施工总长度等选择和配置，刀具的布置应满足刀盘正反转工作及全断面切削的具体要求。
切削刀对开挖面土体产生轴向剪切力、挤压力和圆周向切削力，通过旋转不断对开挖面前方土体进行切削，切削型刀具一般适用于粒径小的砂卵石、砂土、粘土等松散体地层[1]。
先行刀可增加切削土体的流动性，降低切刀的切削扭矩，提高切削效率，并减少刀具的摩擦损耗；中心刀通过挤压使前方岩土破碎，还可通过刀具刃口，对前方岩土进行切削；仿形刀沿着刀盘径向安装，可以超挖出一个圆形轨迹，在刀盘的带动下旋转，也可以在刀盘旋转过程中调整向外伸出、收缩的大小，在局部范围上实现超挖，形成一个椭圆切削形态，可减轻对岩土的扰动，减小地面沉降量；为了减小刀盘旋转工作时岩土对刀盘外周的磨损而设置有外周磨损刀具。
综合各种刀具特点并根据土壤及岩性条件，笔者选择配备切削刀、先行刀、贝壳刀、中心刀、加泥孔保护刀、外周磨损刀具及超挖刀等刀具（见图1）。
2刀具数量的确定工程实践表明，盾构机的刀盘外圈刀具的磨损量由下式得到[2]δ=πKDLn dv（1）式中：δ—磨损量（mm ）；K —磨耗系数（mm/km ）；D —盾构刀盘外径（m ）；n d —刀盘的转动速1.一重集团大连工程技术有限公司高级工程师，辽宁大连1166002.一重集团大连核电石化有限公司高级工程师，辽宁大连116600盾构机刀具布置方法许永强1，周凤革2摘要：根据工程指标和水文地质特性对刀盘切削功能的要求确定刀具种类；根据刀具磨损等寿命原则，采用磨损系数法，确定沿半径方向刀盘辐条上刀具的布置数量；考虑对刀盘的对称性和稳定性的影响，刀具采用多条螺旋线的布置形式。
盾构关键部件介绍--刀盘
翻转刀盘，将板过渡板与大圆 环 点焊；
在大圆环上气割出组装单刃滚 刀
刀箱和边缘刮刀位置的缺口， 并 修磨需焊接位置； 焊接工艺参数：ER50-6，φ1.2， I=240～330A，U=2433V,
L=15～20L/MIN；
焊接时严格控制层间温度150 ～ 250 ℃。
翻转刀盘：刀箱与大圆环组装、 点焊；点焊后均匀加焊；此类焊缝为 Ⅱ级焊缝；然后将其余前主体部分板 按图位置点焊，焊接；焊接时要求保 持对称焊接，以减小焊接过程中引起 的变形；在以变形的地方要求加辅助 支撑。
刀盘主体结构焊接完成后需要经过去应力处理：铸造支腿需要经过 时效处理；焊接支腿结构形式刀盘需要经过退火处理。 在机加工之前需要进行喷砂、喷漆处理。 刀盘转加工
9、刀座焊接
焊接பைடு நூலகம்需调整刀
盘水平；刀座焊 接需要刀具工装， 刀具工装与刀盘 体组装后，要求 工装位置调至水 平、工装轴心与 刀盘轴心一致。
刀盘与切口环对齐，适用范围居中。
刀盘与前盾间隙为 30mm，刀盘厚度与土 舱长度有关。
4、刀盘支承方式
刀盘支承方式可分为中心支承式、中间支承式、周边支承式三种。 支承方式与盾构直径、土质对象、螺旋输送机、土体粘附状况等因 素有关。
刀盘不同支承方式的性能对比表
5、刀具
刀盘上配置有不同类型刀具，使盾构机能适应软土到硬岩各种地层的掘进。 滚压类刀具：单刃滚刀、双刃滚刀、三刃滚刀等。 切削类刀具：切刀、刮刀、齿刀、保径刀、超挖刀、中心鱼尾刀、贝壳刀等。
4、支腿焊接
焊缝需求等级为Ⅰ级焊缝； 支腿焊接需要辅助支撑加固； 焊前预热，预热温度为150～200℃ 焊接工艺参数：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=24～33V,L=15～ 20L/MIN；控制层间温度100～250℃；
浅谈盾构机刀具的种类及其配置方式
浅谈盾构机刀具的种类及其配置方式作者：李健敏来源：《中国新技术新产品》2015年第17期摘要：在盾构法隧道穿越过程中，盾构机的刀具是盾构开挖的主要工具，且刀具的好坏决定了整个掘进过程。
所以选择正确的刀具，并在刀盘上对其进行合理布置是至关重要的。
本文着重介绍了刀具的种类及其配置方式。
关键词：盾构机；刀具；刀具配置中图分类号：U455 文献标识码：A一、刀具种类刀具是盾构机重要的部件，其直接影响着盾构施工进度。
所以必须根据工程地段岩石的不同强度和地质特点以及刀具在不同岩石中表现出的破岩机理来对刀具进行设计和选择。
为了适应从软土到硬岩不同地层的开挖，目前设计出多种刀具与之适应。
盾构机刀具类型分为两大类：滚刀和切削刀。
而切削刀的种类繁多，包括：切刀、齿刀、边刮刀、先行刀、仿形刀、鱼尾刀。
其中，滚刀和齿刀的刀座形式相同，根据不同的地质类型，两种刀具可以互换。
1 滚刀。
滚刀用于掘进纯岩地层；伴有大粒径的砾石（粒径大于400mm）并且含量达到一定比例的松散地层；岩石（强度不是太高）与一般土体（松土或砂土）交错频繁出现的复杂地层。
采用滚刀破岩时，其破岩原理是：刀盘旋转带动刀具扫过开挖面，此时滚刀挤压周边的岩石，使其表面形成裂纹继而与开挖面脱落，使得岩石成功破碎。
滚刀按刀具形状的不同分为：盘形滚刀和齿形滚刀；而根据安装位置不同分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔滚刀；按照刀圈的数量分为单刃滚刀、双刃滚刀和三刃滚刀。
在风化的砂岩和泥岩等软岩地层时，一般采用双刃滚刀；在较硬岩中采用单刃滚刀。
2 切刀。
切刀是盾构机切削开挖面上体的主刀具。
切刀用于开挖非岩质或软土地层；粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。
切刀在切削和剥离土体时，其切削原理是：盾构机向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，使得切刀的刀刃和刀头插入到地层内部，从而不断将土体切削下来。
盾构机刀具布置技术及应用
盾构机刀具布置技术及应用盾构是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备，它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。
刀盘是盾构机的关键部件之一，是盾构主要工作部件。
盾构在地下开挖中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。
在开挖中刀盘受力复杂，工作环境恶劣，是需要重点检查和维修的部位。
刀盘结构关系到盾构的开挖效率、使用寿命及刀具费用。
盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的关系，不同的地层应采用不同的刀盘结构形式，盾构刀盘设计是盾构关键技术，采用合适的刀盘类型是盾构顺利施工的关键因素。
1 土压平衡盾构刀盘的主要功能土压平衡盾构结构见图1，这种盾构把由刀盘挖下的土块和流进盾构的地下水封闭在密封的隔舱内，以此来平衡开挖面地层压力，防止土层崩塌。
废土通过盾构的螺旋输送机连续向后部排放，同时还可以通过调节螺旋输送机转速，来控制排土量以及控制密封隔舱中的泥土压力来达到与掌子面土体压力相平衡。
因此刀盘主要功能有：开挖功能：对掌子面的地层进行开挖，开挖后的渣土顺利通过渣槽，进入土舱；稳定功能：支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能；搅拌功能：对土舱内的渣土进行搅拌，使渣土具有一定的塑性，能通过螺旋输送机来调整控制土舱内的压力。
2 刀具工作原理对于不同地层的开挖，盾构的刀具采用不同型式：开挖地层为硬岩时，采用盘形滚刀；地层为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀（或刮刀）。
不同类型刀具的工作原理如下：滚刀工作原理如图2，安装在刀盘上的盘形滚刀在盾构千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。
盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆。
当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，掌子面上岩石被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
盾构机刀具配置盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。
本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理，同时针对不同的地层情况，提出刀具的具体配置方式。
针对盾构机在复合地层隧道掘进，解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。
结合工程实例，在砂卵石地层中（尤其是含大直径漂石）长距离隧道掘进的工况下，提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。
最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。
1 、引言盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容，其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。
2 、刀具种类和切削原理2.1、切刀（齿刀，刮刀）切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽的两侧，其切削原理是盾构机向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，在刀盘的转动下，刀刃和刀头部分插入到地层内部，不断将开挖面前方土体切削下来。
切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。
2.2、先行刀（超前刀）先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。
先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。
先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好的切削条件。
先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高。
采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。
在松散体地层，尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。
2.3、贝型刀贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体屑松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。
将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石。
2.4 、中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀）在软土地层掘进时，因刀盘中心部位不能布置切刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀（羊角刀），一般鱼尾刀超前600 mm左右。
鱼尾刀的设计和配置方式如下：其一让盾构分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位小圆断面土体，而后扩大到全断面切削土体，即将鱼尾刀设计与其它切刀不在一个平面上，即鱼尾刀超前切刀布置，保证鱼尾刀最先切削土体；其二是将鱼尾刀根部设计成锥形，使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来的土体，在切向、径向运动的基础上，又增加一项翻转运动，这样既可解决中心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性和搅拌效果，又大大提高盾构整体掘进效果。
在纯硬岩地层掘进时，到盘中心位置布置双刃或三刃滚刀。
2.5、仿形刀（或超挖刀）盾构机一般设计两把仿形刀(一把备用)，布置在刀盘的边缘上。
施工时可以根据超挖多少和超挖范围的要求，从边缘径向伸出和缩回仿形刀。
仿形刀伸出最大值一般在70～150mm之间。
盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削土体创造所需空间，保证盾构机在超挖少、对周边土体干扰小的条件下，实现曲线推进和顺利转弯及纠偏。
2.6、滚刀和刮碴板在纯硬岩地层掘进时，采用滚刀破岩。
滚刀破岩的原理是依靠刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。
滚刀的类型、数量、布置方式、位置、超前量根据岩层的强度和整体性、掘进距离、含砂量等特点确定。
穿越松散地层但有大粒径的砾石(粒径大于400mm)、并且含量达到一定比例时，也可采用滚刀型刀具。
在隧道地质条件复杂多变、岩石(强度不算太高)与一般土体(或粘土或砂土)交错频繁出现的情况，也有可能采用滚刀型刀具，即在复合式盾构机中采用2.6.1 、滚刀分为齿形（球齿、楔齿）滚刀和盘形滚刀2.6.2 、滚刀刀圈的材质是滚刀能否胜任掘进硬岩的关键。
盘形滚刀根据刀圈不同一般有以下4种类型(1)耐磨层表面刀圈：适用于掘进硬度40MPa的紧密地层，硬度80～100MPa的断裂砾岩、砂岩、砂粘土等地层。
(2)标准钢刀圈：适用于掘进硬度50～150MPa的砾岩、大理石、砂岩、灰岩地层。
(3)重型钢刀圈：适用于掘进硬度120～250MPa的硬岩，硬度80～150MPa的高磨损岩层，如花岗岩、闪长岩、斑岩、蛇纹石及玄武岩等地层。
(4)镶齿硬质合金刀圈适用于掘进硬度高达150～250MPa的花岗岩、玄武岩、斑岩及石英岩等地层。
2.6.3 、刮碴板的作用是将滚刀破碎的岩碴，及时排出，防止滚刀对岩碴的二次破碎，保护滚刀。
前刮碴板主要铲装刀盘前方的落碴，铲装量大，磨损较快，后刮碴板主要铲装下护盾推进中从隧道底部堆积起来的碴石，铲装量小，磨损较小。
3 、刀具配置方式刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况，进行针对性设计，不同的工程地质特点，采用不同的刀具配置方案，以获得良好的切削效果和掘进速度。
根据地质条件特点，可以大致分为四种地层：软弱土地层；砂层、砂卵石地层；风化岩及软硬不均地层；单纯的纯硬岩地层。
3.1、软弱土地层如南京、上海、杭州等地，其地质条件主要以淤泥、粘土和粉质粘土为主，在软弱土地层一般只需配置切削型刀具，如：切刀、周边刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。
以南京地铁盾构为例，刀盘采用面板式结构，装有1把鱼尾形中心刀，120把切刀，16把周边刮刀及1把仿形刀。
切刀安装在开口槽的两侧，覆盖了整个进碴口的长度。
刮刀安装在刀盘边缘。
由于刀盘需要正反旋转，因此切刀的布置也在正反方向布置，为了提高切刀的可靠性，在每个轨迹上至少布置2把。
在周边工作量相对较大，磨损后对盾构切口环尺寸影响较大，在正反方向各布置了8把刮刀。
考虑到刀盘的受力均匀性，刀具布置具有对称性。
刀具安装采用螺栓固定，便于更换。
在切刀或刮刀的刃口和刃口背面镶嵌有合金和耐磨材料，以延长刀具的使用寿命，切刀的破岩能力为20MPa，可以顺利地通过进出洞端头的加固地层。
3.2 、砂层、砂卵石地层如北京、成都其地质条件主要以砂，卵石地层为主，如遇到粒径较大的砾石或漂石，应配置滚刀进行破碎。
在砂层、砂卵石地层施工时，需设置（宽幅）切刀、周边刮刀、先行刀（重型撕裂刀）、中心刀、仿形刀等刀具。
4 、刀具配置的差异性在复合地层施工中，刀具配置的差异性主要表现在滚刀和先行刀的配置数量和刀具的高度、组合高度差等方面。
例如，海瑞克公司刀盘滚刀和固定先行刀高出面板175mm和140mm，三菱公司刀盘滚刀和固定先行刀高出面板90mm和70mm。
两种刀具的高差为35mm和20mm，前者的设计较好，具体表现为刀具高对防止泥饼的形成有利，高度差大有利于破岩。
滚刀的刀间距过大和过小都不利于破岩，间距过大，滚刀间会出现“岩脊”现象，间距过小，滚刀间会出现小碎块现象，降低破岩功效。
在复合地层中周边滚刀的间距一般小于90mm，正面滚刀的间距为100～120mm（参照国内外施工实例，岩石强度高时，滚刀的间距应控制在70～90mm的范围内比较合理）。
5、复合地层中刀具配置的“矛盾”现象硬岩地层只需滚刀，但有时必须安装切刀（或刮碴板），切刀在破硬岩过程中几乎没有作用，由于贯入度和高度差的原因，产生瞬间冲击荷载，切刀被磨平或被崩断。
在复合地层中，有些砂、卵石地层或同一断面中有硬岩和软岩，所以刀盘必须配备切刀和先行刀以对应非硬岩的需要。
同理，在软岩和软土地情况下，本不需安装滚刀，但在由于可能存在部分硬岩，又必须安装滚刀，导致滚刀严重损坏，失去破岩功能。
6 、砂卵石地层中（尤其含大直径漂石）长距离隧道掘进的工况下，刀具配置新的设计理念和思路北京地铁9号线06标段，盾构单线隧道长度约为1238m，地层主要为卵石层、圆砾层、强风化～中风化砾岩层、强风化粘土岩，局部为粉质粘土层和细砂层。
开挖面围岩不稳定，粘土岩和强风化砾岩的单轴抗压强度为0.3～2.0Mpa，为极软岩。
详勘报告中推测大于400mm粒径卵石含量为15%～40%，隧道附近基坑内有1500×2000mm漂石，不排除有粒径更大的漂石存在，且随机分布。
随机取样卵石和砾石的单轴抗压强度为120～187 Mpa，石英和长石含量为70%～95%。
盾构厂家针对本标段的地层在刀具配置方面提出了新的设计理念和思路。
为了使刀具能够充分发挥作用，盾构机设计使用了3130 mm大直径轴承，配备了1200kw的驱动动力，使刀盘的托困扭矩为774t.m，转速可达0～3.2rpm，同时在刀盘面板和周边焊接碳化铬超硬耐磨板和耐磨网。
刀具布置方面（初步预案），开口槽密排宽幅切刀100把（带耐磨合金头）、面板上配备大横断面高耐磨双层碳化钨重型撕裂刀（先行刀）31把、刀盘外周和边缘位置配备双刃(17”)滚刀10把，中心锥形刀1把。
滚刀和重型撕裂刀采用刀盘后装式，可通过刀盘内的转接箱方便地进行拆卸、互换。
刀具的破岩原理，利用刀盘高速转速产生的冲击惯性能量，通过滚刀和大横断面重型撕裂刀进行卵石、砾石和漂石的刀盘前“锤击”破碎。
但由于是在软岩地层中掘进，卵石、砾石和漂石在基岩内不能被固定，不能提供给滚刀足够的转动力矩和滚刀切岩的支撑力，导致滚刀破岩失效。
7 、刀具配置设计时应考虑的因素7.1、实际施工时会遇到各种复杂地层，地质资料提供的只是部分的钻探资料，不能完全准确反映实际地质情况，因此在进行刀具配置设计时必须考虑对地质进行充分的分析和研究，刀具配置要有一定的富余和能力储备；7.2、不同的工程地质需配置不同的刀具，软土地层只需配置切削型刀具；砂卵石地层除配置切刀外，还需配置先行刀；风化岩及软硬不均地层除配置切削型刀具外，还需配置先行刀、滚刀；在复合地层中，要保证不同种类刀具相互可换性；7.3 、刀具配置要覆盖整个开挖断面，为保证刀盘受力均衡，运转平稳，刀具要对称性布置；切刀要正反方向布置，同时要确保每个轨迹有2把切刀；对切刀排列方式进行选择，整体连续排列或牙型交错排列；通过周边刀保证开挖直径；保证滚刀纯滚动，要考虑周边滚刀的安装角度，同时增加周边滚刀的数量；7.4 、刀具安装通过螺栓固定或设计转接箱，便于安装、拆装、更换和修理方便；7.5、通过合理选择耐磨材料和合金镶嵌技术；对刀盘和开口槽进行耐磨处理；对加泥、加泡沫系统进行合理设计，减少刀具掘进磨损和冲击，提高刀具的耐久性，延长刀具的使用寿命；7.6 、适应城市繁华地区施工的需要，综合合理选择刀具种类和尺寸，确定刀具的超前量、相互高差，尽可能减少刀盘旋转刀具切削土体过程对周边土体及环境的扰动，尽量使各种刀具磨损均匀，充分发挥各种刀具的切削性能；7.7 、配备刀具磨损监测和报警装置，如液压式、电磁式、超声波探测式。
8、结束语刀具配置关系到盾构能否顺利掘进，必须根据地质状况认真研究分析。
在盾构施工中合理的选取掘进参数（如总推力如总推力、刀具贯入度、刀盘转速、扭矩等），最大程度的延长刀具的使用寿命，减少换刀频率，降低施工中频繁换刀的风险，做好对刀具监控、分析、比较、摸索，总结刀具的使用经验，将结果反馈，指导施工。