盾构刀盘刀具在在不同地层刀盘刀具应用
盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响
盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响摘要:土压平衡式盾构机的刀盘具有切削、支撑、搅拌、土体改良等功能，因此在控制掘进效率、保持开挖面的稳定等方面起着决定性的作用。
盾构选型时必须结合地层的特殊性和通用性来确定刀盘型式、刀具的布置形式以及他们之间的组合方式。
刀盘结构的改造是为充分发挥不同地层条件下辐条式刀盘和面板式刀盘的独特优势，实现两者间的转换。
将面板式刀盘的六块面板的装配形式改为栓接加焊接的形式。
刀具布置形式优化是根据刀具的作用和运动轨迹对刀具的位置、形状进行合理的优化布置，增强刀具的切削能力、降低土体对刀具磨损进而达到保护刀盘本体，为盾构长距离掘进提供保障。
关键词:辐条式刀盘;面板式刀盘;刀盘结构设计;刀具布置形式前言伴随着我国城市化进程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断加大，城市交通呈急剧增长的态势，21世纪将是中国城市轨道交通的新纪元，经济发展将会伴随更大的都市化，地铁交通的建设将促使城市的发展，甚至成为一个急迫的任务。
盾构机在隧道施工中，通过刀盘刀具对前方土体进行切削，刀具与土体的适应程度至关重要。
盾构是集液、电、气于一体的大型机械化专用施工设备，目前应用最广泛的是闭胸式盾构，主要分为泥水式和土压平衡式。
土压平衡式盾构机在复杂多变的地质条件下，其刀盘的结构型式、刀盘的支撑形式、刀具的选型、刀具的布置将直接影响到设备掘进的效果。
刀盘刀具于前方土体不适应，将使盾构掘进非常缓慢甚至寸步难行，直接影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益。
由于刀具是易损件，消耗量大，如果只是依靠进口刀具不仅供货期长，而且成本高，所以使用国产刀具势在必行。
在掌握盾构刀具切削机理和深刻认识刀具磨损相关因素的基础上，针对不同的施工地质进行刀盘刀具的选择、刀具的布置等盾构掘进设备最关键、最核心的问题，进而实现盾构机的国产化就显得尤为必要。
1 刀盘的布置针对不同的地层情况以及设备等情况，盾构的刀盘形式有很多，其主要功能为以下儿点：（1）切削功能:刀盘旋转时，通过布置在刀盘上各种形式的刀具切削土体，并将切削下来的土体刮到土仓。
有关盾构刀具配置于刀盘设计的研究
有关盾构刀具配置于刀盘设计的研究摘要本文主要针对盾构的主要部件刀盘，进行了理论分析和机理的研究，根据不同的地质地表结构所选用的不同刀盘形式以及具体刀具的布置情况，通过实际施工过程中的试验实例进行说明刀具和刀盘设计的重要性，文章指出刀具不是是否合理是直接导致盾构设计成功的关键所在。
关键词盾构机；地质条件；刀具中图分类号p5 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）54-0153-02随着我国地铁隧道工程的快速发展，盾构挖掘隧道与铺设都得到了全面的发展。
盾构在掘进施工过程中对刀具的选择显得尤为重要，刀具选择的成功与否会直接影响到整个工程效益和施工期限。
根据笔者工作经验来看，隧道盾构施工过程中对刀具的选用一定要和当地的水文和地质条件紧密结合起来，针对一些特殊的地质地层，应该合理科学地对刀具做出选择。
所以说，如何才能做到最恰当的选择刀具和最合理地布置刀盘是技术人员必须考虑的问题。
1 刀具的工作原理分析盾构机的掘进切削装置都是由刀盘和刀具两个部分所组成。
盾构机最前方是切削刀盘，刀盘的功能就是切削土体以及对施工地层进行支撑，这样就能确保掘进面上的稳定性。
切削刀具主要功能就是进行切削掘进面上的土，通常情况下刀具都是安装在刀盘的正侧两面，刀具跟随刀盘的转动而转动，这样就实现了对土体的不断切削。
切削刀具最常见的有两种：第一种是刮刀（也有的是固定式齿刀）；第二种是盘形的滚刀。
滚刀是依据切削的运行轨迹和实际间距，具体安装在刀盘中，安装在刀盘上的滚刀要比刀盘面多出来几十公分。
掘进的时候，滚刀第一时间接触到地层，随着刀盘的不停旋转，就会对土体连续切削，由于刀盘受到正侧两个方向的切力压力，因此切力就会被动地进行旋转，从而就实现了对整个土体的挤压松动和切削。
1.1刮削刀具的工作机理由于受到刀盘的推力作用，当刮刀嵌如了岩层或岩渣中之后，刀盘就会带动整个刀具进行转动而不断地刮削前面的岩层，这样就能在在掌面出现一个个犁沟，其主要特点就是刀盘的转动过程中阻力比较大，如果是在一些软土地层或者是在滚刀已经破碎之后的渣土中进行刮刀开挖，渣土就会随着刮刀的正面不断进入到渣槽，所以刮刀不但具有切削的使用功能还同时具有装载的使用功能。
盾构机的刀盘和刀具
ｌ ● ＿ － Ｉ ● ＿ － ● － ● ＿ －
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力 值 趋 于减 小 。 低 速 情 况下沥 青 混凝 土 路 面呈 粘 弹 会 迅速 加剧 。 在 因此高速 、 大切 深铣 刨路面 对铣 刨机 的刚 性状 态 ， 刀具前角对切屑 的挤压 以及 后角对 已加工路 面 性 和功率 提 出了较高的要求 。 的摩 擦使得刀尖 附近 的应 力值增大 ； 随着切 削速度 的增
于平 稳。 另外还 可以看 出在切 削过程 中刀尖前端 的沥青 ｏ 呈现为 负值 ； … ｏ 和 ｏ 由低逮 陧慢 随着速 度 ｏ
参考 文献
１陈志 刚， １ ］ 周里群， 黄霞春 ． 基于 ＡＮＳ ＹＳ的金属切削过程有 混凝 土路面主要 受到刀尖对 其的挤压 ， 从而 ｏ 盯 … 和 ［ 限元仿真 ． 岩机 械气动工具 ， ０ ７ １ ４ ．４ 凿 ２ ０ ，（）， ６５ ．
重要性 ： 刀盘 的选择 是否合 适直接 影响盾构掘进 机
－ － － － － － ＿ － － ＿ ＿ ● － － ｌ ＿ ＿ ● － ＿ － ｌ － － ｌ － ｌ －
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
综 上所 述 ， 对于 较小切 削深度 的路面铣 刨机 ， 削 切
大 ， 青混 凝土在 切削过 程 中脆性 越 来越 明显 ， 沥 产生 的 速 度最 好维持在 ２０ ０ ｍｍ／ ０ ｓ以下， 对于较 大的切 削深
切屑对前 刀面的挤压程 度 降低 ， 而使 得刀尖 附近 的应 度 ， 从 可以选 择较 大切削功率 的路面铣 刨机 以较大 的切削 力值 趋于减 小 ； 当速 度达 到一定 程度 的时候 ， 这个值 趋 速 度来完 成切削作用， 提高切削效率 。
地铁盾构机施工中的刀盘及刀具改造技术
地铁盾构机施工中的刀盘及刀具改造技术摘要：盾构法是地铁区间隧道施工常用的方法，地质水文适应能力强，对地面交通影响很小，对施工周边环境的振动和噪声等干扰较小，地面沉降控制比较好，对周边地下管线、地面建筑物和构筑物及周围环境的影响比较小，施工速度比较快，工程质量比较高。
关键词：地铁盾构机；施工；刀盘；刀具；改造刀盘是盾构的主要工作部件，不同地质地层应采用不同的刀盘结构形式及刀具布置，刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败，影响盾构掘进的速度和效益，甚至关系到盾构施工的成败。
一、刀具工作原理1.刮削类刀具的工作原理。
在刀盘推力的作用下，刮刀嵌如岩渣或岩层中，刀盘带动刀具转动时刮削岩层，在掌子面形成一环环犁沟，特点是效率高，刀盘转动阻力大。
在软土地层或滚刀破碎后的渣土通过刮刀进行开挖，渣土随刮刀正面进入渣槽，因此刮刀既具有切削的功能也具有装载的功能2.盘形滚刀工作原理。
刀盘在纵向油缸施加的推力作用下，使其上的盘形滚刀压入岩石；刀盘在旋转装置的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转，同时各滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩面上连续滚压。
刀盘施加给刀圈推力和滚动力（转矩），推力使刀圈压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体。
二、施工中的刀盘修复和改造1.施工过程中发生的刀具和刀盘严重磨损，北京地铁某标段从第2个区间开始隧道掘进施工，第2个区间完成后，盾构机再掘进施工第1个区间。
盾构机在第2个区间始发后，当掘进至在282环开始，推进速度放慢，推力和扭矩增大，泡沫注入量开始增大;掘进至287环时，推进速度明显减缓，刀盘扭矩增大，泡沫注入量大量增加，渣土温度较高，推进耗时约219分钟;至288环时，刀盘扭矩快速剧烈上升，推进停止。
经过分析，发生此现象的主要原因可能是之前在黏土和圆砾层掘进中，黏土在刀盘中部黏结，在挤压和相互间摩擦的作用下，膨润土、泡沫和地层中的砂石黏土在刀盘中部发生固结，刀盘开口率逐渐减小。
在第287和288两环的施工过程中，刀盘开口率迅速减小，造成排土不畅，扭矩和推力增大。
刀盘的作用和分类
复合式刀盘
四、几种典型地质条件下刀盘刀具的设计
1、软弱土地层
以上海、南京、天津、北京、西安等城市为代表，主要地质 为粉质粘土、淤泥质粘土、粉细沙、黄土等。
南京海瑞克
刀盘采用面板式结构，开口率 32%，主动搅拌棒4根，泡沫口8 个，耐磨设计采用焊接耐磨网格 及耐磨钢板hardox500。 刀盘装有1 把中心鱼尾刀，120把 切刀，16 把周边刮刀及1把仿形 刀。 切刀的布置内少外多，中间区域 每个轨迹上布有4把，周边区域为 8把，开挖直径布有16把刮刀。
鱼尾刀
仿形刀
仿形刀是为曲线掘进、转弯、纠偏设计 的，仿形刀安装在刀盘的边缘，通过一 个液压油缸来控制仿形刀的伸出量，从 而控制超挖范围
仿形刀
仿形刀
2）、滚动刀具(滚刀)
滚动刀具是指不仅随刀盘转动，还同时作自转运动的破岩刀具。 根据刀刃的形状滚刀可分为：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）。见图 根据安装位置滚刀可分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔 滚刀。 目前盾构掘进机滚刀主要是盘形滚刀，盘形滚刀又有单刃、双 刃和多刃。
鱼尾刀
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。鱼尾刀的设计和布置技术如下：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 计与其他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，又大大 提高盾构整体掘进效果。
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。
盾构机械刀盘及刀具设计与优化
盾构机械刀盘及刀具设计与优化随着城市地下空间的不断开发和利用，盾构机械在地铁、隧道等工程领域中得到了广泛应用。
盾构机械的刀盘及刀具是决定其施工质量和效率的重要因素之一。
本文将重点讨论盾构机械刀盘及刀具的设计与优化。
1. 刀盘设计1.1 刀盘结构设计刀盘是盾构机械的核心部件之一，其结构设计的合理性对盾构机械的工作效果有着重要的影响。
刀盘的结构设计应该考虑以下几个方面：1.1.1 刀盘刚度设计刀盘的刚度设计直接影响到刀具在施工过程中的稳定性和耐久性。
应该根据盾构机械的工作条件和土壤的物理特性，合理选择刀盘的材料和结构尺寸，确保刀盘具有足够的刚度。
1.1.2 刀盘模块化设计刀盘的模块化设计可以极大地提高刀具更换的效率，并且便于维护和保养。
刀盘的模块化设计应该考虑到刀具的安装和拆卸便捷性，同时也要保证刀具的工作性能。
1.1.3 刀盘防护设计刀盘的防护设计不仅能够保护刀具，在施工过程中还能够减少对环境的影响。
刀盘的防护设计应考虑到刀具的精度和平衡性，同时也要与盾构机械的其它部件协调配合。
1.2 刀盘传动系统设计刀盘传动系统是盾构机械的另一个重要部分，其设计的合理性对盾构机械的运行效果至关重要。
刀盘传动系统设计应该考虑以下几个方面：1.2.1 传动效率设计传动效率直接关系到盾构机械的工作效率。
刀盘传动系统的设计应该尽可能地提高传动效率，降低能量损耗。
1.2.2 齿轮设计齿轮是刀盘传动系统中常用的传动元件，其设计应考虑到负载分配、噪声控制等方面的需求。
合理选择齿轮的材料和结构尺寸，可以提高刀盘传动系统的可靠性和耐久性。
1.2.3 传动稳定性设计传动稳定性是刀盘传动系统设计时需要充分考虑的因素，合理选择传动比、减小晃动等措施，可以提高刀盘传动系统的稳定性。
2. 刀具设计与优化2.1 刀具材料选择刀具材料的选择直接影响到刀具的硬度、韧性和耐磨性等性能。
应根据盾构机械工作的土壤条件和设计要求，选择适合的刀具材料，以确保刀具有良好的工作性能和寿命。
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对刀盘的监控，能避免刀具非正常原因的大面积损坏，
保证施工顺畅，降低施工风险。
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（一）盾构刀具管理的意义
2、不重视刀盘刀具管理的后果 刀具管理无计划； 不良地层影响，要更加重视刀具管理：TBM 受特殊的断层破碎带、富水地段等不良地质 段影响等； 刀具管理要充分考虑地面建（构）筑物的 影响；
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案例三： 软土掘进时，也应重视刀具管理。图示为某盾构工 程因刀盘中心结泥饼而导致刀盘中心磨损。
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（二）隧道掘进机类型及刀具管理的差异
目前国内使用的隧道掘进机类型主要有：
适用于硬岩掘进的敞开式TBM、双护盾TBM以及适用 于软土和复合地质的土压盾构机、泥水盾构机。
CREC No. 3
盾构直径
驱动类型 驱动功率 总推力 最高日进度 6280mm frequency Converter 660Kw 37000KN 21.6m
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广深港狮子洋隧道
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三、盾构刀盘刀具管理
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（一）盾构刀具管理的意义
1、刀盘刀具管理的主要意义
刀盘刀具是隧道掘进机（TBM、盾构）的核心部件 和掘进载体。
1)、计划性实施刀盘刀具检查和更换，能及时了解、
掌握和分析刀具使用状况，有效利用刀具和保护刀盘。 2)、建立准确、详尽刀具台帐和完善刀盘刀具维护、 修理工艺，能最大限度地降低刀具的使用成本。 3)、掌握并熟练运用刀具检查、更换的方法，加强
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其中第二次遇孤石损坏：(未提前祥勘处理造成后果)
刀盘前方靠外部出现高强度高达156Mpa，最大外形尺寸达到 2500mm（掘进方向长度）×2700mm（宽）×1800mm（高） 不规则形状的孤石。 刀盘面板14处被磨穿；滚刀遭到严重的弦磨和损坏，其中外 围的滚刀刀体弦磨超过200mm；所有刮刀、外部切刀损坏。
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4、硬岩滚刀刀圈分类 盾构机滚刀具按刀圈外径规格一般分为12英寸， 15.5英寸，17英寸，19英寸等系列，目前国内地铁盾 构机所用刀具主要为17英寸，以下是四种系列刀具的 特征参数。
刀具尺寸 （刀圈外径） 12英寸 15.5英寸 17英寸 19英寸 （305mm）（394 mm） （432 mm） （483 mm）
双刃滚刀 双刃中心刀 用于硬岩掘进 ， 在软土中 可以换装齿刀。 刀。 用于硬岩掘进 刀刃距刀盘面175mm，可换装齿
中心齿刀 用于软土掘进，替换滚刀， 更换后可以增加刀盘中心部分的 开口率。
12
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3、刀具类型
正齿刀
用于软土掘进。 软土刀具。
切刀
弧形刮刀
软岩刀具。 同时在硬岩掘进下可用作刮 渣。
累计沉降值/mm
3号线10标地表点沉降示意图 40 20 0 -20 -40 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 水平距离/m -60
Hydraulic 630Kw 34000KN 21.6m
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（二）硬岩刀盘刀具地质适应性
针对硬岩地层，刀 盘选择一般滚刀破岩 为主，一般对于铁路、 公路、水利、引水大 埋深隧道，通常均在 基岩中掘进，刀盘也 主要以面板式为主， 采用中间支撑方式。 开口率较小。目前刀 具主要以17〞盘型滚 刀为主，对于大直径 的硬岩刀盘，刀具有 向大直径发展的趋势。
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刀具管理机型的差异 由于TBM与盾构机在工作环境和方式上存在一些差 异，在刀具管理方面存在不同点。
1、TBM工程一般施工距离相对较长，基本均具有停
机检查刀具的条件（特殊的断层破碎带、富水地段等 除外），易建立定期检查刀盘刀具的制度。
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第二部分 复合盾构施工技术 西安老黄土、砂砾石地层：
特点：老黄土密实，水含量少；砂砾石粒径 小（0.1～30mm），水含量少，粘性颗粒少。
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中国中铁6、16号与西安的黄土及砂层地质
CREC No.16 盾构直径 驱动类型 驱动功率 总推力 最高日进度 6280mm Frequency Converter 660Kw 37000KN 13.5m
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北京圆砾石地层 第二部分 复合盾构施工技术
特点： 圆砾石10～60mm占60%,还有少量大卵石，地层密实。地下 水在底板以下。
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中国中铁3-5号 盾构设计适应地质：大卵石地 层； 破岩设计思路：以排为主，排 破结合； 盾构特点：带式螺旋输送机， 刀盘 面板与辐条结合 ； 大功率电驱。
同时可用做硬岩掘进中的刮渣。
13
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3、刀具类型
仿形刀
单刃滚刀
用于局部扩大隧道断面
用于硬岩掘进
刀刃距刀盘面175mm，可换装齿刀。
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4、硬岩滚刀刀圈分类
刀具的种类
平头型刀具
楔型刀具A
楔型刀具B
形 状
特 征
从新品到报废刀刃 适用于龟裂少的硬岩 适用于石灰岩、泥岩 都保持一定的宽度。 及混有卵石的岩层。 等磨损较少的堆积岩 能用于多种岩石。 使用初期切入性很好， 等。 但磨损较快。
刀具质量（kg） （正面刀）
60~80
125~170
135~180
180~210
应用范围 (断面直径）
2~3m
3~5m
5m以上
8m以上
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5、盾构刀具的受力机理
1）滚刀滚压原理 由于刀盘推力和驱动扭矩的存在，刀圈轴向受力 挤压岩层，刀盘推力使刀具隧道轴向承受推力，只 要达到岩石的强度极限，便可挤压破岩；同时刀具 的驱动回转力矩使刀具滚动径向受力，从而克服来 自掌子面的摩擦力矩。
2
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一、盾构刀盘刀具概述
3
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1、一般盾构刀盘分类
按照掘进机纵向形状一般分类： 目前使用的掘进机的刀盘形状,根据掘进机纵剖 面的形状,可分为垂直平面型,锥型和弓型三类： 垂直平面型刀盘掘进中是呈平面对掌子面进行作 业开挖的,作业平面可使掌子面稳定。 锥型刀盘即刀盘形状类似麻花钻,刀盘中心有一 突出的钻头,此种形状可保持开挖方向性,提高开挖 效率。 弓型刀盘用于硬岩掘进机,适合砾石层和微风化岩 层的开挖。
25
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开挖直径 5930mm
刀间距 约65mm
中心刀 6
正滚刀 41
边滚刀 3
扩挖刀 1
刮板 5 ×6
齿刀 12
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（三）复合型刀盘刀具地质适应性
由于我国地域广阔，各地方地层千差万别，就是 同地区地层也呈现不均质的态势，单纯的软土刀盘 刀具及硬岩刀盘刀具已经不能满足我国地下工程建 设的需要。正是由此，复合型刀盘刀具随之产生。 复合型刀盘特点主要体现两方面： 一方面在刀盘结构强度刚度兼顾软土、硬岩，一般 以面板式为主，结构形式复合。 另一方面安装刀具复合，刀盘刀具安装设计兼顾 软土剪切型刀具及硬岩滚压型刀具安装，根据盾构 掘进地层情况，可以进行部分硬岩刀具安装、部分 软土刀具安装及全软土刀具安装及全硬岩刀具安装。
CREC No. 8
盾构直径
6280mm
驱动类型
Hydraulic
驱动功率
630Kw
总推力
34000KN
最高日进度
20.4m
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天津液化淤泥层：
中国中铁1号与天津的粉土、淤泥地质
地表深降小于3mm
成功穿越价值50亿的瓷房子
CREC No. 1
盾构直径 驱动类型 驱动功率 总推力 最高日进度 6400mm
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盾构及掘进技术国家重点实验室
• 刀盘支承方式有3种： 1）中心支承式（适用于中小型直径盾构） 2）中间支承式（适用于中大型直径盾构） 3）周边支承式（适用于小型直径盾构）
①中心支承方式
②中间支承方式
③周边支承方式
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3、刀具类型 刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层 的开挖，主要刀具按刀具结构分常见类型有：单刃 滚刀，双刃滚刀、中心滚刀、齿刀、切刀、弧形刮 刀和仿形刀。
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刀盘维修后掘进再次遇到孤石，因不具备开仓和从 地面进行加固处理的条件，强行推进出洞。
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案例二：
某TBM工程施工，边刀与刮板均接近磨损的极限需要 更换时，未引起管理者的重视，不是选择仔细的跟踪检 测或立即更换刀具，而是决定继续掘进待后处理，结果 导致刀盘边缘结构遭到磨损，刮板座及边刀座因过度磨 损无法继续使用而停机修复边缘刮倒座。
中铁隧道集团有限公司
盾构刀盘刀具管理与不同地层
刀盘刀具应用
李凤远 盾构及掘进技术国家重点实验室 2014年06月 郑州
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纲要
一、盾构刀盘刀具概述 二、盾构刀盘刀具管理 二、盾构刀盘刀具及地质适应性
三、盾构刀盘刀具管理 四、盾构滚刀选型与损坏分析 五、刀盘动态掘进实验试验分析 六、盾构带压进仓技术
CREC No. 6 盾构直径 驱动类型 驱动功率 总推力 最高日进度 6280mm Hydraulic 630Kw 37000KN 15m
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沈阳无水砂卵石地层：
• 地层以粒径0～20MM,20～40mm中粗砂、砂砾、圆 砾石为主； • 地下水水位在掘进断面以下1m左右.