土压平衡盾构机械结构及功能介绍
盾构机主要结构功能及分类
盾构机主要结构功能及分类盾构机是一种用于地下工程的特种设备，主要用于隧道的掘进。
它的主要结构由多个部分组成，每个部分都有独特的功能。
分类上主要有两种，土压平衡盾构机和密闭式盾构机。
1.土压平衡盾构机的主要结构和功能：（1）盾构机主体结构：主要包括盾构机壳体、导轨、支撑盘、刀盘和推进系统。
盾构机壳体是盾构机的主要结构，起到抗土压力和保护工作人员的作用。
导轨可以保证盾构机在隧道掘进过程中的稳定运动。
支撑盘用于支撑刀盘和推进系统。
（2）刀盘：刀盘是盾构机掘进的核心部分，主要负责切削地层和储存切削土层，同时还可以承载推进力。
刀盘通常由切削刀片和刀杆组成，切削刀片负责切削，切削土层则通过刀杆输送到刀盘内。
（3）推进系统：推进系统是盾构机掘进的动力系统，主要由推进液压缸、液压系统和控制系统组成。
推进液压缸通过提供推进力，推动盾构机前进。
液压系统负责为推进液压缸提供液压能源。
控制系统监控和控制盾构机的运行。
2.密闭式盾构机的主要结构和功能：（1）盾构机主体结构：密闭式盾构机的主体结构与土压平衡盾构机类似，包括盾构机壳体、导轨、支撑盘、刀盘和推进系统。
盾构机壳体保护工作人员，导轨保证盾构机的稳定运动，支撑盘用于支撑刀盘和推进系统。
（2）刀盘：密闭式盾构机的刀盘相对复杂，主要包括切削刀片、刀杆、注浆管和注浆系统。
刀盘负责切削地层和储存切削土层，切削刀片通过刀杆进行切削，同时通过注浆管和注浆系统注入混凝土浆液，以形成地层的支撑结构。
（3）推进系统：推进系统和土压平衡盾构机类似，主要由推进液压缸、液压系统和控制系统组成。
推进液压缸通过提供推进力，推动盾构机前进。
液压系统为推进液压缸提供能源，控制系统监控和控制盾构机的运行。
综上所述，盾构机的种类主要有土压平衡盾构机和密闭式盾构机，其结构和功能都有所区别。
了解盾构机的结构和功能可以帮助人们更好地理解盾构机的工作原理，从而进行合理的使用和维护。
盾构机主要功能部件与结构
盾构机主要功能部件与结构密闭、加泥土压平衡式盾构主要由盾壳与盾尾、开挖机构、管片拼装机构、推进机构、排送机构、动力装置、附属设备等组成。
11.4.1 盾壳与盾尾盾壳由切口环、支承环、钢板束、盾尾等部分通过焊接、铆接、螺栓连接组成。
主要作用是：承受地层压力，起临时支护作用，保护设备及操作人员安全，承受千斤顶水平推力，使盾构在土层中前进，同时也是各机构的骨架与基础。
切口环。
为盾构最前面的一个具有刚度和强度的铸钢或焊接环。
前端切成锐角，便于切入地层，环周有加强筋，将千斤顶水平推力传至钢壳上。
支承环。
与切口环相似是盾构受力的主要部分，是具有一定厚度的铸钢件，由环状加强筋、纵向加强筋、外壳所组成。
环状加强筋焊在支承环两端，纵向加强筋焊在环状加强筋之间，盾构千斤顶安在上面。
支承环内设竖向和水平向立柱与横梁，形成井形隔架，第二层上设置工作平台。
钢板束。
主要作用是保护开挖、掘进、衬砌装置。
由两层钢板铆接而成，分块包在支承环和切口环外面，伸出部分为盾尾。
盾尾。
盾尾由环状外壳与安装在内侧的密封装置构成，其作用是支承隧道周边，防止地下水、开挖面泥浆、泥土与注浆材料被挤入隧道内。
盾尾是进行衬砌组装的地方，其长度取决于衬砌形式。
盾尾密封。
盾尾密封是为了防止注浆材料、地下水和开挖面泥浆与泥土从钢壳面板和管片外围流入盾构机而设置的。
由于盾构保持不断推进，盾尾内壁与衬砌管片外圈结合处摩擦力很大，极容易将密封损坏。
盾尾密封采用三道钢丝刷加密封脂密封方式。
在钢丝刷之间压入密封油脂来承受地下高压泥水。
始发前10 环，每环都注入密封油脂，随后每隔10 环注到第100 环，过了试验段每50 环或100 环注入密封油脂。
遇到特殊情况，如密封不好时，在施工中要注意保证随时补充密封油脂。
11.4.2 开挖机构开挖机构由切削刀盘、刀盘支承与密封系统、刀盘驱动系统、泥土仓等部分组成。
切削刀盘。
盾构刀盘是开挖机构的主要部件。
它直接与开挖面土壤接触，通过推进液压油缸的作用，使盾构刀盘向前推进，刀具切入土层，由驱动装置使刀盘旋转，刀盘把土壤切削下来，隧道向前掘进。
盾构机主要结构功能及分类
盾构机主要结构功能及分类盾构机是一种用于地下隧道工程的机械设备，可以将土层钻掘和推进到机体后方，并同时安装预制的隧道衬砌。
它的主要结构由下述几部分组成，并具有相应的功能。
1.推进架：推进架是盾构机的主体支撑结构，通过支撑来分担推进机构产生的推力，并将其传递给隧道衬砌。
推进架内部包含两个推进头（用于掘进）和一个后备推进装置（用于支撑推进），以及一些液压支撑腿和插板，用于调整和固定推进架在隧道内的姿态。
2.切削头：切削头是盾构机的前部装置，由盾壳、刀盘和剥片组成。
刀盘上带有切削刀具，通过自转和推进向前的作用，将前方土层切割、破碎，并通过剥片将其带回盾壳内，然后通过管道输送到地面。
3.后部封闭状态：后部封闭状态由后推装置和盾壳后部密门组成。
在切削头前进时，后部封闭状态可以防止土层倒灌，同时也可以提供泥浆的均匀分布。
4.泥浆循环系统：泥浆循环系统用于冲洗切削区域和运输土层碎片。
它包括泥浆池、泥浆泵、沉淀器、过滤器等设备，可以实现循环使用泥浆，减少泥浆的消耗并保持隧道稳定。
盾构机可根据其适用工程和特点进行分类，常见的分类方式有以下几种：1.土压式盾构机：土压式盾构机是最常用的一种盾构机类型。
它通过切削头前进时施加土压力，将以往的土层推到推进机构后方，并利用一个密闭的后部封闭状态防止土层的倒灌。
这种类型的盾构机适用于切削耐水的软土、砂质土或含有少量卵石的土层。
2.水压式盾构机：水压式盾构机是用水压力代替土压力推进的一种盾构机。
切削头前方通常填充高压注浆或者与切削头相接的压水室，通过在切削头和管片之间施加适当的压力，实现推进并保持隧道稳定。
这种类型的盾构机适用于岩石地层或特殊地质情况下的隧道掘进。
3.平衡盾构机：平衡盾构机是一种在切削头和推进机构之间保持地层平衡的盾构机。
它将切削头前方的土层留在盾壳内部，并通过在推进架内增减水压来平衡切削头前的土层压力，避免地下水倒灌或塌方。
这种类型的盾构机适用于软土、粉砂层和含有水化学物质的地层。
盾构机构造及工作原理简介解析
盾构机构造及工作原理简介解析盾构机构造及工作原理简介第二部分四、盾构机的主控系统及工作原理下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。
盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。
而盾构的主要组成部分即为盾体。
盾尾刷和同步注浆系统管片拼装机前盾中盾后盾推进油缸人行闸排土系统刀盘1. 盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。
前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。
承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有推进油缸。
中盾的后边是尾盾，尾盾末端装有密封用的盾尾刷。
2. 刀盘和刀盘驱动刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。
它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。
刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。
电机的防护等级需大于IP55。
为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。
刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机)滚刀与推出式滚刀铲刀切削刀仿形刀与超挖刀铲刀:铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。
铲刀切削刀:切削刀主要用于切削软土、泥砂地层。
其中刀口与刀盘旋转方向水平的称为切刀，刀口与刀盘旋转方向垂直的称为削刀切削刀滚刀与推出式滚刀:滚刀用于砂卵石、硬岩地层，它可以将大块的岩石打碎，分成小块。
土压平衡盾构机概念
土压平衡盾构机概念
土压平衡盾构机是一种用于在土中进行隧道挖掘的工程机械设备。
它是盾构机的一种类型，主要用于地下隧道工程的施工。
土压平衡盾构机的工作原理是通过在盾构机前端设置推进挡土板，来平衡土层的压力，防止土压力过大造成隧道坍塌。
盾构机的前端还配备有刀盘，通过旋转切割土层，并将土层运输到后方的输送系统中。
土压平衡盾构机主要由推进装置、刀盘、导向系统、控制系统和输送系统等组成。
推进装置可以通过液压驱动，推进盾构机前进。
刀盘上的刀片可以根据土层类型进行更换，以实现最佳切割效果。
导向系统用于保持盾构机的方向稳定，控制系统则用于操作盾构机的运行。
输送系统负责将挖出的土层从隧道中运输出来。
土压平衡盾构机在隧道施工中具有高效、安全、低风险等特点。
它可以适应各种土层类型的挖掘，并且由于使用了土压平衡技术，可以最大程度地保护隧道周围的土体，减少地表沉降和其他地质灾害的风险。
同时，土压平衡盾构机还可以进行人工开挖和管片施工等工作，是一种多功能、高效的隧道施工设备。
土压平衡式盾构机
土压平衡式盾构机——刀盘土压平衡盾构是以20世纪70年代刀盘切削机械为基础发展起来的一种新型盾构方法，其施工方法是为保持开挖面的稳定，在切削刀盘后的密封腔内充填开挖下来的土砂，并保持一定压力，并由螺旋输送机出土。
土压平衡盾构机就是依据该原理生产的，其原理是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。
土压平衡式盾构机主要有盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备九大部分组成。
以下我们主要介绍土压平衡式盾构机的刀盘系统：土压平衡式盾构机刀盘刀盘是盾构机的核心部件，其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和成本，并且出了故障维修处理困难。
不同的地质情况和不同的制造厂家，刀盘的结构也不相同，其常见的结构有：平面圆角刀盘、平面斜角刀盘、平面直角刀盘。
盾构机刀盘应满足以下要求：（1）刀盘应有足够的强度和刚度。
（2）刀盘应有较大的开口率。
（3）针对地层的变化，能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。
（4）刀盘结构应有足够的耐磨强度。
（5）刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。
（6）刀盘上应配置足够的注入口，各口并装有单向阀，以满足刀具的冷却、润滑和渣土改良。
要满足这些条件，就要从刀具的配置和生产工艺上都下功夫。
刀具的配置：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。
（1）刀具种类：单刃滚刀、双刃滚刀、三刃滚刀（双刃以上的一般都是中心滚刀）、齿刀、切刀、刮刀和方形刀（超挖刀）。
为适应不同的地层，滚刀和齿刀可以互换，所以它们的刀座相同。
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。
土压平衡盾构构造与组成
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盾构及掘进技术国家重点实验室
二、土压平衡盾构机各系统介绍
4 盾构及掘进技术国家重点实验室
二、土压平衡盾构机各系统介绍
2.推进油缸
盾体的前进由推进油缸完成，每一组油缸均可独立控制压力 进行操纵而不会引起管片移位或产生引起损坏的压力过载。在 控制室里，司机可以看到数字显示的每组油缸行程及压力。油 缸的布置避开了管片接缝，所有的油缸撑靴均为球形绞接式以 避开管片裂缝或损坏。推进油缸顶在压力仓板后部，油缸布置 如图所示。
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土压平衡盾构构造与组成
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☞ 目录
一、土压平衡盾构机构造总述 二、土压平衡盾构机各系统介绍
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一、土压平衡盾构机构造总述
盾构及掘进技术国家重点实验室
第一节 土压平衡盾构机构造总述
1、结构概述
盾构机主要由下列部件和系统构成：有盾构壳、推进油 缸 、刀盘、刀盘驱动、主轴承、人闸仓、管片安装机、螺旋输 送机、皮带输送机等设备和装置； 还有控制系统、液压系统、 电力系统、通风系统、密 封润滑系统、隧道导向系 统、报警装置； 以及服务 于盾构工作要求的后配套 设备、运输设备、注浆设 备等辅助设备。
2.1推进油缸布置要求 1）推进油缸轴线与盾构中心线平行； 2）布置尽量靠盾构外圆，等距分布， 推进油缸分度圆与管片中心圆尽可能重合； 3）安装一般对称，即双数； 2.2推进系统对液压推进油缸的要求 1）结构简单、体积小、质量轻、耐久性好，便于安装与布置维护； 2）同步性好； 3）必要的防护装置。 4）推进油缸的控制：压力无级控制（推进力），流量无级控制 （速度）。——液压比例控制阀（压力阀、流量阀）
(完整版)土压平衡盾构课件
• 超挖刀照片
2、刀盘支撑：
• 构造：由固定部(齿轮箱部分)、回转部、主轴承和 密封部分构成，固定部由盾构主机前侧切口环支撑 固定。
• 主轴承承受切削刀盘的轴向、径向负荷和力矩，支 撑刀盘的回转及传动。
1、切削刀盘
• 形式：平面面板式、顺、逆时针回转方向掘削。 • 构造：钢板焊接结构。 • 刀盘前面设有5处注泥口，刀盘背面设有搅拌棒。 • 切削刀盘由6根圆柱形中间悬梁通过主轴承由刀
盘支撑结构支撑。由8台减速变频电机驱动。
• 刀盘面装备有切削刀、边刀、箭形刀等，刀盘配备有2套 超挖刀(1套为预备)。
• 切削刀、刮刀的安装采用辐条二侧螺栓连接、背装式设 计，方便作业人员在刀盘背后（土仓内）进行刀具的拆 装工作。
中心切削刀
正面切削刀
周边刮刀
先行刀
• 超挖刀：
• 形式：液压油缸驱动式。
• 构造：由超挖刀、驱动油缸、导向滑动机构构成，可 对盾构机外周土体进行超挖。以圆周的16分之 1(22.5゜) 为设定单位，在0゜～359゜超挖范围内进 行设定。超挖刀配备有2套(其中一套为预备用)。
四、土压平衡盾构机构造 （以小松TMX634为例）
• 土压平衡盾构机主要由盾壳、开挖系统、推 进系统、排土系统、管片拼装系统、油压、 电气、控制系统、姿态控制装置、导向系统、 壁后注浆装置、后拖台车、集中润滑装置、 超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、 碴土改良装置及其他一些重要装置如人闸等 组成。
所有盾构的形式，其本体从工作面开始均可分 为切口环（前体）、支承环（中体）和盾尾三部 分，借以外壳钢板联成整体。
盾构主机
1、 盾构机本体：
❖ 在切口环部设有安装刀盘及刀盘支撑的结构，在土仓胸板下 部安装有螺旋机。
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中心回转接头
刀盘泡沫注入口结构
刀盘的主要分类
按结构形式分，一般分为两类：辐条 式刀盘和面板式刀盘。
按功能分，一般分为两类：软土刀盘 和复合式刀盘。
开口率的定义
• 开口率是指开口面积占整个刀盘面积的 百分比。一般在20%～65%不等，开口率 对土压平衡盾构有着重要意义，开口是否 合适直接影响到压力控制。
主驱动
液压驱动典型结构（以中铁2号为例）
主要组成：
1）液压马达/8台 2) 减速机/8台 3）小齿轮及其两端的调心滚子轴承/8套 4）主轴承/1个 5）驱动箱及其它环类零件/1套 6）主轴承外密封/3道 7）主轴承内密封/2道
驱动参数
1）驱动形式：液压驱动 2）速度：0～3.34rpm，连续可调 3）最大扭矩：5060KN·m 4）脱困扭矩：6030KN·m 5）最大速度下的扭矩：
• 3、多样化 • 随着城市建设的加快，土地资源越来越珍贵，为了节省空间，越来越
多的异形盾构出现，刀盘也随之变得各式各样。
刀盘主要结构
1、主驱动连接法兰（连接主驱动） 2、扭腿（传递扭矩及轴向力） 3、外圈梁（加强结构强度） 4、刀梁（安装刀具） 5、搅拌棒（渣土改良） 6、渣土改良注入口（渣土改良、回转接头）
中国中铁
土压平衡盾构机
机械结构及功能介绍
中铁隧道装备制造有限公司
目录
一、土压平衡盾构机介绍（结合总装图） 二、主驱动系统 三、出渣系统 四、管片拼装系统 五、设备桥拖车 六、人员仓
一、土压平衡盾构机介绍
• 土压平衡就是在盾构开挖时， 利用土仓内的土压或加注辅助
材料产生的压力来平衡开挖面
的土压及地下水压力，以避免
先行刀
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。
1、刀盘 2、主驱动
刀盘
概述
• 1、重要性 • 刀盘是盾构机的关键部件之一，刀盘及刀具的选择是否合适直接影响
盾构掘进机的切削效果和掘进速度，甚至关系到盾构施工的成败。
• 2、个性化 • 盾构在施工过程中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩
及硬岩等。刀盘刀具不可能是千篇一律的，必须根据工程地质情况进 行个性化设计。
1350KN·m/3.34rpm 6）驱动功率：630KW
主驱动
主轴承
驱动箱
主驱动润滑
主轴承封系统通过油脂注入向迷宫方向挤出， 防止砂土进入密封系统。
密封系统由3道TBMS密封构成。密封保护通过3 种注射方式实现：
腔室1：使用气动泵与齿轮马达分配器在各点平 均注入HBW 油脂。 腔室2：用气动泵从6个点向外密封，4个点向内 密封注入EP2油脂。 腔室3：在主轴承滚道、小齿轮与小轴承内注满 320号齿轮油。
掌子面坍塌或地层失水过多而
引起地表下沉的一种盾构掘进 模式。如图１-1所示，在盾构 开挖时土仓内的压力P2和掌子 面上的压力P1相平衡，其中P2 包括土仓内碴土的压力和注入
材料的压力，这种掘进模式即 为土压平衡模式，P1等于土柱 压力和水柱压力的总和。
图１-1 土压平衡原理示意图
二、主驱动系统
滚动刀具
• 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。
仿行刀
辐条式刀盘
面板式刀盘
软土刀盘
• 在软弱土地层一般只需配置切削型刀具， 如切刀、边刮刀、中心刀等。以中铁6号盾 构为例，装有1 把鱼尾形中心刀，100把切 刀，16 把周边刮刀、66把先行刀及1把超 挖刀。
复合式刀盘
• 隧道施工总是在一定的施工环境(基础地质、工程地质、 水文地质等)中进行,按其变化程度可分为均一地层和复合 地层。均一地层可分为两种:单纯的软土地层和单纯的硬 岩地层。上海、天津、北京地铁隧道的施工当中遇到的可 归为均一地层,但严格的均一地层现实中是不存在的。复 合地层的组合方式是非常复杂多样的,但总的来说可分为 三大类:一类是在掘进断面上不同地层的组合;一类是在掘 进轴线方向上地层的不同组合;另一类是上述两者兼而有 之。在广州、南京、深圳的地铁修建中都遇到了大量的复 合地层的困扰,严重影响了施工效率,增加了施工成本。为 了应对不同的地层条件,发明了复合盾构技术。复合盾构 技术是根据掘进面不同的地层条件,盾构机采用不同的掘 进模式,例如土压平衡模式、气压平衡模式及非土压平衡 模式等。在复合式地层,也要求刀盘采用混合式设计,即在 同一个刀盘上同时布置2种或2种以上的类型的刀具,切刀 和滚刀并存。
复合式刀盘
刀具的分类及工作原理
• 目前使用的刀具一般有两类：一是切削类刀具， 二是滚动类刀具。
• 1、切削类刀具
• 刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具，刮削 刀具的种类繁多，目前盾构掘进机上常用的刮削刀具类有 边刮刀、刮刀、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀、刮板等。
撕裂刀
先行刀
• 先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置， 因此也称为超前刀。先行刀在设计中主要考虑与 切刀组合协同工作。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。先行刀的切削宽度比切刀窄，一 般设计为切刀的一半，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，尤其是砂卵石地层和钙质结核地 层，先行刀的使用效果十分明显。