盾构刀盘刀具
盾构机的刀盘和刀具
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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
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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 。
阐述盾构机刀盘刀具磨损与处理措施
阐述盾构机刀盘刀具磨损与处理措施在国内的很多工程中都对盾构法进行了应用，在解决恶劣地质构造时发挥着重要的作用。
但是，刀盘刀具磨损情况还长期的制约着该方法的有效发展，因此，文章以北京砂卵石地质构造为例，对盾构机刀盘刀具磨损与处理措施进行了分析与阐述。
进而为有关单位及工作人员提供一定的借鉴作用。
一、刀盘的磨损情况分析1、磨损现象分析在盾构隧道贯通后，需要检查、清洗盾构刀盘，这时，我们就可以发现有无磨损现象发生，通常情况下，盾壳和刀盘的间隙位置是最容易被磨损的，以整体角度出发，刀具和刀盘会展现出边缘侧板磨损和外周磨损大的情况，圆周中部和中心磨损小的情况。
具体磨损案例如下：首先，刀盘外圈周边容易出现磨损；其次，先行刀在刀盘辐板上容易被损坏，容易磨损先行刀安装基座，一旦这个部位没有注意，损坏会非常的严重；再次，通常会较深磨损刀盘面板，并且会有明显的凹陷存在于部分位置。
2、分析磨损因素在盾构推力的影响下，刀具会将一定的压力带给开挖面土体，在刀盘的转动下，会有摩擦出现在刀盘前方土砂和刀盘及刀具之间，进而就会出现磨损情况。
刀具磨损同刀具材质、地质条件、刀具的贯入度、时间等有关，并且随着不断增加的刀具掘削里程，在刀盘周边布置的刀具因为有较大的线速度、切削线路长，所以容折断、磨损快等情况。
当外周边刀具和周边刀被磨损了之后，这样就会相应的磨损到边缘侧板和外周边。
同时，在开挖时，会有将复杂的力施压到盾构刀盘刀具上面，恶劣工作环境以及盾构刀具所穿越的不同地层与磨损程度有着非常密切的联系，粉质砂土、粘质土和淤泥质砂土等地层不会过大的磨损刀具，而砂卵石土和砂土地层会加剧盾构刀具磨损，甚至还会造成盾构刀具崩齿，砂卵石地层在北京地区是一种分布非常广泛的地形地质，因此，在施工的过程中非常容易遇见，甚至还会夹杂着大粒径卵石和石块，所以，会较为严重的磨损到道具和刀盘。
二、具体的解决对策分析通过上述的分析能够发现，在北京砂卵石地层中进行掘进的过程中，对盾构机的刀具会经常的带来损害，并且，一旦刀具损坏跟换维修起来就会非常的吃力，并且，所花费的费用和时间也较多，因此，采取有效的方式避免或者降低这种损耗是非常必要的，因此，我们可以从以下几个方面入手来降低对刀盘的损耗。
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。
(完整word版)盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈
盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈摘要：造成刀盘和刀具的磨损是多方面的，而且很多都是不能定量分析的,但是只要综合土层性质、掘进参数、正确使用泡沫剂、适时开仓检查刀具和汲取以往的经验教训，就可能将刀盘和刀具的磨损量降到最小,从而达到保护刀盘、刀具的目的.关键词:盾构机；刀盘；刀具；磨损随着地铁建设的发展，盾构工法在地铁建设中起到了越来越重要的作用。
它的优越性,实际上是得益于盾构机技术的发展，正所谓“工欲善其事，必先利其器”.盾构机之所以特别重要是因为它与其它施工机械不一样，它被形象地称为“度身定做"（taitor-made）的[1]。
所谓“度身定做”度的什么身呢？就是根据特定的施工环境这个“身"来制造与之相适应的特定的盾构机。
在盾构机选型中刀具的选择又是重中之重，要根据地质情况选择相匹配的盾构机,盾构机刀盘刀具布置是盾构机配置的最重要的部分。
在实际施工过程中，若区间较长，需要进行开仓检查刀具和换刀，确保盾构机能够顺利到达出洞。
笔者对深圳地铁2号线后海站~科苑站区间盾构隧道刀盘、刀具磨损情况进行了总结分析,可为类似工程盾构机刀具选型提供参考。
1工程概况深圳地铁2号线是深圳市优先发展的轨道交通线路，是连接城市中心区与蛇口、南头半岛的纽带，也是特区内东西向交通走廊内的第二条轨道客运干线，沿途将经过蛇口、后海开发区、南山商业文化中心和深圳湾填海区，串联了上述片区主要的居住区和商业文化密集区,满足了南山与福田、罗湖二级客运走廊的客运需求。
地铁2号线建成后在深圳世界之窗站与1号线换乘,将直接为300万以上的市民提供安全便捷的交通服务，能有效缓解南山区的交通压力。
深圳地铁二号线某标段土压盾构机从后海站向科苑站方向掘进。
本区间左、右线隧道平面最大曲线半径为1000m，最小曲线半径为400m，左、右线线间距13.2m～14。
2m，区间隧道最大线路纵坡为28‰，最小纵坡为2‰，竖曲线半径最大为5000m，最小为3000m，隧道拱顶埋深为10m～15m。
土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法分析
土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法分析土压平衡盾构机刀盘刀具在工程施工中被广泛应用。
在应用的过程中，会出现一定的磨损，不利于施工的顺利开展。
介于此，本文从刀具磨损、刀具的空间布置，以及主切削刀的曲线布置等方面出发，首次分析了盾构刀盘的特点，在此基础上对其具体的布置方法进行探讨和研究。
标签：土压平衡；盾构刀盘；刀具布置0 引言当前，我国工程建设的速度不断加快，盾构机在机械挖掘方面起着重要的作用，该机械主要被应用于隧道开挖、地下铁轨建设中。
其中，盾构机的主要部件由刀盘、刀具组成。
这些部件在使用的过程中，容易发生磨损，影响了工程的进度。
所以，本文主要对刀盘刀具的特性，以及布置办法进行探讨，从而减少刀盘的受力平衡，从而降低消耗的功率，最终减少磨损的程度。
1 盾构刀盘概述盾构刀盘最早由英国人创建，到现在已经有几百年的历史。
该机械在运营中，主要利用盾构作为含糊，从而进行地下、水底工程的开挖、掘进。
使用该机具有多方面的优势。
主要包括这几个方面：第一，在地下、水底工作时，不会对正常的交通产生影响。
第二，在盾构施工中，不受气候、温度、地质、噪音等外界因素的影响。
基于以上优点，盾构机的使用范围不断扩大，现在已经广泛应用到隧道、地下水管、地铁等工程建设当中，而且施工质量非常好。
盾构机的主要部件为刀盘，处于整个机械的最前端，它以旋转方式作业，对土体的截面进行切割，同时利用螺栓的输送功能，将掘进中产生的土渣排出去。
由于工程环境的复杂性，刀具在掘进的过程中，很可能由于受力过大，产生严重的磨损，因此必须保证刀盘的质量符合实际要求，以保证盾构机的正常使用。
2 盾构机刀盘刀具开口的特点（1）滚刀破岩。
当滚刀压到岩石的下面后，岩石在受力的情况下，会不断产生坚硬的密实核状物。
同时，随着力度的加大，在核状物的周围就会出现很多裂纹。
另外，当滚刀持续发挥作用时，裂缝与岩石不断的接触、交会。
其中，侧向裂缝与相邻裂缝或者自由面在交会的过程中，就会使岩石发生破碎。
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。
盾构刀盘刀具
一般在软土地层和砂性地层中采用切削破岩方式进行 盾构施工，在岩石地层、硬塑土层和砂砾地层中采用 以滚压破岩为主、切削破岩为辅的方式进行掘进施工。 滚压破岩的主要机具为盘形滚刀，切削破岩的主要机 具为切刀。
盘形滚刀破岩轴迹
轴向力P使滚刀压入岩石，滚动力矩M使滚刀滚压岩石，两者的共同作用使岩石得 到连续的破碎。 推力是主要的参数，它决定了扭矩（滚动力矩）及其他参数，滚压破碎功率中扭 矩是最主要的参数，占破碎功率的绝大部分
盾构机的掘进性能很大程度上取决于刀盘的结构形式、刀 具类型及布局方式等
目前国际上只有德国、美国、日本、法国、加拿大等少 数几个国家的企业具有能力生产，且造价高昂。 2002年8月，中铁隧道集团在河南建立了隧道掘进机产 业化基地，成立了以盾构/TBM研究开发中心、盾构/TBM 组装调试中心、盾构/TBM制造维修中心为主要发展方向 的隧道机械制造公司。2004年7月，上海隧道工程股份 有限公司也在上海外高桥建立了盾构产业化基地，成立 了上海盾构设计试验研究中心和上海外高桥隧道机械有 限公司。
伊万斯公式计算垂直推力比实际破岩垂直推力要小剪切破碎理论科罗拉多矿业学院预测公式基于线性切割目前刀盘设计中常用垂直力滚动力科罗拉多矿业学院预测公式基于压痕试验东北工学院岩石破碎研究室预测公式上海交通大学640教研室预测公式华北水电学院北京研究生部公式pf
盾构刀盘刀具
盾构掘进机 (Shield machine，Shield tunneling machine)
日本秋三藤三郎 （侧向力公式学院预测公式（基于线性切割） 目前刀盘设计中常用
垂直力
滚动力
科罗拉多矿业学院预测公式（基于压痕试验）
东北工学院岩石破碎研究室预测公式
上海交通大学640教研室预测公式
盾构机刀盘刀具的设计与优化
盾构机刀盘刀具的设计与优化盾构机是一种用来建设城市地下隧道的重要工程机械，而刀盘刀具又是盾构机中的核心部件之一。
刀盘刀具的设计与优化对盾构机的工作效率和质量至关重要。
在本文中，我们将探讨盾构机刀盘刀具的设计原则、优化策略以及一些新技术的应用。
首先，盾构机刀盘刀具的设计应考虑以下几个方面：刀具材料的选择、刀具形状的优化以及刀具的布置方式。
刀具材料应具有一定的硬度和耐磨性，以保证刀具在长时间工作中不易损坏。
常见的刀具材料有高速钢、硬质合金等。
刀具的形状优化主要是为了提高切削效率和降低切削力，一般采用多刀刀盘设计，以增加刀具数量和刀具布置的灵活性。
刀具的布置方式则需根据具体工程项目的要求和地质条件来确定，以确保刀具能够适应不同的地质环境。
其次，盾构机刀盘刀具的优化策略主要包括刀具的布置优化、刀具参数的优化以及刀具寿命的优化。
在刀具布置优化方面，可以采用非对称布局、间距调整等方法来改善刀具的使用效果。
刀具参数的优化则需要通过合理选择刀具的直径、刀具间距、刀具角度等，以提高切削效率和降低切削力。
刀具寿命的优化可以通过改进刀具材料、刀具涂层等方式来延长刀具的使用寿命，降低更换频率，从而提高盾构机的工作效率。
另外，近年来，一些新技术的应用也为盾构机刀盘刀具的设计与优化带来了新的机会。
其中，数值模拟技术是一种非常有效的方法。
通过建立盾构机工作的数值模型，可以对刀具受力情况进行仿真分析，预测切削力、刀具磨损情况等，从而指导刀具的设计与优化。
此外，激光测量技术也可以用于实时监测刀具的磨损情况，及时调整刀具参数，提高盾构机的工作效率。
在实际应用中，盾构机刀盘刀具的设计与优化需要结合具体工程项目的要求和地质条件进行深入研究。
同时，应重视刀具的维护和管理，定期进行刀具的检查、修复和更换，以确保刀具的正常工作和延长使用寿命。
总结起来，盾构机刀盘刀具的设计与优化是提高盾构机工作效率和质量的重要环节。
通过合理选择刀具材料、刀具形状以及刀具布置方式，优化刀具参数和刀具寿命，并结合新技术的应用，我们可以提高盾构机的工作效率，降低切削力，提高切割质量，从而为城市地下隧道的建设贡献力量。
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盾构掘进机 (Shield machine，Shield tunneling machine)
隧道掘进机TBM （Tunneling boring machine）
1、概述
在欧洲，盾构也称为TBM （Tunnel Boring Machine ）
在日本和我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为 盾构，将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM。但通常 定义中的TBM是指全断面岩石隧道掘进机，是以岩石地 层为掘进对象，它与盾构的主要区别就是不具备泥水压、 土压等维护掌子面稳定的功能。
滚刀分为盘形滚刀、球齿滚刀、楔齿滚刀。一般是用盘形 滚刀，盘形滚刀的刀圈为整体结构。
盘形滚刀刀圈断面形状
3、刀具失效形式及破岩机理
刀具失效形式 刀具磨损（刀具更换总量的80%） 刀圈偏磨（刀具不能转动，轴承问题） 刀圈移位（挡圈损坏） 刀圈断裂崩刃（刀圈瞬时侧向力过大） 刀圈断裂，刀圈脱落，刀体损坏（失圆与超量磨损）
前苏联研究表明，其他条件相同时，刀刃外形为抛 物线的刀圈可承受较高的剪应力，更时候破碎坚硬 和塑性的岩石。
伊万斯公式 （计算垂直推力比实际破岩垂直推力要小）
日本秋三藤三郎 （侧向力公式）
挤压破碎理论 剪切破碎理论
科罗拉多矿业学院预测公式（基于线性切割） 目前刀盘多矿业学院预测公式（基于压痕试验）
刀座与面板磨损
中心滚刀偏磨-
刀盘外周磨损（日本三菱 北京地铁)
破岩机理
盾构刀具破岩方式有两种，滚压破岩是在岩石地层中利 用盘形滚刀滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用破碎岩 石。
切削破岩是在土、砂层或软岩地层中利用切刀的刀刃施 力于岩体上，将岩体的外层剪切而剥离母岩。
一般在软土地层和砂性地层中采用切削破岩方式进行盾 构施工，在岩石地层、硬塑土层和砂砾地层中采用以滚 压破岩为主、切削破岩为辅的方式进行掘进施工。
盾构刀盘刀具国内研究现状
上海交通大学（盾构在硬岩及软硬不均地层的掘进技术）
华北电力大学（盘形滚刀受力分析及切割岩石数值模拟研 究，盘形滚刀寿命预测理论，滚刀布置规律）
西南交通大学
大连理工大学（随机突变载荷下的TBM刀具布置与刀盘体 结构耦合设计方法）
2、盾构机上常用刀具
滚刀:又分为单刃滚刀、双刃滚刀和三刃滚刀 切刀:主要使用于软土地层，一般布置在刀盘开口的两
东北工学院岩石破碎研究室预测公式
上海交通大学640教研室预测公式
华北水电学院北京研究生部公式
P：侵入岩石深度 Pf：实际切深
滚刀布置规律 岩石对盘形滚刀作用力计算
倾覆力矩为0
研究内容： 刀盘刀具受力分析、刀盘刀具的分布规律 （Solidworks，Ansys， Deform-3D ）
盘形滚刀的破岩机理（盘形滚刀垂直力、滚动力和侧向 力的受力预测公式）
盘形滚刀改进研究（滚刀的形状和制造材料）
刀盘上刀具布置的研究（尽可能使每把刀破岩量相等， 磨损量相似，刀盘不产生倾覆力矩，以提高刀具寿命和 掘进效率。）
其它刀具零部件的研究（如刀圈改型技术的研究，刀圈 材料的选择，刀具螺栓失效分析等）。
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“十一五”产业化方向
在全国范围内形成2～3个隧道掘进机产业化基地，每 个基地具备年产20台隧道掘进机的能力。
土压平衡盾构产业化、系列化 泥水盾构和复合盾构的研制 TBM关键技术研究
世界上最大的泥水盾构之一，开挖直径14.96m
泥水盾构结构
德国海瑞克EPB
刀盘刀具研究内容包括以下几个方面：
2002年8月，中铁隧道集团在河南建立了隧道掘进机产 业化基地，成立了以盾构/TBM研究开发中心、盾构 /TBM组装调试中心、盾构/TBM制造维修中心为主要 发展方向的隧道机械制造公司。2004年7月，上海隧道 工程股份有限公司也在上海外高桥建立了盾构产业化基 地，成立了上海盾构设计试验研究中心和上海外高桥隧 道机械有限公司。
滚压破岩的主要机具为盘形滚刀，切削破岩的主要机具 为切刀。
盘形滚刀破岩轴迹
轴向力P使滚刀压入岩石，滚动力矩M使滚刀滚压岩石，两者的共同作用使岩石得 到连续的破碎。 推力是主要的参数，它决定了扭矩（滚动力矩）及其他参数，滚压破碎功率中扭矩 是最主要的参数，占破碎功率的绝大部分
剪切和破碎岩石：刀圈与岩石接触界面上的摩擦力 （碾碎）；刀圈作圆周运动的向心力（对刀圈内侧 岩石产生剪切作用）；人为造成滚刀的滑动。
侧，用于切削和剥离土体。 刮刀:属于刀盘弧形周边软土刀具，在岩石地层中可用
来刮渣。 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，为切削刀创造良好的切削条件。 仿形刀：
刀盘标称直径6280mm，刀盘厚度550mm，高1310mm， 总重57t。31单刃滚刀，4双刃中心滚刀，64把切刀，8把双 刃刮刀/右向旋转。
泥水盾构（Slurry shield），土压平衡（EPB）盾构机 （Earth-pressure balanced shield）
盾构机的掘进性能很大程度上取决于刀盘的结构形式、刀 具类型及布局方式等
目前国际上只有德国、美国、日本、法国、加拿大等少 数几个国家的企业具有能力生产，且造价高昂。