盾构机的刀具配置介绍.
盾构机参数
盾构机简介泥质粉砂岩，地面构建筑物复杂。
目前已经使用该台盾构机成功完成了近1.9公里的掘进任务，s-928盾构机已经于2017年10月初在广铁21号线出洞，转运至江门基地维修。
目前盾构机配置具体的参数如下：主要技术参数表部位参数盾构机主体开挖直径φ6280mm总体长度76000mm盾体长度8550mm管片外径φ6000mm管片内径φ5400mm管片长度1500mm 最小转弯半径250m总体重量460T盾体总重量320T 后部拖车直径范围5200mm刀具配置（新）中心刀（滚刀/切刀）6把双刃滚刀边缘弧形刮刀12把刀盘开口处齿刀（宽切刀）32把刀盘外缘保护刀0把滚刀34把其中可更换刀具数量全部可更换其中不可更换刀具数量0把仿形刀/超挖刀仿形刀型式（滚刀/切刀）滚刀仿形刀数量2把行程50mm最大超挖量100mm 最大顶出力不试用液压工作压力不适用前盾前盾直径6250mm前盾长度2100mm前盾块数1块前盾壁厚50mm土仓隔板厚50mm前盾材质Q345B前盾重量110T前盾土仓门数量及直径1个/600mm 土仓压传感器数量6个超前钻预留孔数量8斜+4平驱动系统主轴承型式固定DN3000mm主轴承寿命10000h密封型式4外和2内密封抗压强度 4.5BAR主轴承密封寿命满足本项目要求主轴承冷却方式油冷却刀盘驱动型式液压驱动马达数量9个单个马达功率（电驱动时）马达冷却方式水冷+油冷驱动系统刀盘驱动功率3×315kw额定扭矩5400 kN·m最大扭矩6228kN·m脱困扭矩7447kN·m 最大速度时扭矩1364kN·m 转速范围0-4.5rpm主轴承油脂油脂泵型式气动柱塞泵油脂泵数量1个油脂泵压力（带传感器）35MPa 油脂泵流量（带传感器）8L/min主轴承油脂密封系统油脂泵型式气动柱塞泵油脂泵数量1个油脂泵压力（带传感器）35MPa 油脂泵流量（带传感器）8L/min主驱动齿轮箱齿轮油泵功率4kw齿轮油泵流量18.5L/min 齿轮油泵出口压力3MPa 齿轮油箱容积齿轮油牌号F320螺旋输送机螺旋输送机型式螺杆式螺旋输送机长度12000mm 螺旋输送机直径φ800mm 螺旋输送机最大扭矩199kN·m 螺旋输送机脱困扭矩224kN·m螺旋输送机转速0-22.1rpm 螺旋输送机卸碴门最大开度290mm螺旋输送机螺旋输送机最大出土量385m3/h螺旋输送机前端土压传感器数量1个螺旋输送机后端土压传感器数量1个中盾中盾外径6240mm中盾长度2730mm中盾壁厚40mm中盾重量135T中盾材质Q345B中盾块数1个超前钻预留孔数量8斜+4平推进系统油缸数量10双+10单油缸规格220/180mm 油缸行程2200mm推进系统推进系统最高压力35MPa油缸撑靴在管片上的最大压力22.7MPa 全数油缸最大推进速度80mm/min油缸缩回速度1600mm/min 行程传感器数量（内置）4个最大推力39914kN正常推力34212kN 单个油缸最大推力1330kN分区数4个盾尾尾盾外径6230mm尾盾长度3720mm尾盾壁厚40mm尾盾重量35T尾盾材质Q345B 盾尾盾尾间隙30mm盾尾油脂注入系统密封方式钢丝刷密封道数3道钢丝刷+1道止浆板最大抗压0.45MPa同步注浆管分布数量4×2 同步注浆管管径DN50注浆压力传感器数量4个盾尾注脂管分布数量6×2根/道盾尾注脂管管径25mm注脂泵型式气动柱塞泵注脂泵数量1个注脂泵流量8L/min注脂泵工作气力43.2Mpa油脂管路压力传感器数量6×2个油脂管路气动闸阀数量6个管片安装机控制方式一个无线遥控器备有线电缆盒接头旋转角度±200°旋转速度范围0-1.5rpm抓取方式机械式自由度数6个水平行程2000mm水平伸出速度6000mm/min水平缩回速度6000mm/min起重能力12t举伸伸出速度范围6000mm/min举伸缩回速度范围6000mm/min旋转扭矩150kN·m 管片小车管片小车型式平板车管片小车管片储备能力3片管片小车管片小车承载能力15T管片吊机吊机型式双吊最大吊重2×2.5t起升速度0.2或0.75 m/s 行走速度 1.1m/s最大起吊高度 2.8m最大水平输送距离17.8m皮带机皮带机功率30KW 皮带机宽度800mm 皮带机速度 2.5m/s皮带机出渣量450m3/h冷却水系统冷却水管卷筒的容量2×15m 冷却水管通径80mm冷却水泵数量1个冷却水泵流量40m3/h 冷却水泵功率15kW热交换器数量1个热交换器能力40m3/h 循环水最低系统压力0.3MPa 循环水额定流量40m3/h泡沫系统泡沫泵流量300L/h泡沫管路数量6根泡沫喷口数量刀盘5个，开挖舱板4个，螺旋输送机2×4个泡沫剂流量阀数量6个压缩空气流量阀数量6个泡沫管压力传感器数量6个膨润土系统膨润土泵流量10m3/h膨润土管路数量刀盘1个开挖舱及螺旋输送机1个膨润土喷口数量与泡沫管共用膨润土系统膨润土管路压力传感器数量1个同步（双液）注浆系统注浆泵数量2台注浆泵流量2×10m3/h注浆泵压力3MPa注浆压力传感器数量4个注浆泵单台功率15kW注浆管路清洗方式膨润土清洗砂浆罐容量7m³工业气体空气压缩机系统压缩机数量2台压缩机单台功率55kW压缩机压力0.8MPa储气罐容量1m³储气罐数量1个空气干燥器型号及数量备用发电机组发电机组型式无发电机组数量无发电机组功率无输出电压无二次风系统通风机功率15kW二次风系统通风流量414m³/h通风机出口风压储风筒数量2个储风筒长度4500mm 储风筒容量100m储风筒起吊型式手动吊机导向系统全站仪和棱镜之间的角度精确性2秒全站仪和棱镜间最大操作距离200米双轴倾角计测量滚动精度1mm /m 双轴倾角计测量倾斜精度1mm /m电力系统变压器数量1套变压器单台容量2000kVA变压器输入电压10KV变压器输出电压0.4KV高压控制柜数量1个低压配电柜数量1个无功补偿柜数量1套无功率补偿柜单台容量功率因数补偿到0.9 高压电缆卷筒容绳量500m配备高压电缆长度无单元设备功率刀盘驱动945kW 推进75kW 螺旋输送机200kW 皮带机30kW 管片安装机45kW 注浆泵30kW单元设备功率辅助泵液压油箱过滤泵11kW空压机1 2×55kW内循环水泵15kW泡沫体系统约9KW膨润土泵 5.5kW二次风机15kW总功率约1666kW。
盾构机刀具
盾构机刀具盾构机刀具北京固本科技有限公司 胡建平关于盾构机刀具这里主要介绍盾构机掘削地层的刀具。
盾构机刀具布置和刀具形状在盾构机设计中是非常重要的内容。
刀具布置方式及刀具形状是否适合应用工程的地质条件,直接影响到盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。
1 盾构机刀具的选择对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同型式: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)。
2 盾构机刀具防磨损的措施2(1 严格刀具制造流程刀具生产加工必须制定一套科学合理的制造工艺，刀具制造工艺是控制刀具质量的关键。
2(1(1 滚刀的制造盾构机滚刀完全按照掘进地质选用碳钢经表面渗碳处理 ，刀圈采用热煅一次滚压成型工艺，使刀具材料内部金相组织结构更加均匀致密，减少刀圈的断裂 ，同时在表面形成一定厚度的硬化层，具有高耐磨、抗冲击性能。
选用优质热膨胀系数小的润滑油脂，同时在刀具内部安装有润滑油补偿装置，在一定温度变化范围内确保刀具的正常润滑与油脂的补充。
经使用对比效果显著。
由于滚刀在掘进过程中承受比岩石层抗压强度高8MPa,12MPa ，当岩石硬度超过 60MPa 时 ，刀圈硬度 HRC65,70，如果刀圈采用合金材料制造时，其内外硬度是一致的，具有较好的耐磨性，但抗冲击性能明显下降，不利于 TBM 的破岩。
根据经验总结及材料机理分析，当岩石抗压强度达到或超过 55MPa 时，刀具材料应选用高碳钢，表面采用高温气体渗碳达到相对硬度，形成外硬内软，具有较好耐磨性、抗冲击性能，而不适于选用合金钢作为刀圈制造材料或刀圈采用中碳钢表面镶嵌合金齿，以满足破岩性能的要求。
2(1(2 刮刀的制造根据进 口刮刀在使用中易造成变形，通过物化性能分析，刮刀基材为 45中碳钢或 20低碳钢加工而成，表面硬度 HRC22,28，未作任何表面处理 ，因此在受到岩石或卵石冲击时极易产生变形。
在国产刮刀生产时，做了以下制造工艺调整:材料由原来的低碳钢改为中碳钢，基材表面硬度 HRC32,36;在冲击面与棱角部位补焊 0(25-0(32耐磨合金层。
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。
盾构及配套设备参数
盾构及配套设备参数盾构机是一种用于地下隧道和管道施工的专用设备，适用于各种地质环境。
其主要由盾构机主体、刀盘、推进系统、控制系统和配套设备组成。
首先是盾构机主体，主要由壳体、曲柄连杆机构、液压缸、冠架系统和大臂组成。
壳体是盾构机的主体部分，其内部安装有刀盘和推进系统。
曲柄连杆机构通过驱动电机将转动运动转化为直线推动力，推动盾构机前进。
液压缸用于控制盾构机的工作压力和推进速度。
冠架系统用于支撑和固定盾构机主体，确保施工的稳定性。
大臂是盾构机的延伸部分，用于连接刀盘和控制系统。
刀盘是盾构机的核心部件，主要由刀盘盘身和刀具组成。
刀盘盘身通常由钢材制成，具有足够的刚度和强度以应对复杂地质环境。
刀具是刀盘的工作部分，可根据不同的地质条件进行更换和调整，以确保施工的效率和质量。
推进系统是盾构机的动力系统，主要由推进液压缸、传动装置和推进轮组成。
推进液压缸通过油缸的伸缩变化推动盾构机前进。
传动装置用于将电机的转动力传递给液压缸，以产生推进力。
推进轮是盾构机前进的部分，通过与地下隧道壁面摩擦产生推力。
控制系统是盾构机的智能化部分，主要由电气系统、液压系统、传感器和监控系统组成。
电气系统负责盾构机的整体控制和电力供应。
液压系统用于控制盾构机的液压部件，如液压缸和液压马达。
传感器用于监测盾构机的工作状态和地质情况，以及对盾构机进行实时调整和控制。
监控系统用于实时显示盾构机的工作状态和地下施工环境，以便工作人员及时做出相应的调整和决策。
配套设备包括隧道回水系统、预制隧道衬砌系统和空气压缩机。
隧道回水系统用于将盾构机挖掘出来的泥浆和排水通过管道送回地面，以便处理和循环利用。
预制隧道衬砌系统用于安装预制混凝土片或钢管作为隧道的衬砌材料，确保隧道的结构稳定和安全性。
空气压缩机用于为盾构机提供所需的空气压力，并驱动部分液压系统和辅助设备。
总之，盾构机及配套设备参数丰富多样，其具体参数将根据具体的施工需求和地质环境进行调整和配置。
土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理浅议
土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理浅议摘要：土压平衡盾构机是目前城市地铁隧道施工最主要的机械设备，这种设备在使用的过程中具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、安全可靠等方面的优势。
刀具作为土压平衡盾构机重要组成部分，其作用对于盾构施工的安全和效率有着极大的影响。
因此本文主要对土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理进行了相应的探讨，期望为提升盾构机刀具的使用，盾构施工的安全可靠性提供更多的帮助。
关键词：土压平衡盾构机；刀具配置；维修管理0.引言我单位目前有土压平衡盾构机5台，以中铁装备和德国海瑞克公司制造的机型为主，分别在成都、郑州、杭州、深圳等地区施工。
不同地区地质情况差异较大，施工环境方面也大不相同，施工用的盾构机刀盘刀具的配置形式差别也比较大。
因此，施工过程中为保证盾构机掘进的顺利进行，工程技术人员就需根据不同的地质情况合理的选择刀具，并对盾构机掘进过程中的刀具使用、维修进行管理，以延长刀具的使用寿命，提高工作效率，节约施工的成本。
1.土压平衡盾构机刀具的配置土压平衡盾构机能适应的工作范围较广，因此，在施工的过程中需要根据不同的区域的地质情况来选择不同类型的刀盘和刀具。
只有这样，才能保证隧道掘进工程的顺利进行。
1.1盾构机刀具的分类盾构机的刀具按主要用途可分为切削类和刮削类：切削类刀具以盘形滚刀为主，滚刀在刀盘上跟随刀盘旋转的同时，进行自转，在盾构机推力作用下用刀圈把岩石挤碎，滚刀具有较强的破岩能力。
按照在刀盘上的安装位置不同可分为中心位置滚刀、正面滚刀和周边滚刀等；按照同一刀毂上刀圈的安装数量可分为单刃滚刀、双刃滚刀和多刃滚刀。
刮削类的刀具是固定在刀盘上跟随刀盘旋转切削土体，主要有刮刀、齿刀、撕裂刀、贝壳刀、羊角刀等，破岩能比切削类刀具差。
1.2刀盘刀具配置形式盾构机刀具的选择是根据施工的隧道地质情况来确定刀盘和刀具配置形式。
根据地质情况不同刀具配置可分为以下几类：在全断面岩石类、含有大直径砂卵石地层以滚刀+刮刀+齿刀等配置为主；在软土、淤泥、砂层中以羊角刀+刮刀+齿刀等为主；在复合地层中局部含岩石或砂卵石等地层，刀具配置通常采用以滚刀+羊角刀+齿刀+刮刀等配置为主。
盾构机刀具
Shijiazhuang railway institute
石家庄铁道学院
❖ 其它进口盾构刀具在材料方面由两至 三种构成，即基体材料、硬质合金材 料、刀具刃口堆焊材料等复合制成。 下表为一种用于盾构机刀具刃口的铁 基堆焊材料的化学成分和性能。
堆焊 镶铸
一种铁基刀具刃口堆焊材料的化学成分和性能
硬度
超前刀刀具形状及与切削刀协同切削土体的示意图见左下
图。
超 前 刀
20
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21
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(3) 盘圈贝型刀
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盘圈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 属松散体，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。采用盘圈 贝型刀，将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石， 可较好地解决盾构机切削土体(砂卵石)的难题。
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m）三棱刮刀
11
3 刀具的材料
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海瑞克周边刀的刀体是德国产钢号为St52-3的钢材， 其性能相当于国产的低碳钢Q235，Q235钢的化学成 分和力学性能见下表。由表可知，该材料的韧性较好 但硬度较低。
等 级C
Q235钢的化学成分和力学性能
状等进行分类。按切削原理划分，盾构机的刀具一
般分为切削刀和滚刀两种，其余形式的刀具为辅助
刀具。切削刀又分为齿刀、刮刀和先行刀等。
按运动方式分类
按安装方式分类
6
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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。
简析盾构机刀盘与刀具的选型配置
简析盾构机刀盘与刀具的选型配置1工程概况湛江湾跨海盾构隧道工程是湛江市鉴江供水枢纽工程的一部分，工程位于湛江湾最窄处，不但水深流急，又是进出湛江港的咽喉，航道非常繁忙。
湛江湾盾构隧道穿越南三岛与东海岛之间海底，横穿湛江湾海峡，长2750m。
盾构隧道内径5.1m、外径6.0m。
2工程地质根据勘探资料，场区为深厚第四系地层，从上向下有：①、中全新统海风混积层，②、中全新统海相沉积层，③、中更新统北海组层，④、下更新统湛江组层。
各岩土层主要特征分述如下：①、中全新统海风混积层：黄色中细砂、细砂，局部含泥质，砂质均匀，以石英为主，主要分布在地势较高的陆地。
②、中全新统海相沉积层：主要呈灰色、深灰色，成分不均匀，主要为中细砂，次为中粗砂，含泥质，底部为粗砂，含少量砾，局部为泥粉质细砂、淤泥质细砂，含少量贝壳碎片、腐殖质，见少量薄层粘土夹层，砂以石英为主。
③、中更新统北海组层：主要呈土黄、棕黄、浅黄色，以中细砂为主，含泥质，局部夹粗砂，含少量砾和粘土，含铁质及发育铁质层为其特征，底部以波状起伏的铁质层与湛江组上部杂色粘土接触，铁质层呈暗红色，主要为贴胶结的粉细砂，致密坚硬。
④、下更新统湛江组层：主要为灰色、青灰色粘土、砂质粘土，含淤泥，见少量黑色碳化腐殖质木，土层不均匀，夹有砂层或与薄层砂互层。
砂为中粗砂夹细砂，含泥质、少量砾石，砂以石英为主。
3、刀盘与刀具的型式及布置本工程隧道穿越中全新统海相沉积层砂层和下更新统湛江组层砂质粘土层为主，存在中等～强透水砂层，围岩与海水直接连通，拱顶覆土厚度为20～40m，隧道水下埋深27～61m，最大外水压力约0.3MPa～0.6MPa，外水压力较大。
同时海中无条件设置途中工作井，不能分段掘进，因此本隧道掘进距离长达2750m，对盾构刀盘与刀具的可靠性及耐久性要求高。
同时小直径盾构在高水压条件下刀具更换存在较大的安全风险，换刀过程十分困难且提高了工程成本，耗资巨大，同时对工程进度造成严重影响。
盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响
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。
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第一台机械化盾构产生
土压平衡式日本satokogyo 1963年
目前
美、日、欧发达国家
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盾构机国内外历史沿革
20世纪90 年代以来
1953年
东北阜新煤矿
1966年
20世纪80 年代
实用性阶段
进入工业性试验阶段
上海打浦路隧道 网格式
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盾构机刀具发展
盾构机刀具是盾构机施工实现破岩的关键部件，价格高，供 货周期长消耗量大，需要经常更换等特点。并且刀具的使用寿命 直接影响到盾构施工的成本和进度。 国外生产盾构机的主要国家（美国、德国和日本）都有专业 的破岩刀具生产厂家，对刀具进行了长期的研究，并不断改进和 更新破岩刀具，使产品具有竞争力。如：滚刀直径有12英寸〞到 19 〞不断加大。现在的刀具均按照具体条件专门设计、制造。 国内盾构机盘形滚刀的研究始于60年代，经过近30多年的发 展，到上世纪90年代中期主要停留在刀圈外径400mm以下的小直 径盘形滚刀，实际应用很少。由于国内盾构掘进机刀具的需求和 我国整体工业技术水平的提高，破岩刀具的研究在国内得到了长 足的发展，正逐渐替代进口刀具。如：洛阳久久、聊城天工、大 连华锐、湖南德天、南齿等国内刀具生产厂家。
刀盘结构形式——形式选择
刀盘直径 8830mm ，面板厚度 60mm ，腹 板厚度480mm，宽度640mm，从法兰盘到面 板背面1590mm。整个刀盘由6个面板+6个 辐条焊接而成，法兰盘和内圈板通过 6 根 厚壁钢管焊接在一起，主要传递大扭矩和
大推力的作用。
刀盘面板双刃刮刀 188 把，双刃滚刀 5 把， 滚刀54把，边缘弧形刮刀24把，边缘保护刀12
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盾构机的起源发展
报 告 内 容
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盾构机、刀盘的结构形式
3
常见盾构机刀具的配置
案例分析
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•盾构机分类
1、手掘式盾构 手掘盾构是最原始的一类盾构，其构造简单，配备较少，造价低，目 前在地质条件较好的工程中仍广泛使用。 2、半机械式盾构 在手掘式盾构正面装上挖土机械和出土装置，即成为半机械式盾构。 挖土装置有铲斗式、切削式和混合式三种形式。 3、机械式盾构 在手掘式盾构的切口环部分，安装与盾构直径大小相同的旋转大刀盘， 对土体进行全断面开挖的盾构，称为机械式盾构。 4、泥水加压盾构 泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘后面设置一道隔板，隔板与刀 盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用， 保证开挖面土体的稳定。 5、土压平衡盾构 土压平衡盾构前端有一个全断面切削刀盘，盾构的中心或下部有长筒 形螺旋运输机的进土口，其出土口在密封舱外。
切刀 刮刀
齿刀 中心齿刀 正齿刀
软土地层 软岩 软土
通过刀刃切割土体并具 有装载作用
使岩体固结性能变差、 破坏岩体的结构
复合式盾构机的开挖系统（一）
双刃刮刀
撕裂刀实物图
双刃刮刀和撕裂刀安装示意图
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双刃刮刀实物图
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复合式盾构机的开挖系统（二）
边 缘 刮 刀 周 边 保 护 刀
刀盘结构形式——形式选择（举例）
西安地铁盾构刀盘、刀具分析表
序 号 1 2 项目 刀盘支撑形式 刀盘形式 中心鱼尾刀 切刀 先行刀 保径刀 横向保径刀 超挖刀 泡沫口数目 开口率 铁建重工 中铁装备/海瑞克 中心支撑 中间支撑 辐条加小面板形式 辐条形式 刀具配置 1把（刀高450mm） 1把（刀高400mm） 64把（刀高110mm）+18（刀高90mm） 62把（刀高110） 54把（刀高140mm） 41把（刀高145mm/160mm/220mm) 20把 6把 6把 0把 2把 1把 6个（泡沫和膨润土共用） 3个泡沫+2个膨润土 66% 60% 一、刀盘采用中心支撑形式降低了密封的复杂性，且降低了HBW的消耗； 二、采用刀盘加小面板的形式在提高刀盘强度的同时，使得线速度较大的外周能够 布置更多的刀具以保证刀盘的长距离掘进适应性且提高了切削效率； 三、采用了横向保径刀能够有效提升刮刀的使用寿命； 四、采用双超挖刀设计降低超挖时间提高效率； 五、切削刀具总数和分项数目均大于中铁装备有效的提高了刀盘的切削能力； 六、6个泡沫和膨润土共用的泡沫口更能契合不同地质对于渣土改良的需求；
盾构机的刀具配置
报告人：西安地铁四号线张杰
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盾构机的起源发展
报 告 内 容
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盾构机、刀盘的结构形式
3
常见盾构机刀具的配置
案例分析
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盾构机在隧道施工中的应用
通讯工程、水利工程、市政工程、城市轨道交通等现代化基础设施
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国内外历史沿革
1818年 1876年
M.I.Brunel盾构法获得专利
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盾构机的起源发展
报 告 内 容
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盾构机、刀盘的结构形式
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常见盾构机刀具的配置
Байду номын сангаас
案例分析
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常见刀具形式 球齿滚刀 滚压破岩 刀具 掘进刀具 切削破岩 刀具 辅助刀具 楔齿滚刀 盘形滚刀 切刀 齿刀
单刃 双刃
刮刀
超挖刀
常见刀具工作原理和使用条件
刀具类型 滚刀 单刃滚刀 双刃滚刀 适应条件 硬岩 工作原理 刀盘向前的压力及旋转 的惯性力破坏岩石
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常见盾构机模式
土压平衡盾构
泥水平衡盾构
异形盾构
多圆形盾构
偏心多轴盾构
球体盾构
子母盾构
刀盘结构形式选择
刀盘形式
面 板 式
比较项目 砂、土适应性 （粒径＜15 cm） 砂卵石适应性 （粒径30cm>D＞ 15cm） 由于开挖面土体受面板开口影响， 渣土进入渣舱不顺畅，易粘结，易堵 塞。 卵石地层以剥离为主的切削方式， 面板式刀盘碴土流动性不好，滚刀作 用不大，刀具会产生二次破碎，易磨 损成本高。
辐 条 式
仅有几根幅条，同时幅条后均 设有搅拌叶片，土、砂流动顺畅， 不易堵塞。 碴土流动性好，二次破碎较弱， 加装强度较高的切削刀具，加大 螺旋机直径或采用带式螺旋机更 适应。
硬岩及软硬不均
硬岩需要刀具滚刀进行破碎，可 以加装更多的滚刀，适应性强。
刀盘结构强度无法满足加装更 多滚刀和破岩的需要
刀盘扭矩
刀盘扭矩阻力小，设备造价低， 刀盘扭矩阻力大，需增加设备能 适用于淤泥质地层与砂层及粒径 力，造价高，适用于硬土与岩石地层。 不大的砂卵石地层。
复合地层刀盘往往设计成面板+辐条式
刀盘结构形式——复合式刀盘
莞惠复 合地层 8.83EP B盾构 机（面 板 + 辐 条）为 例
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把，超挖刀1把。
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刀盘结构形式——辐条式刀盘
本刀盘为辐 条 + 小面板中心 支持式，开挖直 径 6.28m ，刀具 配置：中心鱼尾 刀 1 把，切刀 82 把 ， 先 行 刀 54 把 ， 保 径 刀 20 把，横向保径刀 6把，超挖刀2 把。
西安单一老黄土地层6.28EPB盾构机（辐条）为例
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边缘刮刀示意图
各种滚刀以及刀箱里 的安装示意图
复合式盾构机的开挖系统-刀具安装位置
地铁施工的代表性地层
目前我们在地铁盾构施工中遇到的代表性 地层主要有： 以广州地层为代表的硬岩及软硬不均的 复合地层； 以上海、天津为代表的淤泥质土层； 以北京、沈阳为代表的砂砾复合地层； 以西安为代表的黄土地层； 以成都为代表的卵石地层； 以深圳为代表的漂石地层。