沈阳地铁中粗砂地层中盾构机刀具配置及刀盘结构分析
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。
盾构刀盘结构设计与分析
关键词：盾构；刀盘；结构设计；发展
中图分类号：U455.43
文献标识码：A
doi：10.13244/ki.jiwhr.20190158
1 研究背景
盾 构 是 以 土 质 为 主 地 质 条 件 下 ， 隧 洞（道）全 断 面 开 挖 的 地 下 施 工 机 械 装 备 ， 广 泛 用 于 水 利 水 电 隧洞、铁路公路隧道、城市地铁、市政等工程的施工。盾构刀盘属于钢结构焊接件，安装在盾构最 前端，是掘削刀具安装的载体。在盾构施工中，盾构刀盘连同其上的刀具一起推进并旋转，刀盘将 推力和转矩传递给每把刀具，使刀具对掌子面土体产生切削力并进行切削作业。刀盘刀具在地下施 工过程中会遇到不同种类的地质，如黏土、砂土、淤泥、卵砾石等多种地质的混合土体，作业条件 复杂恶劣，从而给盾构刀盘及刀具提出了严苛要求。由于盾构施工隧道地质地层的不同、隧道断面 形状和不同生产厂商秉承设计理念的不同等，出现了各式各样的盾构刀盘结构。因此，分析盾构刀 盘结构、刀具刀座、刀具布置和其它刀盘功能结构等的发展和面临的挑战，为盾构刀盘结构设计创 新发展提供借鉴就显得非常必要。
2 刀盘结构分析
2.1 刀盘三大功能 目前隧道施工使用的盾构刀盘主要包括三大功能：开挖功能、稳定功能和搅拌 功 能［1］。 刀 盘 结 构 设 计 过 程 中 ， 前 两 大 功 能 是 刀 盘 设 计 需 重 点 考 虑 的 首 要 因 素 ， 对 刀 盘 结 构 设 计 也 有 非常大的影响，而搅拌功能则是刀盘旋转切削地层时的附加功能，对结构设计影响较小。盾构刀盘 结构设计合理与否直接影响着盾构的开挖效果和掌子面稳定情况，三大功能也成为刀盘结构设计的 出发点。刀盘结构形式与隧道地质状况密切相关，为了实现刀盘的三大功能，不同地层应采用不同 的且与之相适应的刀盘结构设计形式。
盾构机刀具的配置、维修和管理方法浅议
盾构机刀具的配置、维修和管理方法浅议摘要：盾构机是现代隧道施工中非常重要的一种机械设备，本文针对盾构机使用过程中刀具的配置、维修以及管理等方面展开了一些探讨，并基于实际经验提出了自身的一些看法，仅供借鉴。
关键词：盾构机；刀具配置；维修管理隧道工程盾构施工所面临的地质条件往往复杂而恶劣，相应地层的变化性较强给其施工带来严重的质量安全隐患。
为有效推进工程盾构施工就需对其盾构机的刀具运用予以合理运用与管理，通过准确的刀具配置选择与维护工作，确保刀具的使用成效与寿命期限。
施工单位须依照具体的作业地质环境条件，设置不同种类的盾构刀具与运用方法，并搭配相应的维修与管理措施，以保证整个盾构施工作业的效率与质量。
1 盾构机刀具的配置分析盾构机刀具的布局与数量的分配，在其刀盘不同区域中有不同的配置思路。
1.1 中心区的刀具配置中心区处于盾构机刀盘的中心区域，该区域的特征是空间范围较小并且滚刀的相应转弯半径也更小，进而造成滚刀在滑动时所受的轴向力相比其他区域更大。
因此中心区的刀具配置常采用以下思路：滚刀进行成组式设置安装，安装组别通常以两个为一组或三个为一组；滚刀的密封方式一般采用单密封环；中心区的轴承通常使用角度更大并且预紧力更强的型号，以适应更为强劲的轴向力；刀具刀圈的韧性也需比其他区域的滚刀更好。
中心区的刀具搭配通常以相同数量的双刃滚刀与单刃滚刀做布局。
对于黏土地层，为了提高刀盘中心区域的开口率，防止中心结泥饼，中心刀可暂时换用羊角刀。
1.2 正面区的刀具配置正面区位于刀盘中心区与边缘区之间的位置，在盾构机运行时正面区的刀具会正对着掌子面，同时存在一定的转弯半径。
正面区所配置的刀具即为正滚刀，在刀具作业进程中，正滚刀的纯滚动形式会令其刀具的使命寿命相比其他区域的刀具更长。
通常在盾构作业中会在盾构机刀盘的正面区设置若干把单刃滚刀，同时在其开口位置再安设若干把双层刮刀做盾构施工。
1.3 边缘区的刀具配置边缘区处于盾构机刀盘的外部边缘位置，该区域中的刀具所负责的盾构破岩工作量更为巨大，同时边缘区刀具所受力的种类与强度也比其他区域更大，并且在作业进程中还要确保破岩挖掘的直径宽度，还需将刀具刀圈的磨损程度控制在较小限度内。
沈阳地区盾构机刀盘的研究
沈阳地区盾构机刀盘的研究摘要本文针对沈阳地区的沙土性质地层，就法国NFM公司和日本IHI公司的两家不同设备在沈阳地铁项目中的使用情况，对刀盘做了有针对性的分析与研究。
关键词沈阳地铁；盾构机；刀盘0 引言作为盾构机的关键部件之一，刀盘主要起到开挖土体、稳定工作面及搅拌土砂的功能。
刀盘型式及结构直接关系到盾构的开挖效率、使用寿命及刀具费用。
一组关于施工时刀盘换刀情况的数据（单线）：沈阳1号线云峰街（NFM）左线，施工过程中更换过一次部分的先行刀和周边刮刀；右线施工过程中更换了一次所有的48把先行刀和5把周边刮刀。
沈阳2号线（NFM），在过浑河前进行了一个换刀工作。
周边刮刀6把，刮刀15把。
沈阳1号线南市（IHI）线，在整个单线施工过程中没有一次换刀，但是在换线的时候更换了刀盘上所有的刀具。
由此可见在沈阳地区，2家盾构机刀盘的使用情况有较大的差距。
1 刀盘结构NFM用的是辐板式刀盘，IHI用的是辐条式刀盘，两家刀具布置是比较通用的形式。
根据2个刀盘的比较，明显不同的是开口率的大小，中心刀的设计，先行刀的选型。
开口率即刀盘面板开口部分的面积与刀盘面积的比值，IHI由于没有辐板，所以开口率要明显大于NFM。
在沈阳这种沙土地质条件下，辐条式结构是要优于面板式的，那么为什么NFM要添加辐板呢？主要是考虑到如果地层里出现了直径较大的石头，可能会能在没有被破碎的情况下就被刮进土仓，而螺旋输送机的输送直径小于石头直径导致石头始终不能被送出而遗留在土仓中。
IHI的刀盘设计就是舍弃了出现大直径孤石的情况，这是需要客户提供非常准确的地质报告为前提的。
NFM的辐板式刀盘，在很好的解决大直径漂石，孤石情况的同时也会导致本来应该切削下来的沙石留在刀盘掌子面，从而使刀具对其多次切削，影响刀具寿命。
因此在刀盘结构上应该有所偏向性，不管是从成本，还是设计难度上都应该做一个全面的平衡和思考。
2 刀具配置2.1 中心刀的布置NFM的几个项目中的刀盘中心刀轨迹直径分别为：Φ1355；Φ1430；Φ1368；IHI在沈阳项目中心刀的轨迹直径为Φ1500。
地铁盾构施工刀具管理及维修技术分析
地铁盾构施工刀具管理及维修技术分析发表时间：2018-09-18T15:32:27.070Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：温智君[导读] 摘要：地铁建设是城市发展的重要任务之一，在地铁施工当中，盾构施工比较常见，可以说，盾构施工对不同的复杂地层都非常适宜，其中刀盘配置和刀具的选择显的非常重要，从总成本的角度而言，刀具成本占比为15%-20%。
南昌轨道交通集团有限公司江西南昌 330038摘要：地铁建设是城市发展的重要任务之一，在地铁施工当中，盾构施工比较常见，可以说，盾构施工对不同的复杂地层都非常适宜，其中刀盘配置和刀具的选择显的非常重要，从总成本的角度而言，刀具成本占比为15%-20%。
所以，需要对刀具管理制度进行恰当的建立，并且对刀具利用率进行提升，这是盾构施工中非常关键的技术重点，想要让项目成本减少，刀具维修和刀具管理技术起着十分重要的作用。
本文针对地铁盾构施工刀具管理及维修技术进行了论述，希望有一定的参考价值。
关键词：盾构施工；刀具维修；刀具管理前言：盾构施工是地铁建设中不可缺少的一部分，对盾构刀具进行合理的配置，能够让盾构掘进进度得到提升，不仅可以让工程成本得到有效的减少，还使得工程效率得到提升，另外，恰当的配置刀具，以及对掘进参数进行合理的选取，如速度、总推力等，不仅能够让刀具的使用寿命延长，同时还能减少换刀频率，降低施工风险，节约工程成本，提升工程效益。
一、刀盘特点从地质条件方面而言，对刀盘进行划分，通常分为三种，在没有固结形成岩石的软土地层以及被全风化或者是强风化的软岩地层比较适用软岩刀盘，通常其的破岩能力为单轴抗压强30MPa以内。
我国某些城市属于软地层，一般使用的刀具为刮刀类，刀盘结构也不复杂，所以，将其叫做软土刀盘。
对于成形的硬岩地层，硬岩刀盘比较适用，一般破岩能力在单轴抗压强度30MPa以上。
现正在施工的成都地铁、山西引黄等工程，通常使用配有刮板的滚刀。
有些地层软硬不均匀，如上面软，下面硬，或者是密实胶结卵石土等，这样的地层比较适合使用复合型刀盘。
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。
刀盘刀盾构机具的构造识别1000字
刀盘刀盾构机具的构造识别1000字内容提要：本文介绍了盾构机刀盘的结构、刀具的类型、刀具破岩机理和维护。
关键词：盾构机；刀盘；刀具；刀具磨损；刀具维护刀盘是盾构机的切削工具，是盾构机的主要工作部件。
刀盘旋转时，刀具切削隧道掌子面的土体，对掌子面的地层进行开挖，开挖后的碴土通过刀盘的开口进入土仓：同时支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能：对于土压平衡盾构，刀盘对土仓内的碴土进行搅拌，使碴土具有一定的塑性，然后通过螺旋输送机将碴土排出。
施工过程中，其工作条件极其恶劣，受力复杂，是盾构机检查维护的主要部件，其结构特点结合刀具布置形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.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.刀具的布置刀具的布置有两种方式：（1）刀具整体连续排列方式，因其切削阻力较大，盾构机密封舱内土体流动性差，现已很少使用，仅偶尔在切削阻力小的淤泥质地层中采用。
（2）刀具牙型交错连续排列方式，因其切削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性好和易搅拌而被广泛使用。
目前世界上基本均采用牙型交错连续排列方式。
3.常用的主要刀具种类盾构开挖性能主要通过刀具的选择和布置来保证。
根据不同地质情况选用不同类型的刀具及刀具组合，实现刀具配置的灵便性，提高刀盘的开挖效率。
目前盾构机上常用的主要刀具有切刀、刮刀、齿刀、双刃滚刀、单刃滚刀等。
单刃滚刀也叫盘形滚刀，用于硬岩地层的掘进，刀圈高于刀盘面板175mm.其刀圈可以更换，根据岩石的强度可以选用破岩能力不同的刀圈。
掌子面与刀盘面间碴土空间大，利于流动，可根据开挖地层的条件与齿刀实现互换，所以它们的刀座相同。
双刃滚刀：双刃以上的一般都是中心滚刀，所以双刃滚刀也叫双刃中心滚刀。
双刃滚刀应用于硬岩段地层掘进，破岩机理与单刃滚刀基本相同，刀刃高于刀盘面板175mm,由于其处于刀盘中心部位，绕刀盘中心公转半径小，双刃滚刀起动力矩较大，使得其不易转动，中心双刃滚刀极易发生弦磨。
沈阳地铁隧道施工盾构刀具的管理
具。
３１ 刀盘 布 局 ．
‘ ． ｍ土 压平衡 式盾 构机 的刀盘驱 动采 用 ｐ２ ６４ 电机驱 动方 式 ， 盘装 在 盾构 机 的最 前 面 ， 刀 直接 与 开挖面接触 ， 上面装有辅助刀 、 形刀等 ， 齿 用来对 付各种土体和岩层 ， 还配置两把仿形刀 ， 专门用于 盾构曲线施工和盾构姿态的修正 。 根 据 沈 阳标 段 的地 质情 况 ，刀 盘 的设 计 布 局 及刀具 的合理选用对盾构机的开挖效率起着十分 重要的作用 ， 因此我们采用齿形刀 ， 既能有效开挖 各种粉土、 砂土 、 粘土 、 砂砾 ， 又能适应各种全 、 、 强 中、 微风化岩等。刀盘的形状采用防堵塞设计 ， 刀 具型式和安装位置便于切割和清除土碴。 根据刀 盘上三个性 质不 同区域进行相应设
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天 啼 工 程
２ 年 ４（ ７ ） ０ 第期 第４ ０ ７ 总 期
沈 阳地铁 隧道 施工盾构 刀具 的管理
邢立英 张祖威 王 昕
（ 天津城 建隧道股份有限公 司）
盾构机在地铁 隧道施工 中使用越来越广泛 。 在 土质条 件 较差 的地层 中进行 隧 道施 工 ，盾 构机 刀盘的刀具管理就非常重要 了。本文主要介绍在 沈 阳地铁工程使用 ‘ ． ｍ土压平衡式盾构机的 ｐ２ ６４ 刀盘刀具及其管理方法 。通过刀具的管理 ，使得
粘土、 粉土 、 砂砾 和较为破碎的岩层的开挖和出土 的适应性 ， 又要兼顾到整个 区间围岩的强度 ， 因此 该 区采 用 中心刀 。 当盾 构机 在粉 土 、 土 、 土 、 砂 粘 砂 砾掘进时 ， 中心刀对开挖面进行松土切削 ， 开挖效 率很高 ， 刀盘快速掘进。
盾构机的刀盘
盾构机的刀盘北京固本科技有限公司胡建平盾构机的刀盘是一种用于隧道暗挖施工,具有金属外壳,壳内装有整机及辅助设备,在钢壳体掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业,而使隧道一次成形的机械。
盾构机按掘进方式分为人工、半机械和机械化形式。
目前机械化盾构发展较快,它由刀盘旋转切削地层,采用螺旋输送机或泥浆管运送渣土,在壳体内拼装预制管片,依靠液压千斤顶推进。
一、盾构机的刀盘1.刀盘布置及磨损分析1.1刀盘布置刀盘的结构既要考虑刀盘的开挖性能,又要考虑渣土的流动性及掌子面的稳定性。
刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况。
本工程中盾构主要穿越砂性土,砂性土摩擦阻力大,渗透性强,在盾构的推进挤压下水分很快排出,土体强度提高,故不仅盾构推进摩擦阻力大,而且开挖面土压力也较大,对刀盘的磨损会比较严重。
另外,盾构土仓内刀具切削下来的砂土不易搅拌成均匀的塑流体,因此需要设置渣土改良设备。
鉴于上述工程实际情况,本工程盾构机采用了如图1所示的辐板式刀盘。
盾构刀盘由钢结构件焊接而成,目前其主流形式有面板式、辐条式及介于二者之间的幅板式。
辐板式刀盘兼有面板式和辐条式刀盘特点,由较宽的辐条和小块幅板组成,刀具分别布置在宽辐条的两侧和内部。
辐板式刀盘不仅使得土压平衡更易于控制,土砂流动顺畅,不易堵塞刀盘开口,且刀盘扭矩阻力小,保证有较好的掘进性能,又能节省设备投资,而且较大的面板有利于布置较多的刀具,同时较小的开口率也有利于保护本工程中容易坍塌的砂性土围岩的稳定。
1. 2盾构机磨损情况盾构机到达重工街站后,立即对盾构机及刀盘进行清理、检查,发现盾构机刀盘外周磨损非常严重。
盾构刀盘本体外缘侧板磨损在纵向方向上呈现中间大、两头小近似V形,在整个侧环面上形成一圈磨损凹槽,凹槽中部磨损平均为22 mm,两侧磨损平均为15 mm,如图 2 a 所示。
刀盘本体外周边缘在纵向方向上磨损约为160 mm,从外周边缘到刀盘中心径向方向上磨损约为180 mm,以致在刀盘外周边缘形成一个近似三角形的磨损区,如图 2 b 所示。
盾构机刀盘参数
盾构机刀盘参数一、刀盘类型盾构机刀盘是盾构机的核心部件之一，根据不同的工程需求和地质条件，刀盘可以分为多种类型。
常见的刀盘类型有开式刀盘、封闭式刀盘和混合式刀盘。
1. 开式刀盘开式刀盘适用于地质条件较好的工程，刀盘中心开放，便于土层进入刀盘，减小土层阻力。
开式刀盘通常由刀头、刀臂和刀盘壳体组成，刀头采用硬质合金制成，具有良好的耐磨性和抗冲击性。
2. 封闭式刀盘封闭式刀盘适用于地质条件较差的工程，刀盘中心封闭，避免土层进入刀盘，减小刀盘磨损和故障率。
封闭式刀盘通常由刀头、刀臂、刀盘壳体和密封装置组成，密封装置能有效防止泥水进入刀盘，延长刀盘使用寿命。
3. 混合式刀盘混合式刀盘结合了开式刀盘和封闭式刀盘的优点，在不同的地质条件下灵活应用。
混合式刀盘通常具有可调节的开合机构，可以根据实际情况选择开放或封闭的状态，以适应不同地层的掘进需求。
二、刀盘直径刀盘直径是刀盘的重要参数，直径的选择与盾构机的工程要求密切相关。
刀盘直径的大小直接影响盾构机的推力和刀盘的承载能力。
1. 小直径刀盘小直径刀盘适用于直径较小的隧道掘进工程，如市政管网、地铁站台等。
小直径刀盘具有结构紧凑、操作灵活的特点，适合在有限空间内进行作业。
2. 中直径刀盘中直径刀盘适用于中等规模的隧道工程，如城市地铁、铁路隧道等。
中直径刀盘具有推力和承载能力较大的特点，能够应对一定规模的地质变化和水压力。
3. 大直径刀盘大直径刀盘适用于大型隧道工程，如跨海隧道、山岭隧道等。
大直径刀盘具有强大的推力和承载能力，能够应对复杂的地质条件和高水压力，但也对盾构机的功率和控制要求提出了更高的要求。
三、刀盘转速刀盘转速是刀盘的另一个重要参数，合理的转速选择可以提高盾构机的掘进效率和刀盘的使用寿命。
1. 低速刀盘低速刀盘适用于较硬的岩石地层，转速较低能够提供更大的切削力，效果更好。
低速刀盘适合用于大直径刀盘，能够更好地控制刀盘的承载能力和切削效果。
2. 中速刀盘中速刀盘适用于一般的地质条件，转速适中，能够平衡刀盘的切削效果和刀盘的磨损。