盾构刀盘原理及刀具布置.pdf

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1、工艺与设备建材与装饰2016年1月盾构刀盘原理及刀具布置邓文强（中铁二十局集团第五工程有限公司云南昆明650200）摘要：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，本文结合本标段盾构刀盘形式及刀具布置，浅谈对盾构刀盘的认识。关键词：盾构；刀盘；刀具中图分类号：U455.3文献标识码：A文章编号：1673-0038（2016）03-0200-021引言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

2、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、砂层到软岩图1盘形滚刀破岩状况示意图及硬岩等。在开挖中刀盘受力复杂，工作环境恶劣，是需要重点中可以采用齿刀进行破岩，齿刀安装方式同滚刀。由于齿刀上装检查和维修的部位。刀盘结构关系到盾构的开挖效率、使用寿命有二个切削刃，因此刀盘正反转时齿刀都能进行破岩，如图2。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。2盾

3、构刀盘的主要功能开挖功能：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；图2齿刀破岩机理示意图稳定功能：支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能；3.3切刀（刮刀）工作原理搅拌功能：对土舱内的渣土进行搅拌，使渣土具有一定的塑在软土地层或滚刀破碎后的渣土通过切刀（刮刀）进行开挖，性，能通过螺旋输送机来调整控制土舱内的压力。渣土随切刀（刮刀）正面进入渣槽，因此切刀（刮刀）既具有切削3刀具工作原理的功能也具有装载的功能，见图3。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

4、刀（或刮刀）。不同类型刀具的工作原理如下：3.1滚刀工作原理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图3软土刀具切削机理示意图面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同4盾构常用刀具类型时绕自身轴线自转。盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌盾构机应根据不同地质情况选用不同类型的刀具及刀具组子面上切出一系列的同心圆。当推力超过岩石的强度时，盘形滚合，保证刀盘的开挖效率。目前盾构机上常用的刀具有切刀、刮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刀、齿刀、先行刀、双刃滚刀、单刃滚刀、仿形刀或扩孔刀等等，盾滚刀挤压碎裂而形成多道同

5、心圆沟槽。随着沟槽深度的增加，岩构常用刀具类型见表1。体表面裂纹加深扩大，当刀具压力超过岩石的剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片崩落，完成盘形滚刀的破岩过5盾构刀盘类型及刀具配置程，如图1。刀盘的结构既要考虑刀盘开挖性能又要考虑渣土的流动性及掌子面的稳定性。盾构刀盘开挖性能主要通过刀具的选择和3.2齿刀工作原理布置来保证；渣土的流动性则需要合理布置渣槽及结构形状，配在岩石较软的情况下掘进时，如果盘形滚刀与岩石掌子面之置渣土改良材料的注入口及刀盘背面搅拌臂；掌子面的稳定性间不能产生一定的附着力，使滚刀产生滚动，滚刀将会产生弦通过刀盘开口度来控制。因此盾构

6、刀盘需要充分考虑隧道掘进磨。滚刀不能滚动，将失去有效的破岩功能，此时在较软的岩层·200·2016年1月建材与装饰工艺与设备表1常用刀具形式及应用表同，齿刀刀刃是对称的，因此刀盘正反转时都可以很好破岩。刀具名称单刃滚刀双刃滚刀切刀（4）刀盘直径应考虑刀具磨损后开挖直径大于盾构切口环的直径，保证盾构姿态的调整。边滚刀的允许磨损量为15mm，因此示意图开挖洞径的允许变化量为30mm，而对于边刀不采用滚刀的盾构机，其开挖洞径的允许变化量为20mm。破岩能力强，主要用适用于软硬岩掘进，（5）在曲线半径小的隧道掘进时，为了保证盾构的调向，需要适用于软土切削，安岩土适应性于

7、硬岩掘进，可换装一般安装在刀盘中齿刀心部位装在渣口槽的一侧有较大的开挖直径，因此刀盘上配置有扩孔刀或仿形刀，仿形刀刮刀中心齿刀正齿刀仿行刀的类型有滚刀型或齿刀型，需要根据地质情况确定，同滚刀配置。（6）为提高刀盘的寿命，刀盘面板及周边含有耐磨条。6盾构刀盘布置实例莞惠城际6标盾构区间下穿地层主要为粉质粘土、淤泥质粉安装在刀盘弧形周用于软土切削，主要边，切削软土，在硬安装在刀盘中心部用于软土切削，可以用于局部扩大断面，质粘土、全风化、强风化、弱风化混合片麻岩，局部穿越断层破碎换装滚刀主要用于硬岩掘进岩下可用作刮渣位，可以换装滚刀带及砂层，隧道富水量大，地质条件复杂

8、。地层地质情况，进行针对