盾构机刀具种类及配置方式调研报告.doc

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1、盾构机刀具种类及配置方式调研报告盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。机械化盾构机的掘削机构,具有开挖地层、稳定开挖面、搅拌渣土等功能,并承受大扭矩、大推力和冲击载荷的作用,其工作状况非常恶劣。盾构机刀具配置是盾构机刀具设计管理中的重要内容，其的详细配置关系到其是否符合使用的地址

2、条件和要求，而且针对不同的盾构机的地质，其使用寿命、切削的效果、出土的状况和掘进的速度和效果、施工的进度和要求都会受到直接的影响。通过去成都海瑞克、中铁装备、中船重工三个盾构机制造厂商以及刀具生产厂商、成都地铁各在建盾构区间的调研及考察，现着重介绍盾构机刀具的主要种类和其工作原理，同时针对不同的地质情况，提出刀具配置的差异与不同，并且针对盾构机在复合地层中进行隧道掘进时，刀具配置使用等问题进行阐述和研究。一、刀具种类和切削原理1、刀具的种类盾构机刀具是根据工程地段硬岩、软岩的不同强度和地质特点，根据刀具

3、在软、硬岩中不同的破岩机理来进行设计和选择的。刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层的开挖，主要刀具类型为：切刀、刮刀、先行刀（超前刀）、贝型刀、中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀）、单刃滚刀和刮碴板。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。在硬岩中掘进时刀盘需安装双刃滚刀、中心刀，在软岩中掘进时可以根据需要把双刃滚刀、中心刀更换为对应形式的齿刀。1.1、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

4、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。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。 1.2、先行刀（ 超前刀）   先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。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。先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高。采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性，

5、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，尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。 1.3、贝型刀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，因土体屑松散体，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。将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石。  1.4、中心刀（鱼尾刀 、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀）     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

6、拌效果，可在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀（羊角刀），一般鱼尾刀超前600mm左右。鱼尾刀的设计和配置方式如下：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它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和搅拌效果，又大大提高盾构整体掘进效果。在纯硬岩地

7、层掘进时，到盘中心位置布置双刃或三刃滚刀。  1.5、仿形刀（或超挖刀）盾构机一般设计两把仿形刀(一把备用)，布置在刀盘的边缘上。施工时可以根据超挖多少和超挖范围的要求，从边缘径向伸出和缩回仿形刀。仿形刀伸出最大值一般在70～150mm之间。盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削土体创造所需空间，保证盾构机在超挖少、对周边土体干扰小的条件下，实现曲线推进和顺利转弯及纠偏。滚刀超挖刀柱型超挖刀   1.1.6、滚刀和刮碴板   在纯硬岩地层掘进时，采用滚刀破岩。滚刀破岩的原理是依靠刀具滚动产生

8、冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。滚刀的类型、数量、布置方式、位置、超前量根据岩层的强度和整体性、掘进距离、含砂量等特点确定。穿越松散地层但有大粒径的砾石(粒径大于400mm)、并且含量达到一定比例时，也可采用滚刀型刀具。在隧道地质条件复杂多变、岩石(强度不算太高)与一般土体(或粘土或砂土)交错频繁出现的情况，也有可能采用滚刀型刀具，即在复合式盾构机中采用。单刃滚刀2、切削的主要原理　　盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿