盾構刀具外形和布置的正確選擇

影響盾構機工作的因素較多，盾構機刀盤扭矩系數是盾構機設計的一個重要參數，除此以外，刀盤刀具的外形和刀具布置也是重要一個因素。盾構刀具的布置和刀具外形在盾構機設計中是非常重要的內容。刀具布置方式及刀具外形是否適合 應用工程的地質條件，直接影響盾構機的切削效果、出土狀況和掘進速度。      

      刀具布置對于全斷面切削的輻條式刀盤，從盾構機的發展歷史看，刀具布置有兩種方式：第一種為刀 具整體連續排列方式，因其切削阻力較大，盾構機密封艙內土體流動性差，現已很少使用，僅偶 然在切削阻力小的淤泥質地層中采用；第二種為刀具牙型交錯連續排列方式，因其切削阻力小、切削效率高、密封艙內土體流動性好和易攪拌而被廣泛使用。目前世界上基本均采用牙型交錯連 續排列方式。我集團公司采購的盾構機，其刀具布置就是采用該方式。 根據北京市地鐵隧道施工中可能碰到的三種主要地質條件，刀具布置時應按照牙型交錯連續 排列的原理， 確保盾構機刀具的切削軌跡布滿開挖全斷面； 另針對不同切削要求(包括不同地質的 要求)，需設置切削刀、超前刀、盤圈貝型刀、魚尾刀、仿型刀等幾種刀具。      

       刀具外形及其作用如前所述，刀具的外形必須適應施工地質的特點，并且刀具在切削斷面不同的位置其作用及 要求均不同，因此應對刀具進行設計。針對北京地鐵隧道穿越三種主要地層的特點，刀具設計時 應考慮以下幾個要素。 ①刀具在砂、砂卵石地層中的切削效率，即如何減少切削阻力，保證切削土體的流動性。 ②通過刀具外形的改變，減少刀具掘進磨損，提高刀具的耐久性。 ③適應 365JT 城市繁華地區施工的需要，盡可能減少刀盤旋轉刀具切削土體過程對周邊土體 及環境的干擾，如振動、噪音等。 ④如何從材料和設計方面，對解決盾構機在砂卵石地層掘進時刀具的磨損(包括撞擊掉塊等) 提出切實可行的措施，保證盾構機刀具長距離掘進的可靠性。      

      目前盾構刀具按切削原理劃分，一般公認有滾刀和切削刀兩種類型(根據隧道圍巖性質不 同、切削目的不同，這兩類刀具還可進一步細分)。滾刀的切削原理主要是刀具依靠擠壓破巖，一 般用于巖石隧道的掘進。當雖然穿越松散地層但有大粒徑的礫石(粒徑大于 400mm)、并且含量達 到一定比例時，也可采用滾刀型刀具。另在隧道地質條件復雜多變、巖石(強度不算太高)與一般 土體(或粘土或砂土)交錯頻繁出現的情況，也有可能采用滾刀型刀具，即在復合式盾構機中采用。 切削刀的切削原理則主要是盾構機向前推進的同時，刀具隨刀盤旋轉對開挖面土體產生軸向 (沿隧道前進方向)剪切力和徑向(刀盤旋轉切線方向)切削力， 不斷將開挖面前方土體切削下來。 切 削刀一般適用于粒徑小于 400mm 的砂卵石、砂土、粘土等松散體地層。