盾构刀具外形和布置的正确选择

影响盾构机工作的因素较多，盾构机刀盘扭矩系数是盾构机设计的一个重要参数，除此以外，刀盘刀具的外形和刀具布置也是重要一个因素。盾构刀具的布置和刀具外形在盾构机设计中是非常重要的内容。刀具布置方式及刀具外形是否适合 应用工程的地质条件，直接影响盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。      

      刀具布置对于全断面切削的辐条式刀盘，从盾构机的发展历史看，刀具布置有两种方式：第一种为刀 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 然在切削阻力小的淤泥质地层中采用；第二种为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。我集团公司采购的盾构机，其刀具布置就是采用该方式。 根据北京市地铁隧道施工中可能碰到的三种主要地质条件，刀具布置时应按照牙型交错连续 排列的原理， 确保盾构机刀具的切削轨迹布满开挖全断面； 另针对不同切削要求(包括不同地质的 要求)，需设置切削刀、超前刀、盘圈贝型刀、鱼尾刀、仿型刀等几种刀具。      

       刀具外形及其作用如前所述，刀具的外形必须适应施工地质的特点，并且刀具在切削断面不同的位置其作用及 要求均不同，因此应对刀具进行设计。针对北京地铁隧道穿越三种主要地层的特点，刀具设计时 应考虑以下几个要素。 ①刀具在砂、砂卵石地层中的切削效率，即如何减少切削阻力，保证切削土体的流动性。 ②通过刀具外形的改变，减少刀具掘进磨损，提高刀具的耐久性。 ③适应 365JT 城市繁华地区施工的需要，尽可能减少刀盘旋转刀具切削土体过程对周边土体 及环境的干扰，如振动、噪音等。 ④如何从材料和设计方面，对解决盾构机在砂卵石地层掘进时刀具的磨损(包括撞击掉块等) 提出切实可行的措施，保证盾构机刀具长距离掘进的可靠性。      

      目前盾构刀具按切削原理划分，一般公认有滚刀和切削刀两种类型(根据隧道围岩性质不 同、切削目的不同，这两类刀具还可进一步细分)。滚刀的切削原理主要是刀具依靠挤压破岩，一 般用于岩石隧道的掘进。当虽然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。另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。 切削刀的切削原理则主要是盾构机向前推进的同时，刀具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， 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、砂土、粘土等松散体地层。