摘（zhāi） 要：刀盤是盾構的主要工作部件，不同地質地層應采用不同的刀盤結（jié）構形式及刀具布置，刀盤及刀具的好壞關係到盾構施工的成敗（bài），影響盾構掘進的速度和效益，本文結合本標（biāo）段盾構刀盤形式及刀具（jù）布置，淺談對盾構刀盤的認識。
 
       關鍵詞（cí）：盾構；刀盤；刀具
 
       1 、引 言
 
      盾構是一種專門用（yòng）於開（kāi）挖（wā）地下（xià）隧（suì）道的大型成套施工設備，它具有開挖快、優質、安全、經（jīng）濟（jì）、有利於環境保護和降低勞動強度的優點，在城市隧道（dào）的開挖中得到越來越廣泛的（de）應用。
 
     刀盤是盾構機的關鍵部（bù）件之一，是盾構主要工作部件。盾構在地下開挖中會遇到各種不同地層，從淤泥、粘（zhān）土、砂層到軟岩及硬岩等。在開挖中刀盤受力複雜，工作環（huán）境惡劣，是需要（yào）重點檢查和維修的部位。刀盤結構（gòu）關係到盾構的開挖（wā）效率、使用壽命（mìng）及刀具費用。盾構（gòu）的刀盤結構形式與工程地質情況有著密切的關係，不同的地層應采用不同的刀盤結構形式，盾構刀盤（pán）設計是盾構關鍵技術，采用合（hé）適的刀盤類型是盾構順利施工的關鍵因素。
 
     2 、盾（dùn）構刀盤的主要功能
 
     開挖功能：對掌子麵的地層進行開挖，開挖後的渣土順利通過渣槽，進入土艙；
 
     穩定功能：支撐掌子（zǐ）麵（miàn），具（jù）有穩定掌子麵的功（gōng）能；攪拌功能：對土艙（cāng）內的渣土進行攪拌，使渣土具有一定的塑性，能通過螺旋輸送機來調整控製（zhì）土艙內（nèi）的壓力。
 
     3 、刀具工作原理
 
     對於不同地（dì）層的開挖，盾構（gòu）的刀具采（cǎi）用（yòng）不同型式：開挖（wā）地層（céng）為硬岩時，采用盤形滾刀；地層（céng）為較（jiào）軟岩石時，采用齒刀（dāo）；地層（céng）為（wéi）軟土或破碎軟岩時，可（kě）采用切刀（或刮刀）。不同類型刀具（jù）的工作原理如下：
 
     3.1 滾（gǔn）刀工作原理
 
     安裝在刀盤上的盤形滾刀（dāo）在盾構千斤頂的作用（yòng）下（xià）緊壓在岩麵上，隨著刀盤的旋轉，盤形滾刀一方麵繞刀盤中心軸公轉，同時繞（rào）自（zì）身軸線自（zì）轉。盤形滾刀在刀盤的推力、扭（niǔ）矩作用下，在掌（zhǎng）子麵上切（qiē）出一係列的同心圓。當推力超（chāo）過岩石的強度（dù）時（shí），盤形滾刀刀尖下的岩（yán）石直接破碎，刀尖貫入岩（yán）石（shí），掌子麵上岩石被盤形滾刀擠壓碎裂而形成多道同（tóng）心圓溝（gōu）槽。隨著溝槽深度的增加，岩體表麵裂紋加深（shēn）擴大，當刀具壓力超過岩石的剪切和拉伸強度（dù）時，相（xiàng）鄰同心圓溝槽間（jiān）的岩石成片（piàn）崩落（luò），完成盤形滾刀的破岩過（guò）程，如圖 1。

    
 
     3.2 齒刀工（gōng）作原理
 
    在岩石較軟的（de）情（qíng）況下掘進時（shí），如果盤形滾刀與岩石（shí）掌子麵之間不能產生一定（dìng）的附著力，使滾刀產生滾動，滾刀（dāo）將會產生（shēng）弦（xián）磨（mó）。滾（gǔn）刀不能（néng）滾動，將失去有效的破岩功能，此時在較軟的岩層中（zhōng）可以采用齒刀進行破岩，齒刀安裝方式同滾刀。由於齒刀上裝有二個切（qiē）削刃，因此刀盤正反（fǎn）轉時齒（chǐ）刀都能進行破岩，如圖 2。
  
    
  
     3.3 切刀（dāo）（刮刀）工作原理
 
     在軟土地（dì）層或滾刀破碎後的渣土通過切刀（刮刀）進行開挖，渣土隨切刀（刮刀）正麵進入渣（zhā）槽，因此切刀（刮刀）既具有切削的（de）功能也具（jù）有裝載的功能，見圖 3。
  
    
  
     4 、盾構常用刀（dāo）具類型
 
     盾構機應根據不同地質情況（kuàng）選用不同（tóng）類型的刀具及刀具組合，保證（zhèng）刀（dāo）盤的開挖效率。目前盾構機上常用的刀具有切刀（dāo）、刮刀、齒（chǐ）刀、先行刀（dāo）、雙刃滾刀、單刃滾刀、仿（fǎng）形刀（dāo）或擴孔刀等（děng）等，盾構常用刀具類型見表（biǎo） 1。

     5 、盾構刀盤類型及（jí）刀（dāo）具配置（zhì）
 
    刀盤的結構（gòu）既要考慮刀盤開挖性能又要考慮渣土的流動性及掌子麵的穩定性。盾構（gòu）刀盤開挖（wā）性能主要通過刀具（jù）的選擇和布置來保證；渣土的流動性則需要合理布置（zhì）渣（zhā）槽及結構形狀（zhuàng），配置渣土改良材料的注入口及刀盤背麵（miàn）攪拌臂；掌子麵的穩定性通過刀盤開（kāi）口度來控製。因此盾構刀盤需要充分考慮隧道掘進地層地質情況，進行針對（duì）性的設（shè）計，合理選擇刀具，保證刀盤結構的強度和剛度。
 
    （1）對於軟土地（dì）層，一般隻需（xū）要（yào）配置切削型刀具，如：切刀、刮刀，刀（dāo）盤結（jié）構相對簡單；由於刀盤（pán）需要正反旋轉，因此切刀的布置（zhì）也應在正反方向（xiàng）布置，為了提高切刀的可靠性，在每個軌跡（jì）上至少布置（zhì） 2 把，在（zài）周邊工作量相對（duì）較大，磨損後對盾構切口環尺寸影響較大，可以考慮（lǜ）布置較多（duō）的切（qiē）刀（刮刀）。考慮到刀（dāo）盤（pán）的受力均勻性，刀具布置具有對（duì）稱性，刀具安裝一般采用螺栓固定便於更換。在切刀（刮刀）刃口鑲嵌有合（hé）金耐磨材料，延長刀具的使用（yòng）壽（shòu）命，切刀的破岩能（néng）力為 20MPa，可以順利通（tōng）過加固地層的（de）開挖。切刀伸出刀（dāo）伸入刀（dāo）盤麵板（bǎn）的高度應保證渣土的流動，防止刀盤麵板與掌子麵間產生泥餅。在粘土地層刀具壽命較長，在砂性地層（céng）壽命相對較短。
 
     （2）對於含有岩石（shí）的複合岩土地層，刀盤（pán）除配置切削（xuē）型刀具（如：切刀、刮刀）外，還需要配（pèi）置盤形滾刀，因而（ér）刀（dāo）盤結構相對複雜。對於（yú）岩層首先通過盤形滾刀（dāo）進行破岩。盤形滾刀一般允（yǔn）許磨損量為 25mm，邊滾刀為 15mm，因（yīn）此滾刀的伸出高（gāo）度一般比切刀要大。
 
     盤（pán）形滾刀有（yǒu）單刃滾刀和（hé）雙刃滾刀，雙刃滾刀破岩能力（lì）較低，適應抗壓強度小於 80MPa 的岩（yán）石，滾刀起動扭（niǔ）矩小，因此適應（yīng）於軟岩地層。單刃滾刀破岩能力強，適應抗壓強度高於 80MPa 的岩石，滾刀起動扭矩大，適（shì）應於硬岩地層的破岩（yán）。
 
     滾刀需要有較大的推力才能破岩，推力越大，滾（gǔn）刀（dāo）刀尖貫入（rù）度越大，貫入度還與滾（gǔn）刀（dāo）結（jié）構及岩層抗壓強度有關，17 寸滾（gǔn）刀允許承（chéng）載能力為 250kN，滾刀刀尖貫入度一般小於 25mm。滾刀需要有一定（dìng）的（de）刀盤轉速來完（wán）成破（pò）岩過程。刀盤旋轉需要克服滾刀周向破岩阻（zǔ）力，需要一定的扭矩，因此刀盤旋轉（zhuǎn）扭矩要有一定的裕量。

     為了保證滾刀的破岩效果，滾刀軌跡徑向間距需要考慮岩石抗（kàng）壓強（qiáng）度，隨周邊刀具破岩量的增加和保證開挖直徑的需要，刀間距也（yě）需要逐步減少。由於滾（gǔn）刀的載荷較大，滾刀的布置除考慮刀間距外，還需要充分考慮滾刀徑向載荷的合力力求通過刀盤的中心，使主軸（zhóu）承受力狀況良好。刀盤的結構（gòu）設計需（xū）要保證（zhèng）一定的（de）強度和剛度。
 
    （3）當岩石抗（kàng）壓強度低（dī）於 30MPa，滾刀破岩（yán）效果不（bú）是很好時（shí），可以（yǐ）利用（yòng）滾刀刀座安裝齒刀進行破（pò）岩，齒刀（dāo）軌跡完全與滾（gǔn）刀相同，齒刀（dāo）刀刃是對稱的，因此刀盤正反轉時都可以很好破岩（yán）。
 
     （4）刀盤直徑應考慮刀（dāo）具磨損後開挖直徑大於盾構切口（kǒu）環的直徑（jìng），保證盾構姿態的調整。邊滾刀的允許磨損量為 15mm，因此開挖洞徑的允許（xǔ）變化（huà）量為 30mm，而對於邊刀不采（cǎi）用滾刀（dāo）的盾構機，其（qí）開挖洞徑的（de）允許變化（huà）量為 20mm。
 
     （5）在曲線半徑小的隧（suì）道掘進（jìn）時，為（wéi）了保證盾構的調向，需要有較大的開挖直徑，因此刀盤上配置有擴孔（kǒng）刀或仿形刀，仿形刀的類型有滾刀型或齒刀型，需（xū）要根據地質情況確定，同滾刀（dāo）配置（zhì）。
 
     （6）為提高刀盤的壽命，刀（dāo）盤麵板及周邊（biān）含（hán）有耐磨條。
 
     6 、盾構刀盤布置實例
 
     莞惠城際 6 標盾構區間下穿地層主（zhǔ）要為粉質粘土、淤泥（ní）質粉質粘土、全風化、強風化、弱風化混（hún）合片麻岩，局部穿越斷層破（pò）碎（suì）帶及砂層（céng），隧道富水量大，地質條件複雜。
 
     本標段采用的是土壓平衡式盾構機，由沈陽北方重工集團有限公司生產。刀（dāo）盤整體采用（yòng）輻條麵板式（shì）；刀盤麵板（bǎn）由左、右兩部分拚（pīn）接而成；滾刀（dāo）布置在輻條上，刮刀布置在輻條兩（liǎng）側；刀（dāo）盤上配置了中心（xīn）滾刀 10 把、正麵（miàn）滾刀 34 把、邊緣滾刀 10 把，以及188 把雙層刮刀、24 把（bǎ）周邊刮刀、12 把刀盤外緣保護（hù）刀和 1 把仿（fǎng）形刀；開口率 33%，見圖 。

    
  
     7 、結 論
 
     盾構刀（dāo）盤刀具的布置方法，目的是（shì）為了確（què）保刀具結構布置的合理性和實用性。針對本標段工程地質（zhì）情況，預測盾構在開挖區間，刀具的磨（mó）損量（liàng）以及許用磨損情況下（xià）刀具的掘（jué）進距離，為保障工程的安全順利進行設計了刀盤結構。在盾構刀盤選型（xíng）時，對地質進行了充（chōng）分（fèn）的分析和研究，刀盤及（jí）刀具配置有一定的富餘和（hé）能力儲備，合（hé）理配置了不（bú）同刀具，滿足了本標段現場施工要求。