浅谈盾构刀盘的设计与应用.pdfVIP

专　题　研　究 综合篇 浅谈盾构刀盘的设计与应用 李建斌 （中铁隧道集团有限公司，河南 洛阳 471009） ［摘　要］ 介绍了进行刀盘设计时，应充分考虑刀盘的结构形式、刀盘开口率、刀具的布置等因素对地质的适 应性，必须能适合围岩条件，在确保开挖面稳定的情况下提高掘进速度。 ［关键词］刀盘；开口率；刀具；地质适应性 ［中图分类号］TU621　　　［文献标识码］B　　　［文章编号］1001-1366(2006)03-0031-05 Design and application of shield cutter head LI Jian-bin 盾构是一种专门用于开挖地下隧道的大型成 有几根辐条，切削下来的土体直接进入土仓，没 套施工设备，它具有开挖快、优质、安全、经济、 有压力损失，同时在辐条后设有搅拌叶片，土、砂 有利于环境保护和降低劳动强度的优点，在城市 流动顺畅，土压平衡容易控制。因此幅条式刀盘 隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。 对砂、土等单一软土地层的适应性比面板式刀盘 盾构在施工中会遇到各种不同地层，从淤 较强；但由于幅条式刀盘不能安装滚刀，在风化 泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。在掘进过程中 岩及软硬不均地层或硬岩地层掘进时，应采用面 作为盾构机关键部件之一的刀盘受力复杂，工作 板式刀盘。 环境恶劣。刀盘的结构关系到盾构工程的成败、 1.2　刀盘结构的设计 开挖效率、使用寿命及刀具费用。即盾构的刀盘 1）开口率　刀盘开口率是刀盘面板开口部 结构形式与工程地质情况有着密切的关系，不同 分的面积与刀盘面积的比值，刀盘切削下来的碴 的地层应采用不同的刀盘结构形式，因而盾构刀 土通过刀盘的开口槽流往土仓。刀盘的开口必须 盘设计是盾构的关键技术。 根据地质条件、开挖面的稳定性和挖掘效率来决 定其形状、尺寸、配置。对于泥水盾构，刀盘的 1　刀盘的设计要点 开口率一般取10%～30%；土压平衡盾构的开口 1.1　刀盘的结构形式 率范围较宽。对于胶结粘性土之类的高粘附性土 刀盘主要具有开挖、稳定掌子面、搅拌碴土 质，宜加大开口率；对于易坍塌性围岩，开口率 等三大功能。刀盘的结构形式有面板式和辐条式 需慎重选择。刀盘开口位置应尽量靠近刀盘中心， 两种，具体应用时应根据施工条件和土质条件等 以防止碴土在刀盘的中心部位流动不畅而形成泥 因素决定。泥水盾构采用面板式刀盘；土压平衡 饼。同时，由于刀盘中心部位的线速度较低，粘 盾构根据土质条件可采用面板式或辐条式。对于 土、粉土、膨润土等粘稠土体在中心部位的流动 土压平衡盾构，采用面板式刀盘时，由于泥土流 性较差，粘性土容易在中心部位沉积，因此应适 经刀盘面板的开口进入土仓，盾构掘进时土仓内 当加大中心部位开口率。刀盘开口槽一般设计成 的土压力与开挖面的土压力之间产生压力降，且 楔形结构，使开口逐渐变大，以利于碴土向土仓 压力降的大小受面板刀开口的影响不易确定，从 内流动。 而使得开挖面的土压力不易控制。辐条式刀盘仅